造氣污水冷卻塔技術(shù)改造

陳 偉

(福建三明三鋼集團三化公司，福建 三明 365000)

1 前言

三明化工有限責任公司在熱電廠內(nèi)新建16 臺造氣爐，原造氣26#造氣循環(huán)水崗位地皮公司另有他用，因此26#造氣循環(huán)水崗位整體搬遷;原污水系統(tǒng)循環(huán)水量2000m3/h，新建16臺造氣爐循環(huán)水量共4000m3/h，總循環(huán)水量為6000m3/h，為滿足生產(chǎn)工藝要求，結(jié)合原污水冷卻塔問題及現(xiàn)有冷卻塔技術(shù)對熱電廠兩臺原冷卻塔處理量為2000m3/h 改造及新建一臺處理水量2500T/h 的冷卻塔，原水從初沉池沉淀處理后進入塔內(nèi)，經(jīng)冷卻冷卻處理后出水達到設(shè)計要求。

2 改造前電廠兩臺清水冷卻塔存在的問題

2.1 飄零損失水量大

由于冷卻塔為90年代建，使用年限長百葉窗變形嚴重，并嚴重老化，收水性能下降嚴重且冷卻塔周圍的墻體縫隙漏水嚴重導致冷卻塔飄零損失嚴重。

2.2 填料嚴重老化

淋水填料使用年限長，填料嚴重老化且有部分填料脫落，碎片到循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)，嚴重堵塞換熱器。

2.3 布水不均

冷卻塔布水形式采用老式布水渠，由于噴頭直接安裝在布水渠上且高于布水渠50mm，造成大量雜物沉積在布水渠底部且較大顆粒雜物堵塞噴頭，清理難度大，容易造成布水渠布水分布不均，局部區(qū)域內(nèi)的淋水填料較小，而部分填料的淋水量又較大，從而造成部分淋水量較大的填料被沖壞，影響冷卻塔冷卻效果。

3 熱力計算

為保證改造兩臺冷卻塔和新建冷卻塔滿足生產(chǎn)要求，通過熱力學計算為冷卻塔選型提供可靠依據(jù)。

3.1 原始數(shù)據(jù)

空氣干球濕度:θ1=32℃;空氣濕球濕度:τ=28℃;大氣壓力:P=99.7kpa;進水溫度:t1 =50℃;出水溫度:t2 =35℃;塔寬:B=17m;風量:G=2950000m3/h 冷卻水量:Q=2500m3/h。

3.2 熱力性能計算

3.2.1 各參數(shù)的計算公式

(1)進塔干空氣密度r(kg/m3):

(3)進塔空氣焓i1(KJ/kg):

式中;θ1—干球溫度32℃ 得:i1=21.5 KJ/kg

(4)出塔空氣焓i2(KJ/kg):

代入出水溫度t2=40℃得:K =0.945Δt—水溫降15℃;Cw—水的比熱，Cw=4.187KJ/kg·℃得:i2=30.3KJ/kg

(5)塔內(nèi)空氣的平均焓im(KJ/kg):

(6)溫度為t 時飽和空氣焓i″(KJ/kg):

3.2.2 逆流式冷卻塔熱力計算基本公式

式中的積分可以采用辛普森兩段近似積分公式計算:

計算交換數(shù)得:Ω=1.2;由式(A8)計算得βXV=10003;淋水填料片距為40mm。

其試驗公式為1.725λ0.578;考慮工業(yè)塔與試驗塔有一定的誤差，故取比例系數(shù)為0.9。

則Ω1=0.9 ×1.725λ0.578=1.21;與冷卻塔計算值誤差不超過5%，說明冷卻塔計算結(jié)果正確。這種情況下冷卻水量為;故冷卻塔在目前工況下能夠滿足Q=2500 m3/h 使用要求。

3.3 阻力計算

3.3.1 冷卻塔設(shè)計參數(shù)

進風口高:h=5.0m;填料片距:40mm;風筒出口直徑:10.78m;水器片距:45mm;淋水密度:q=8.7m3/m2·h;塔寬:b=17m。

3.3.2 阻力計算

(1)進風口阻力計算:

進風口阻力系數(shù)ξ1=0.55 F1=2 ×b ×h1;V1=G/3600/F1

(2)填料下雨區(qū)氣流的阻力計算:

填料下雨區(qū)氣流的系數(shù)ξ2=(0.1 +0.025q)B/2 =2.79;F2=2 ×b2V2=G/3600/F2

(3)水平轉(zhuǎn)向進入填料的阻力計算:

水平轉(zhuǎn)向進入填料的阻力系數(shù)ξ3=0.5;F3=2 ×b2V3=G/3600/F3

(4)氣流在填料中的阻力計算:

