基于风量控制的冷却塔防挂冰理论研究

朱高鹏 王娇龙 卢言玉 丁杜杰

摘 要：为解决冷却塔冬季挂冰问题，研究了防止冷却塔挂冰的相关理论，发现了基于风量控制的冷却塔防挂冰方法具有现实可行性，研究开发了一种基于风量控制的冷却塔防挂冰智能控制装置，为解决冬季冷却塔挂冰提供了一种方案参考。

关键词：冷却塔；冬季挂冰；风量控制；理论研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.255

0 前言

进入冬季，随温度降低，冷却塔四周出现不同程度的挂冰，尤其是在进风侧。冷却塔挂冰后，影响其换热效率，局部挂冰严重的部位，对填料造成损坏。对用户造成困扰，对冷却塔的安全运行产生不利因素，影响用户的正常使用。为提高冷却塔的换热效率，降低填料损失，国内学者进行了大量研究[1-3]。目前，冬季防止冷却塔挂冰的方法主要有两种：一是增设冷却塔防冻门，利用热源的方法，提高进风的温度；二是在冷却塔填料上增设启闭扣条，形成干段填料区和湿段填料区，降低热交换面积，从而达到防止冷却塔挂冰。论文根据冷却塔防冻门原理，进行分析研究，并提出实际的有效解决措施，为解决冷却塔挂冰问题提供参考。

1 消除挂冰的理论分析

通过调研发现，冷却塔冬季运行，最容易结冰的部位主要集中于进风侧护板等部件周围、风筒边缘、淋水填料的外边缘处。造成上述现象的原因在于：①冷却塔在运行中，喷淋水降到填料周围的护板及立柱等部件上，遇冷空气结冰，并逐渐累积；②混合湿空气在出塔后，温度降低，形成过饱和湿空气，析出液态水，以及漂水等问题，水汽在风筒周围积聚结冰；③淋水填料外围水量小，当水量分配不当，部分填料水量过小，容易造成填料外边缘结冰。

防冻门解决冷却塔挂冰问题，其作用为在冬季低温时，在进风侧增设伴热管，在环形管路内通热水，预热进入塔内的空气，一方面增加空气流动阻力，即限制进入冷却塔的进风量，另一方面提高空气温度，从而达到防止挂冰的问题。防冻门方法与冷却塔填料上增设启闭扣条方法相比，防冻门可调节范围大，冷却塔用户自行调节较为便捷，对解决实际问题具有较好的可操作性[4]。

通过上述分析可以发现，防冻门解决挂冰问题，通过减小进入塔体内的风量和提高进入塔体内空气的温度的途径实现[5]。在实际操作中，提高进入塔体内的空气温度，最常用的方法是在进风侧进行管路改造，在外围单独增加热源或者将需要冷却的热源引至进风侧，涉及的管路改造、管路固定方案设计较为复杂，而且管路改造会对产品美观、非挂冰季节换热效率等产生不利因素[6]。减小进入塔体内的风量的方法，降低冷源比例，提高热源比例，在理论上具有可行性，改造相对方便，基于上述因素考虑，减小进入塔体内的风量的方法，是一种相对更可行的方法。

2 风量控制装置研究

风量控制装置的核心部件为铝合金活动式百叶安装位置为填料进风侧。其优点体现为：铝合金力度小、强度高，采用打孔-螺栓连接方案，改造方便；外形美观，角度可调，手动、电动调节实现方便；在非挂冰季节使用，无需拆卸。其工作流程如图1所示。

系统通过传感器采集冷却塔进风侧空气状态，以及易结冰部位的物理参数，获取冷却塔工作状态。若温度过低，导致冷却塔已经出现挂冰，系统发出警报，操作人员根据挂冰程度作出判断，若挂冰严重，可以停止风机，关闭百叶，利用待冷却热源的热量溶解挂冰。操作人员也可以通过风机运行状态调节、水量调节布水状态调节等方法进行解决，在允许的条件下，也可以人工铲冰；温度过高或过低，系统可自动调节百叶开度进行调整，根据现场具体状况，可以辅之风机频率调节、喷淋水量调节等方法，使系统工作状态趋向设定范围。系统生成并记录设备运行参数，以供评判。

3 技术指标评判

利用铝合金活动式百叶进行控制风量的方法，具有理论及实践的可行性。从长远看，铝合金活动式百叶进行控制风量方案经济型优势明显，根据冷却塔实际运行工况，通过铝合金活动式百叶开度调节进行风量控制，减小进入塔体内的风量的方法，降低冷源比例，提高热源比例，以此保证集水池水温和填料温度高于结冰点，使活动式百叶自行调节，达到冷却塔最佳的经济工况。

参考文献：

[1]姬保江.结冰地区冷却塔防冰技术与应用[J].工业用水与废水，2005（02）：76-77.

[2]杨雪.冷却塔的防冰技术研究[J].大庆师范学院学报，2012（06）：97-99.

[3]聂忠轩.防冰技术在寒冷地区冷却塔改造上的应用[J].工业水处理，2004（11）：75-76.

[4]毕永尧.消除冷却塔冰害的对策与方法[J].化工给排水设计，1995（02）：14-21.

[5]韩军，黄浦泽.机械通风冷却塔的冬季防冰措施[J].科技资讯，2011（20）：59.

[6]王荆陆.寒冷地区冷却塔防冰新技术[J].给水排水，2000（02）：48-49+1.