Hướng dẫn lựa chọn tháp làm mát: Phân tích toàn diện từ các nguyên tắc đến thực hành

Tháp làm mát đóng vai trò là thiết bị quan trọng trong hệ thống sản xuất và xây dựng công nghiệp, với sự lựa chọn của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả năng lượng của hệ thống, ổn định hoạt động và nền kinh tế dài hạn. Bài viết này giới thiệu một cách có hệ thống các yếu tố cốt lõi của lựa chọn tháp làm mát, bao gồm so sánh các loại tháp làm mát, điểm chính của tính toán nhiệt, cân nhắc cho các yếu tố môi trường, tiêu chí lựa chọn vật liệu và phương pháp đánh giá kinh tế, hỗ trợ kỹ thuật kỹ thuật trong việc đưa ra quyết định lựa chọn khoa học và hợp lý.

I. Phân tích các loại tháp làm mát và kịch bản ứng dụng

Việc lựa chọn các tháp làm mát trước tiên đòi hỏi sự hiểu biết về các đặc điểm và kịch bản ứng dụng của các loại khác nhau. Các tháp làm mát chính trên thị trường có thể được chia thành ba loại: các tháp làm mát dòng chảy, dòng chảy và mạch kín, mỗi loại có các tính năng riêng biệt trong các nguyên tắc cấu trúc, hiệu suất hiệu quả năng lượng và yêu cầu bảo trì.

1. Towing Tháp làm mát

Tháp làm mát hiện tại áp dụng thiết kế không khí và nước chảy theo hướng ngược lại, có lợi thế của hiệu quả truyền nhiệt cao và dấu chân nhỏ. Cấu trúc điển hình của nó bao gồm một đầu vào không khí dưới cùng, lớp đóng gói giữa, quạt trên cùng và hệ thống phân phối nước. Không khí nóng tự nhiên tăng lên và tiếp xúc đầy đủ với các giọt nước rơi, đạt được sự trao đổi nhiệt hiệu quả. Loại tháp làm mát này đặc biệt phù hợp cho các địa điểm công nghiệp có không gian hạn chế, chẳng hạn như nhà máy hóa dầu, nhà máy điện, v.v., với khả năng xử lý thường dao động từ 100-4000m ⊃3;/h. Nhược điểm của một tháp làm mát ngược dòng là hệ thống phân phối nước tương đối phức tạp, đòi hỏi chất lượng nước cao và quạt nằm ở đầu tháp, khiến việc bảo trì tương đối bất tiện.

2.CROSS-CLOW COOLING TOWERS

Đặc trưng bởi không khí chảy theo chiều ngang trên các màng nước rơi theo chiều dọc, các tháp làm mát dòng chảy dựa vào trọng lực để phân phối nước, loại bỏ sự cần thiết của vòi phun áp lực. Cấu trúc này đảm bảo phân phối nước thống nhất, điện trở hệ thống thấp và tiếng ồn hoạt động thấp, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các tòa nhà thương mại đô thị nhạy cảm với tiếng ồn như khách sạn, bệnh viện và các tòa nhà văn phòng. Khả năng xử lý điển hình của các tháp lưu lượng chéo là 50-2000 m³/h. Cấu trúc mở của chúng tạo điều kiện cho việc bảo trì và kiểm tra, nhưng chúng thường chiếm nhiều không gian sàn hơn 20-30% so với các tháp dòng chảy có cùng công suất, với hiệu suất trao đổi nhiệt thấp hơn một chút do thời gian tiếp xúc với nước không khí ngắn hơn.

3. Tháp làm mát mạch được bao gồm (bình ngưng bay hơi)

Bằng cách cô lập các chất lỏng quá trình từ nước làm mát qua cuộn dây, các tháp làm mát mạch kín hoàn toàn tránh nhiễm chéo chất lượng nước. Thiết kế này làm cho chúng lý tưởng cho các ngành công nghiệp chính xác (như chất bán dẫn và dược phẩm) và hệ thống điều hòa không khí sạch. Mặc dù các tháp mạch kín có đầu tư ban đầu cao hơn (đắt hơn 40-60% so với các tòa tháp mở), chúng giảm đáng kể chi phí xử lý nước và tần suất bảo trì, cho thấy nền kinh tế hoạt động dài hạn nổi bật. Các ứng dụng điển hình bao gồm làm mát thiết bị laser và hệ thống làm mát dự phòng trung tâm dữ liệu.

4. Các biến thể thiết kế đặc biệt cho các kịch bản duy nhất:

• Tháp làm mát chuyển đổi tần số: Điều chỉnh tốc độ quạt để phù hợp với thay đổi tải, với tiết kiệm năng lượng đáng kể (lên đến 30%), phù hợp cho các hệ thống có tải dao động.