根據(jù)水科所的試驗報告計算，填料段的阻力為:

A =1.027 ×10－2q－1.232 ×10－2q +0.51m =－2.598 ×10－3×q2－4.062 ×10－2×q+1.917

V4=V3;ΔP4=P4=γ×A×Vm=5.155(mmh2O)

(5)布水裝置的阻力計算:

布水裝置的阻力系數(shù)ξ5=0.5;F布=n ×L ×bs =F5/b/b;V5=G/3600/F5;ΔP5=ξ5×γ×/2/g=0.60(mmh2O)

(6)收水器的阻力計算:

收水器的阻力系數(shù)ξ6=［0.5 +2 ×(1－F6/F3)2］×(F3/F6)2

F6=B×B－n ×δ;V6=G/3600/F6;ΔP6=ξ6×γ/2/g =0.149(mmh2O)

(7)進風口氣流阻力損失計算:

進風口氣流阻力系數(shù)ξ7=0.5;F7= π/4 × d2;V7= G/3600/F7

ΔP7=ξ7×γ×/2/g=1.79(mmh2O)

(8)風筒出口氣流阻力損失計算:

風筒出口氣流阻力系數(shù)ξ8=1;V8=G/3600/F8;ΔP8=ξ8×γ×/2/g=3.819(mmh2O)

故計算得冷卻塔的總阻力ΔPz=ΔPi=18.1(mmh2O)

由上述計算可知，冷卻塔阻力小于風機全壓183pa，風機能滿足要求。

4 改造方案

造氣污水堿度高、硬度高、溫度高、腐蝕性高，并且?guī)в忻夯?、絮凝劑等，容易在系統(tǒng)內(nèi)析出結(jié)垢，所以必須選擇適合造氣污水的填料內(nèi)件，防止其結(jié)垢、腐蝕根據(jù)原冷卻塔存在問題及新建污系統(tǒng)水氣象條件和熱工性能要求，結(jié)合冷卻塔現(xiàn)場的實際情況特作如下方案:一、現(xiàn)有兩臺2000m3/h 清水冷卻塔改造，利用現(xiàn)有的框架、塔池、上水管、回水管、風機，對塔內(nèi)填料、布水系統(tǒng)、收水系統(tǒng)改造，改造方案與新建污水冷卻塔一致。二、新建一座2500m3/h 污水冷卻塔。

4.1 冷卻塔參數(shù)

4.1.1 氣象條件:干球溫度θ=32℃;濕球溫度τ=28℃;年平均氣壓P=99.70kpa。

4.1.2 冷卻塔溫度差:冷卻塔進水溫度:t1=50℃;冷卻塔出水溫度:t2=35℃水溫差:Δt=15℃。

4.1.3 選用風機參數(shù):改造冷卻塔兩臺風機型號:L80A;直徑:φ=8000mm;風機風量:Q =248 ×104m3/h;電機功率:160kW;其中一臺改為變頻風機;新建風機型號:L92L;直徑:φ=9140mm;風機風量:Q=295 ×104m3/h;電機功率:200kW;配套變頻風機。

4.2 塔體結(jié)構(gòu)

舊冷卻塔利用原有框架，對填料內(nèi)件進行改造;新建冷卻塔均為(采用)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

4.3 風筒

新建風筒型式為動能回收型風筒。風筒原材料采用高質(zhì)量的聚酯樹脂和玻璃纖維布，防紫外線。

4.4 淋水填料及支承架

4.4.1 淋水填料。根據(jù)造氣污水水質(zhì)情況，本次改造采用BR 型半軟性填料，材質(zhì)為聚乙烯混合物一次注塑成形。該填料具有耐腐蝕、耐老化、耐生物降解，比表面積大，散熱性能高，通風阻力小等優(yōu)點。在使用過程中，每當上層水滴向下層填料滴落時，每個單元的填料花片都對水滴作一次重新切割分布，使布水更均勻，延長了水在填料中心的停留時間，增加熱交換表面，提高了填料散熱效果，長期不易堵塞，生物膜能及時脫落更新，又是降低氰化物和氨氮的最佳填料。本次選擇規(guī)格直徑Φ150mm，片距40mm，有效長度3000mm，每片填料重量為5 克，中心套管為0.4 克，中心繩為304 不銹鋼絲，直徑為Φ0.8mm。

4.4.2 填料的支承架。根據(jù)冷卻塔現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)和造氣污水水質(zhì)的特點，塔內(nèi)材料應采用不銹鋼，玻璃鋼塑料制品。本方案建議采用固定式鋼構(gòu)支承架，所有材料采用304 不銹鋼。

