間接-直接蒸發(fā)冷卻機組間冷段的實驗研究*

□盧萍 □唐亞鳴 □金文趙 □陳楷

河海大學機電工程學院 江蘇常州 213022

間接-直接蒸發(fā)冷卻機組間冷段的實驗研究*

□盧萍 □唐亞鳴 □金文趙 □陳楷

河海大學機電工程學院 江蘇常州 213022

針對一種間接-直接復合式蒸發(fā)冷卻機組，對其預冷部分——間接蒸發(fā)冷卻立式換熱管段的換熱效果進行了實驗分析，發(fā)現立式換熱管段在相對濕度較高的環(huán)境下具有良好換熱效果，間接蒸發(fā)冷卻效率可達78%。研究還發(fā)現，間冷效率隨入口處空氣相對濕度的增大而增大，隨噴淋水溫與入口處空氣濕球溫度溫差的減小而增大。

蒸發(fā)冷卻機組 間接蒸發(fā)冷卻 冷卻效率 相對濕度

蒸發(fā)冷卻技術是一種健康、環(huán)保、節(jié)能、經濟性強的綠色技術，目前，已在石油、化工、發(fā)動機、制冷、建筑空調和電廠通風系統(tǒng)等領域得到了廣泛應用［1］。因蒸發(fā)冷卻技術具有節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)點，開始將其應用于電廠的冷卻系統(tǒng)中，經研究和實踐應用證明，蒸發(fā)冷卻技術在電廠冷卻系統(tǒng)中的應用具有良好的可行性和經濟性［2～4］。

蒸發(fā)冷卻分為直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻，其應用方式較廣，其中較常用的有閉式冷卻塔、盤管式蒸發(fā)冷卻（冷凝）機組和帶填料的盤管式蒸發(fā)冷卻裝置。為了使蒸發(fā)冷卻技術在多地區(qū)更廣泛應用，徐方成［5～6］等人提出了將蒸發(fā)冷卻技術與機械制冷、除濕技術等相結合或采用多級的復合式蒸發(fā)冷卻技術。筆者基于一種間接-直接的復合式蒸發(fā)冷卻機組，研究機組中作為預冷部分的間接蒸發(fā)冷卻部分的實際冷卻效果及其冷卻效率的影響因素，以進一步驗證間接蒸發(fā)冷卻技術作為復合式蒸發(fā)冷卻機組預冷部分的可行性，同時，為今后復合式蒸發(fā)冷卻技術的進一步研究提供實驗依據。

1 機組概況

間接-直接復合式蒸發(fā)冷卻機組包括直接蒸發(fā)冷卻段和間接蒸發(fā)冷卻段，其中直接蒸發(fā)冷卻段由帶填料的盤管換熱段構成，位于蒸發(fā)冷卻機組的中部；而間接蒸發(fā)冷卻段是蒸發(fā)冷卻機組的預冷部分，由兩段相同的立式換熱管組成，對稱分布于蒸發(fā)冷卻機組的兩側，機組整體結構圖如圖1所示。復合式蒸發(fā)冷卻機組包含了3個系統(tǒng)：高溫循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、風系統(tǒng)和噴淋水系統(tǒng)，其中風系統(tǒng)包括了一次風系統(tǒng)和二次風系統(tǒng)，二次風系統(tǒng)主要在間接蒸發(fā)冷卻段起作用，并與立式換熱管內壁以水膜態(tài)向下流的噴淋水共同作用，使冷卻橫掠立式換熱管外部的一次風得到一次降溫。

圖2為機組空氣參數變化的焓濕圖，從圖中可知，一次空氣在立管段的冷卻過程為等濕降溫，空氣沿W點冷卻至W1點，溫度由tW降至tW1，而二次空氣在立管內與沿內壁下流的噴淋水膜直接接觸，其換熱過程為等焓加濕冷卻，理想狀態(tài)下，空氣可冷卻至相對濕度ψ為100%的SW點，但實際運行時，空氣沿W點冷卻至M點，相對濕度為90%；假設噴淋水膜初始水溫為C點，立式間接蒸發(fā)冷卻預冷部分的水箱水溫在理想

狀態(tài)下可從C點冷卻至C1點。一次空氣經立管段等濕冷卻后，與中間盤管換熱段中填料表面的噴淋水膜進行熱濕交換，理想狀態(tài)下，一次空氣溫度可達到W1點對應的濕球溫度SW1點，但實際上空氣溫度從W1點等焓降溫冷卻至O點，此時直接蒸發(fā)冷卻換熱部分的水溫從C點降至C2點，最后，C2點溫度的噴淋水和O點的一次空氣在盤管換熱管外共同冷卻盤管內的高溫循環(huán)冷卻水，使高溫循環(huán)冷卻水得以冷卻。

從焓濕圖中可知，蒸發(fā)冷卻機組間接蒸發(fā)冷卻效率即間冷效率ηIEC為：

式中：tW為入口處一次空氣的干球溫度，℃；tSW為入口處一次空氣的濕球溫度，℃；tW1為立式換熱管段出口處一次空氣的干球溫度，℃。

▲圖1 復合式蒸發(fā)冷卻機組結構圖

2 實驗結果與分析

本實驗通過測試機組入口1點處空氣各參數、立式換熱管段出口2點處一次空氣參數、立式換熱管段二次空氣進口3點處空氣參數、立式換熱管段二次空氣出口4點處空氣參數、機組出口5點處空氣參數、高溫循環(huán)冷卻水進口6點處水溫和高溫循環(huán)冷卻水出口7點處水溫等參數，以研究立式換熱管段的冷卻效率，其測試點布置如圖3所示。