• Các tháp làm mát im lặng: Áp dụng quạt tốc độ thấp và thiết kế cách âm đặc biệt, kiểm soát tiếng ồn dưới 60dB (a), phù hợp cho các khu dân cư.

• Tháp làm mát chống đóng băng: Được trang bị máy sưởi điện và hệ thống tuần hoàn chống đóng băng, phù hợp cho hoạt động mùa đông ở các khu vực phía bắc lạnh.

  
  

Ii. Tính toán nhiệt và phương pháp xác định công suất

Lõi của lựa chọn tháp làm mát nằm ở việc tính toán chính xác khả năng làm mát cần thiết, được hoàn thành thông qua các tính toán nhiệt có hệ thống. Khả năng làm mát thường được thể hiện trong 'Tấn điện lạnh ' (rt), trong đó 1RT bằng 3,517kW công suất làm lạnh. Quá trình tính toán tích hợp ba yếu tố chính: tải nhiệt hệ thống, chênh lệch nhiệt độ thiết kế và các thông số khí tượng cục bộ.

1. Xác định tải nhiệt

Nền tảng tính toán thay đổi theo kịch bản ứng dụng:

• Hệ thống điều hòa không khí: q = g × ρ × cp × t

.

2. Chênh lệch nhiệt độ chính thức cho các hệ thống điều hòa không khí là 5, trong khi các hệ thống công nghiệp có thể yêu cầu 8-15 ℃ dựa trên các yêu cầu quy trình

• Thiết bị công nghiệp: Tham khảo sự phân tán nhiệt định mức của thiết bị hoặc có được thông qua các phép đo thực tế.

• Ngành công nghiệp điện: Thông thường ước tính nhu cầu làm mát là 1,5-2% lượng khí thải tuabin.

3. ĐIỀU KHOẢN ĐIỀU KIỆN Tham số

Các tham số chính ảnh hưởng đáng kể đến kết quả tính toán:

• Nhiệt độ bóng đèn ướt: Áp dụng thiết kế điều hòa không khí mùa hè địa phương Nhiệt độ bóng đèn ướt, dao động từ 24-28 tại các thành phố lớn của Trung Quốc.

• Nhiệt độ nước đầu vào/đầu ra: 37/32 cho các hệ thống điều hòa không khí và có thể 40/30 cho các hệ thống công nghiệp.

• Cách tiếp cận (chênh lệch giữa nhiệt độ nước lạnh và nhiệt độ bóng đèn ướt): thường không nhỏ hơn 2,5-3; Yêu cầu cao hơn dẫn đến thiết bị lớn hơn.

4. Tính toán trường hợp thực hiện

Một trung tâm dữ liệu ở Thâm Quyến cần làm mát tải nhiệt 500kW trong điều kiện thiết kế 35/30, với nhiệt độ bóng đèn ướt thiết kế cục bộ là 27 ℃:

1） Tính toán thể tích nước: g = q/(× cp × t) = 500/(1 × 4,18 × 5) = 23,9m³/h

2） Chuyển đổi thành tấn điện lạnh: 500/3.517 = 142RT

3） Tham khảo các đường cong hiệu suất dựa trên nhiệt độ bóng đèn ướt 27 và tiếp cận 3 (30-27), cần xác định tháp làm mát 160RT (xem xét tỷ lệ lợi nhuận 10-15%).

5. Các yếu tố điều chỉnh năng lực

1） Hiệu chỉnh độ cao: Khả năng làm mát giảm khoảng 3% cho mỗi lần tăng 300m về độ cao.

2） Điều chỉnh điều kiện không chuẩn: Điều chỉnh với các yếu tố hiệu chỉnh được cung cấp bởi các nhà sản xuất khi các thông số vận hành thực tế khác với thiết kế.

3） Xem xét mở rộng trong tương lai: Thông thường dự trữ tỷ suất lợi nhuận công suất 10-20%.

Iii. Đánh giá các yếu tố môi trường và điều kiện cài đặt

Hiệu suất tháp làm mát có liên quan chặt chẽ đến môi trường cài đặt và đánh giá trang web khoa học có thể tránh các vấn đề hoạt động. Các cân nhắc về môi trường nên bao gồm các điều kiện khí tượng, giới hạn không gian và các điểm nhạy cảm xung quanh.

1. Thông số khí tượng

• Nhiệt độ bóng đèn ướt: Xác định giới hạn làm mát, đòi hỏi phải sử dụng các giá trị cực đoan với ít nhất thời gian hoàn trả 10 năm.

