循環(huán)水冷卻塔水能回收技術應用

林世強

（南寧化工股份有限公司，廣西 南寧530031）

目前化工企業(yè)普遍采用的循環(huán)水冷卻塔按通風方式，可分為自然通風冷卻塔、機械通風冷卻塔和混合通風冷卻塔；按水和空氣的接觸方式可分為濕式冷卻塔、干式冷卻塔和干濕式冷卻塔；按熱水和空氣的流動方向可分為逆流式冷卻塔和橫流（直交流）式冷卻塔。

無論采用哪種冷卻塔，循環(huán)冷卻水在冷卻塔內有上升、懸浮、下降三個過程。同時冷卻也有順流冷卻與逆流冷卻兩個過程，因此與冷、干空氣接觸時間更長、更充分，帶走的熱量就更多。隨著技術的發(fā)展，冷卻塔由原來的填料式冷卻塔改為無填料式冷卻塔，空氣阻力現(xiàn)象不存在，霧化后水與空氣的接觸面積遠遠超過填料式冷卻塔水與空氣的接觸面積，降低了帶動風機旋轉的電機的功率，達到了降低運轉費用和提高進出水溫差的效果。南寧化工股份有限公司化合廠循環(huán)冷卻水冷卻塔采用的是噴霧冷卻塔，雖然達到一定節(jié)能效果，但仍需要電機帶動風機轉動。為了達到節(jié)能降耗的目的，我公司擬采用某節(jié)能科技有限公司提供的高效反擊式水輪機代替電機驅動風機，利用冷卻塔設備原有的循環(huán)冷卻水推動風機散熱，廢除在傳統(tǒng)的冷卻塔中用電機驅動風機的散熱方式，省卻機械減速裝置和電機，從而實現(xiàn)“零”電能消耗新節(jié)能環(huán)保型冷卻塔。

1 原有的噴霧冷卻塔

1.1 噴霧冷卻塔結構

我廠現(xiàn)采用的噴霧冷卻塔，主要由冷卻塔動力裝置（風機、減速裝置、電機、安裝支架及聯(lián)接件）、冷卻塔塔體支架、填料支架、立柱、進出水裝置、爬梯、冷卻塔FRP上塔體、FRP中塔體、百頁窗、冷卻塔布水系統(tǒng)及噴霧裝置（布水管、不銹鋼旋流噴霧器及聯(lián)接件）、冷卻塔收水裝置（FRP收水器、收水器支承及聯(lián)接件）組成。

風機配套的減速裝置機為皮帶減速；風機葉片由高強度環(huán)氧玻璃鋼模壓成型；采用低壓管式網狀布水系統(tǒng)；噴頭采用S2－5－6.7型高效低壓旋流霧化裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PVC填料，徹底克服了填料老化、變形、脆列、堵塞、溝流現(xiàn)象及填料碎片對工藝系統(tǒng)設備和管道的堵塞，冷卻水霧化效果好，在0.05MPa下可將水噴射成0.25mm以內的霧滴，布水十分均勻，冷卻水從噴霧裝置大口徑噴嘴以高速旋流形式噴出，無堵塞，不結垢，運行可靠，無需維護；冷卻塔采用順向噴霧，冷卻過程具有順流和逆流兩個過程，且氣水接觸比表面積較傳統(tǒng)填料塔大10%以上，冷卻塔效率高。采用BO160／30型不對稱收水器，通風阻力小，收水效果顯著，使冷卻塔風機在高速運行時，飄水損失低于0.001%；收水器采用高強FRP材質，機制成型，強度高、耐老化性能好。

1.2 噴霧冷卻塔的工作原理

采用上噴型噴霧通風霧化裝置，利用液力驅動，低壓（0.16～0.25MPa）液流通過旋流霧化噴頭產生霧流，霧流的作用力啟動密封傳動機構和風葉作反向旋轉，產生由下部導向霧流的空氣，氣水比可達 1.0～1.3，霧化滴與進塔空氣在霧狀條件下進行熱交換，以取得預期的降溫效果。采用上噴型噴霧通風霧化裝置改變了機械通風冷卻塔的傳統(tǒng)結構。

1.3 噴霧冷卻塔特點及不足

（1）噴霧冷卻塔特點：降溫效果好。塔內熱水在霧狀條件下與進塔空氣進行熱交換，傳熱面積和氣水比大，氣水間的傳熱與傳質路線長，傳熱與傳質充分，使塔的冷卻能力增強，從而使降溫效果顯著。