▲圖2 機組空氣焓濕圖

▲圖3 蒸發(fā)冷卻機組測點布置圖

2.1 立式換熱管段冷卻效果分析

表1記錄了測試期間（8月2日至8月7日）立式換熱管段一次空氣側各進出口參數的測試數據，表2記錄的是8月4日一次空氣側的測試數據。

從表1中可知，測試期間立式換熱管段一次空氣平均溫降在6℃左右，間冷效率為78%，其中，平均溫降最高為7.87℃，最低為4.28℃；日最大溫降為8.3℃，最小溫降為4.1℃；間冷效率最高為94.48%，最低為57.47%。從表中還可以看出，8月4日機組一次空氣溫降值最小，但其間冷效率卻最高，這是因為該日空氣平均相對濕度較高，約為64.58%，一次空氣入口處干濕球溫度差僅為4.53℃，而該日立式換熱管段一次空氣降溫達4.28℃（見表2），因此，該日間冷效率較高。同時，這也說明在相對濕度較高的地區(qū)，間接蒸發(fā)冷卻也有良好的冷卻效果。

表1 立式換熱管段冷卻效果測試數據

▲圖4 測試期間間冷效率與一次空氣入口處相對濕度的關系

▲圖5 8月5日間冷效率與一次空氣入口處相對濕度的關系

▲圖6 測試期間間冷效率與噴淋水溫與進風濕球溫度差值的關系

▲圖7 8月5日間冷效率與噴淋水溫與進風濕球溫度差值的關系

表2 8月4日一次空氣側測試數據

2.2 立式換熱管段間冷效率的影響因素

（1）立式換熱管段間冷效率與一次空氣入口處相對濕度的關系。如圖4～圖5所示的是測試期間和單日（8月5日）立式換熱管段間接蒸發(fā)冷卻效率與進風相對濕度之間的關系，從圖4和圖5中均可看出，間接蒸發(fā)冷卻效率與入口處相對濕度的變化趨勢基本一致，當相對濕度增大時，冷卻效率隨之增大；當相對濕度減小時，冷卻效率也隨之減小。

（2）立式換熱管段間冷效率與立式換熱管段噴淋水溫度與進風濕球溫度差值的關系。圖6所示為測試期間立式換熱管段間接蒸發(fā)冷卻效率與該段噴淋水溫與進風濕球溫度差值的關系曲線圖，圖7為8月5日兩者的關系曲線圖。從圖中可知，冷卻效率與噴淋水溫和進風濕球溫度差值基本成反比關系，即差值越小，冷卻效率越高，這說明當立式換熱管段的噴淋水溫度越接近或者越低于進風濕球溫度時，立式換熱管段的冷卻效果越好。

3 結論

經實驗分析發(fā)現，間接-直接復合式蒸發(fā)冷卻機組立式換熱管段的間接蒸發(fā)冷卻效率即一次空氣側冷卻效率隨入口處空氣相對濕度的增大而增大，隨立式換熱管段噴淋水溫與入口處空氣濕球溫度溫差的減小而增大；同時，研究還發(fā)現，在相對濕度較高的環(huán)境下，立式換熱管段的換熱效果也較良好，其間冷效率可達94.48%，這說明間接-直接復合式蒸發(fā)冷卻機組在高濕度地區(qū)的使用是切實可行的，為蒸發(fā)冷卻技術在多氣候地區(qū)的推廣應用提供了實驗依據。

［1］吳治將，朱冬生，蔣翔，等.蒸發(fā)式冷凝器的應用與研究［J］.暖通空調，2007，37（8）：98-102.

［2］黃翔，屈元，狄育慧.多級蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)在西北地區(qū)的應用［J］.暖通空調，2004，34（6）：67-71.

［3］郭勝江，陳國邦，董興杰.蒸發(fā)式冷凝器用于火電廠冷卻系統(tǒng)中的可行性分析［J］.能源工程，2004（4）：53-57.

［4］包衛(wèi).蒸發(fā)式冷凝器用于火電廠冷卻系統(tǒng)的可行性分析［J］.浙江電力，2004（4）：46-49.

［5］徐方成，黃翔，武俊梅.蒸發(fā)冷卻與機械制冷復合空調系統(tǒng)分析［J］.西安工程大學學報，2008（6）：741-745.

［6］徐方成，黃翔，武俊梅.與蒸發(fā)冷卻復合的三種除濕空調系統(tǒng)對比分析［J］.建筑熱能通風空調，2008（6）：47-49+59.

（編輯 小 前）

An experimental analysis on heat transfer performance at vertical heat exchange segment of indirect evaporative cooling system was conducted based on a indirect-direct hybrid evaporative cooling unit.It was found that vertical heat-exchange segment has sound heat transfer performances at an environment with high relative humidity.Its indirect evaporative cooling efficiency was up to 78%.The examination also indicated that cold efficiency was increased along with the increased relative humidity at the entrance and was increased along with the reduced temperature difference of the air wet-bulb temperature at the entrance.

Evaporative Cooling Unit Indirect Evaporative Cooling Cooling Efficiency Relative Humidity

TB65

A

1000-4998（2015）09-0043-03

*中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項基金資助（編號：SJLX-0200）

2015年3月