• Nhiệt độ bóng đèn khô: Ảnh hưởng đến sự bay hơi, đòi hỏi phải tăng lưu lượng nước hoặc khu vực tản nhiệt trong môi trường nhiệt độ cao.

• Sơ đồ hoa hồng gió: Hướng dẫn lựa chọn hướng đầu vào không khí để tránh lưu thông ngắn mạch.

• Nhiệt độ thấp mùa đông cực kỳ: Các khu vực có nhiệt độ dưới -5 ℃ yêu cầu thiết kế chống đóng băng, chẳng hạn như theo dõi điện.

2. Bố cục không gian

• Không gian sàn: Tháp chảy chéo cần nhiều không gian phẳng hơn, trong khi các tháp dòng chảy có thể sử dụng chiều cao.

• Khoảng cách lắp đặt: Duy trì ít nhất 1 lần chiều rộng tháp giữa các tháp và không dưới 2m từ các bức tường.

• Điều kiện thông gió: Tránh các khu vực không khí tù đọng, và khí thải trên cùng không nên trực tiếp đối mặt với các tòa nhà hoặc chướng ngại vật.

• Công suất chịu tải: Lắp đặt mái yêu cầu xác minh tải cấu trúc, với trọng lượng nước đầy đủ đạt 1,5-2 tấn/m⊃2 ;.

3. Sự nhạy cảm về môi trường

• Giới hạn tiếng ồn: Khu dân cư thường yêu cầu ≤55dB (a) vào ban đêm, đòi hỏi quạt tốc độ thấp hoặc bộ giảm âm.

• Kiểm soát trôi dạt: Các khu vực nhạy cảm yêu cầu tỷ lệ trôi <0,001%, yêu cầu loại bỏ hiệu quả cao hiệu quả cao.

• Yêu cầu xuất hiện: Các tòa nhà thương mại có thể chỉ định màu sắc hoặc hình dạng để phối hợp với các phong cách kiến ​​trúc.

4. Điều kiện chất lượng nước

• Độ cứng của nước: Độ cứng cao (> 300mg/L) dễ bị mở rộng, đòi hỏi phải tăng sự xuống hoặc xử lý làm mềm.

• Hàm lượng clorua: Chọn Vật liệu bằng thép không gỉ hoặc FRP khi> 200ppm để tránh ăn mòn thép carbon.

• Chất rắn lơ lửng: Các khu vực cát cần các bộ lọc để ngăn chặn tắc nghẽn đóng gói.

Iv. Thành phần chính và tiêu chí lựa chọn vật liệu

Cấu hình vật liệu của các tháp làm mát ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của thiết bị và tần suất bảo trì. Lựa chọn nên cân bằng ngân sách, chất lượng nước và tuổi thọ phục vụ dự kiến. Các thành phần tháp làm mát hiện đại bao gồm vỏ, đóng gói, các bộ phận cấu trúc và chảo nước, mỗi bộ phận có các tùy chọn vật liệu khác nhau.

1. Vật liệu vỏ

• Nhựa gia cố sợi thủy tinh (FRP): Sự lựa chọn chính thống, chống ăn mòn, nhẹ và linh hoạt trong mô hình hóa, với tuổi thọ dịch vụ là 10-15 năm.

• Tấm thép mạ kẽm: Chi phí thấp hơn nhưng kháng ăn mòn vừa phải, đòi hỏi phải bảo trì thường xuyên, thích hợp cho các khu vực khô.

• Thép không gỉ: Một tùy chọn cao cấp, đặc biệt là đối với môi trường muối cao ven biển, nhưng giá 2-3 lần so với FRP.

• Bê tông: Được sử dụng cho các tháp làm mát công nghiệp cực lớn, với chi phí ban đầu cao nhưng tuổi thọ lên tới 30 năm.

2. Lựa chọn đóng gói

• Chất độn màng PVC: phổ biến nhất, với diện tích trao đổi nhiệt lớn (250-350m ⊃2;/m ⊃3;), giá thấp nhưng không điện trở nhiệt độ cao (≤ 60 ℃)

• Đóng gói tổ ong PP: Điện trở nhiệt độ tốt hơn (lên đến 80), với các đặc tính chống lão hóa vượt trội so với PVC.

• Đóng gói gỗ: Một lựa chọn truyền thống, chống ăn mòn tự nhiên nhưng dễ bị tăng trưởng vi sinh vật, đòi hỏi phải bảo trì cao.

• Đóng gói bằng thép không gỉ: Được sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao (> 80 ℃) hoặc ăn mòn, 5-8 lần chi phí của PVC.

3. Vật liệu thành phần cấu trúc

• FAN: Lưỡi kiếm hợp kim nhôm + Trung tâm thép carbon là một lựa chọn kinh tế; Thép không gỉ tích phân phù hợp với môi trường ăn mòn.