（2）噴霧冷卻塔不足：需要電機帶動風機轉動。

2 改造后的冷卻塔

2.1 冷卻塔水輪機工作原理

利用冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中富裕水能驅動水輪機轉動帶動風機轉動，從而取消電機和減速機實現(xiàn)節(jié)能。冷卻塔水輪機采用渦輪增壓水輪技術，利用冷卻塔設備原有的循環(huán)冷卻水推動風機散熱。冷卻塔散熱系統(tǒng)的循環(huán)水是由冷卻泵根據(jù)系統(tǒng)要求以特定的水壓、水流量送至冷卻塔內進行熱交換的，因此進塔后的水流及余壓，可以充分利用。送達冷卻塔的冷卻循環(huán)水按照一定的壓力、流量流過水輪機組，從而使其獲得輸出功率，并驅動風機散熱，完全省去風機電機，達到100%免除風機電能的目的。在安裝水輪機時，可保留原有冷卻塔外型結構、尺寸不改變，水輪機冷卻塔的冷效、風機風速、氣水比、噪聲均比原有電機驅動風機冷卻塔有不同程度的改善，各種技術指標均能達到冷卻塔設計要求。

2.2 循環(huán)水冷卻塔改造前流程

由換熱設備來的熱水進入熱水池后，經熱水泵送至冷卻塔的布水器，冷卻水從噴霧裝置大口徑噴嘴以高速旋流形式噴出，而空氣由裝在冷卻塔塔頂?shù)挠呻姍C帶動的風機抽吸，自下而上地與熱水進行充分的接觸，含水汽的熱空氣則從冷卻塔塔頂排出，熱空氣夾帶的水滴被擋水板收集后往下流。經冷卻后的水匯集至冷水池中，經冷水泵加壓送至換熱設備，換熱后循環(huán)水再流回熱水池循環(huán)使用。具體流程見圖1。

2.3 循環(huán)水冷卻塔改造后流程

圖1 循環(huán)水冷卻塔改造前流程

由換熱設備來的熱水進入熱水池后，經熱水泵送至冷卻塔的布水器，冷卻水從噴霧裝置大口徑噴嘴以高速旋流形式噴出，而空氣由裝在冷卻塔塔頂?shù)挠伤啓C帶動的風機抽吸，自下而上地與熱水進行充分的接觸，含水汽的熱空氣則從冷卻塔塔頂排出，熱空氣夾帶的水滴被擋水板收集后往下流。經冷卻后的水匯集至冷水池中，經冷水泵加壓送至換熱設備，換熱后循環(huán)水再流回熱水池循環(huán)使用。冷卻塔改造后水輪機替代電機。

圖2 循環(huán)水冷卻塔改造后流程

3 冷卻塔水能回收技術特點

（1）節(jié)能。利用循環(huán)水系統(tǒng)浪費的機械能推動水輪機帶動風扇，取消配備風機用的電機，并確保水輪機安裝后不另增水泵電耗，達到節(jié)能目的。

（2）高效。水輪機配備的減速器功率有富余時，可以通過增開水泵解決夏天高溫救急，使冷卻塔發(fā)揮最高效作用。

（3）可調節(jié)。由于水輪機靠水能推動轉輪傳動風機，因此，可以通過水輪機的水量調整風機轉速。

（4）安全。傳統(tǒng)冷卻塔所配用的電機是在高危條件下進行工作，存在漏電傷人，火花爆炸等潛在危險。水能回收冷卻塔不用電機，可在高危環(huán)境下使用，危險隱患得到極大的消除。

（5）操作簡單。可以直接通過控制水泵來開停風機。

（6）減少維修費用，降低生產成本。使用水輪機的冷卻塔系統(tǒng)故障少，以一臺水輪機代替電機、減速器和傳動部分，可以實現(xiàn)長時間無故障運行，為使用單位節(jié)省大量的維護和更換冷卻塔的電機和減速器的費用和人力。

4 經濟效益分析

我廠循環(huán)水系統(tǒng)一臺冷卻塔，冷卻塔流量為500m3·h-1，冷卻塔風機電機的功率為11kW，系統(tǒng)運行時間按每天使用24h，每年使用300d計算，則 改 造 后 每 年 節(jié) 電 為 ：11kW ×24h×300d＝79200kWh·a-1，電價按企業(yè)實際電費 0.7 元·kWh-1計算，每年可節(jié)能電費55440元。

5 結論

由上述分析可見，冷卻塔的水能回收技術給企業(yè)帶來可觀的經濟效益。該技術先進、切實可行；降低電耗，提高安全性；提高了技術水平；降低了生產成本。該技術在別的企業(yè)應用成功為化工企業(yè)提供了一個更經濟合理與節(jié)能的方法。