• Hệ thống truyền dẫn: Bộ giảm tốc có khoảng thời gian bảo trì dài hơn so với ổ đĩa đai nhưng có giá cao hơn 30-40%.

• Pan Water: FRP M khuôn một mảnh cung cấp phòng ngừa rò rỉ tốt, trong khi thép không gỉ tạo điều kiện làm sạch nhưng chi phí nhiều hơn.

• Chốt: Thép không gỉ 304 là tiêu chuẩn, với 316 thép không gỉ cho các khu vực ven biển.

4. Thiết kế chống ăn mòn

• Độ dày lớp mạ kẽm: mạ kẽm nhúng nóng cho các bộ phận cấu trúc phải là ≥80μm.

• Điều trị hàn: Tất cả các bộ phận hàn đều yêu cầu điều trị chống ăn mòn thứ cấp.

• Bảo vệ bu lông: Sử dụng đai ốc khóa nylon hoặc áp dụng dầu mỡ chống đỗ xe.

• Phân lập nền tảng: Lắp miếng đệm cao su giữa tháp và nền bê tông để ngăn chặn sự ăn mòn điện hóa.

• Tiết kiệm hàng năm: (50-40) × 6000 × 0.8 = 48.000 nhân dân tệ

• Thời gian hoàn vốn cho chênh lệch giá: (30-25) /4,8 1,04 năm

• Tổng số tiền tiết kiệm trong 10 năm: 4,8 × 10- (30-25) = 430.000 nhân dân tệ

V. Đề xuất cho các bước thực hiện và quy trình lựa chọn

Việc lựa chọn các tháp làm mát khoa học nên tuân theo một quá trình ra quyết định có hệ thống, thường liên quan đến sáu bước chính từ phân tích yêu cầu đến mua sắm cuối cùng để đảm bảo rằng các cân nhắc quan trọng không bị bỏ qua. Sau đây là một quy trình lựa chọn tiêu chuẩn được đề xuất và các điểm thực hiện.

Bước 1: Thu thập dữ liệu cơ bản

· Xác định rõ ràng các mục tiêu làm mát: Hệ thống điều hòa không khí, thiết bị công nghiệp hoặc bộ máy phát điện

· Xác định tải nhiệt: Có được các giá trị chính xác thông qua các tính toán hoặc tham số thiết bị

· Thu thập dữ liệu khí tượng: Thiết kế nhiệt độ bóng đèn ướt, nhiệt độ khắc nghiệt, v.v.

· Đo lường trang web: Kích thước không gian có sẵn, giới hạn chịu tải, v.v.

· Báo cáo chất lượng nước: Giá trị pH, độ cứng, hàm lượng ion clorua, v.v.

Bước 2: Sàng lọc sơ bộ các loại

· Chọn dòng chảy ngược hoặc dòng chảy dựa trên các ràng buộc không gian

· Xem xét mở hoặc đóng theo yêu cầu chất lượng nước

· Đánh giá sự cần thiết của thiết kế im lặng dựa trên các hạn chế tiếng ồn

· Xác định loại hệ thống truyền dẫn dựa trên khả năng bảo trì

Bước 3: Tính toán tham số kỹ thuật

· Tính khả năng làm mát cần thiết (tính bằng tấn)

· Xác định các điều kiện thiết kế (nhiệt độ nước đầu vào và đầu ra, gần)

· Thực hiện độ cao và hiệu chỉnh nhiệt độ

· Xem xét một biên độ an toàn phù hợp (10-15%)

Bước 4: So sánh các giải pháp của nhà sản xuất

· Nhận đề xuất từ ​​ít nhất 3 nhà cung cấp đủ điều kiện

· So sánh các tham số cốt lõi: Khối lượng không khí, công suất, nhiễu, v.v.

· Xác minh xem dữ liệu kiểm tra hiệu suất có đáp ứng tiêu chuẩn

· Đánh giá xem thiết kế đặc biệt có đáp ứng các yêu cầu

Bước 5: Đánh giá kinh tế

· Tính tổng đầu tư ban đầu

· Ước tính chi phí tiêu thụ năng lượng hoạt động hàng năm

· Dự đoán chu kỳ thay thế và chi phí của các thành phần chính

· Tiến hành phân tích thời gian hoàn vốn đầu tư

Bước 6: Quyết định và mua sắm cuối cùng

· Kết quả phân tích kinh tế và kỹ thuật toàn diện

· Xác nhận Điều khoản dịch vụ sau bán hàng

· Xác định rõ ràng các tiêu chí chấp nhận và phương pháp kiểm tra hiệu suất

· Ký hợp đồng chính thức bao gồm thời gian bảo hành