4.5 配水槽

4.5.1 冷卻塔布水系統(tǒng)為管式與槽式相結(jié)合的布水方式。兩根DN450 進水管與主布水槽連接;主布水槽分出10 根支布水槽，每根支布水槽兩側(cè)都配有三濺式噴頭。支布水槽與一根平壓槽連接，整個布水系統(tǒng)形成環(huán)路;平壓槽設(shè)有1 根DN150 排污管，方便污泥排出。

4.5.2 布水管及布水槽材質(zhì)均為高強度玻璃鋼，采用法蘭和玻璃鋼連接，螺栓均為不銹鋼，材質(zhì)為304。

4.5.3 布水槽設(shè)有可拆卸的玻璃鋼蓋板，并用不銹鋼螺栓鎖緊，以防水溢出。

4.6 噴頭

噴濺裝置是冷卻塔配水均勻的首要部件之一，其功能發(fā)揮良好與否，直接影響全塔配水均勻程度，影響塔的冷效。根據(jù)處理水量和配水槽的分布，確定噴頭所需的數(shù)量。根據(jù)實際情況，選用三濺花籃式噴頭，材質(zhì)ABS 工程塑料，規(guī)格D40，因該噴頭無需壓力，不堵塞，布水均勻，服務(wù)面積大，適用配水槽和機力通風塔。

4.7 收水器

在冷卻塔中，由于布水裝置和填料的作用產(chǎn)生一定數(shù)量的細小水滴，在運行過程中被上升氣流夾帶而飄出塔外，造成環(huán)境的污染和循環(huán)水量的損失，所以本次改造中，選用多波雙功能收水器。該收水器具有收水和導水的雙重功能。采用改性PVC、阻燃，厚0.6mm，質(zhì)輕，阻力少，除水效果好，拆裝方便，抗沖擊，耐老化，耐腐蝕，飄水損失十萬分之一。

4.8 進風口

進風形式采用兩面進風。進風口上部設(shè)置玻璃鋼導風板，減少塔內(nèi)渦流及阻力，使氣流可以更通暢。很好的克服了冷卻塔進風口上角引起的尖端效應，使進風口上側(cè)渦流區(qū)縮小，提高了冷卻塔的冷卻效果。

進風口處設(shè)置玻璃鋼材質(zhì)的導水板，減少塔內(nèi)水下落時外濺及減少氣流渦流及阻力，使填料面配風均勻氣流可以更通暢。很好地克服了冷卻塔進風口上角引起的尖端效應，使進風口上側(cè)渦流區(qū)縮小，提高了冷卻塔的冷卻效果。

5 效果

5.1 改造后污水循環(huán)水系統(tǒng)最高時進口溫度52℃，出水水溫35℃進出口溫差17，℃平均溫差在12—17℃，懸浮物:≤35mg/l;供水壓力:0.28～0.40Mpa;實際最高時運行循環(huán)水量4500 m3/h;從生產(chǎn)運行后數(shù)據(jù)可以看出，改造后冷卻塔均達到設(shè)計要求，滿足生產(chǎn)需求。

5.2 布水裝置使用壽命原來老系統(tǒng)3—4年，提高到10—15年;污水循環(huán)水系統(tǒng)為腐蝕性水質(zhì)，塔內(nèi)材質(zhì)均采用防腐材質(zhì)，延長冷卻塔的使用年限，保障了系統(tǒng)長周期、安全、穩(wěn)定運行。

5.3 由于污水系統(tǒng)懸浮物較多，布水槽內(nèi)容易沉積污泥，現(xiàn)加裝了排污管，可以及時清理槽內(nèi)污泥，防止污泥堵塞噴頭，確保布水均勻。

5.4 三臺冷卻塔風機中有二臺改為變頻風機，節(jié)電效果明顯，特別是在低氣溫月份(11月—3月)每臺風機預計可節(jié)約電耗20%，2 臺風機節(jié)約電耗=(160kwh +200)×24h ×150天×20% =259200kwh;除此之外采用變頻調(diào)速裝置后，風機啟動時可以從0 轉(zhuǎn)/分逐漸平穩(wěn)的升到所需轉(zhuǎn)數(shù)，減少了電機直接起動損耗、啟動沖擊和機械摩擦、震動，延長電動機使用壽命且風機在變頻狀態(tài)工作，風機轉(zhuǎn)速降低，減少了減速箱的磨損，延長設(shè)備使用壽命。

6 結(jié)束語

2010年6月份污水冷卻塔運行到現(xiàn)在，冷卻塔一直運行良好，水溫差新系統(tǒng)對比勞系統(tǒng)得到了較大的提高，系統(tǒng)阻力小，布水均勻;隨著廠內(nèi)對節(jié)電越來越重視，污水循環(huán)水系統(tǒng)原舊水泵改為節(jié)能水泵后，上塔壓力下降，造成各個塔池之間的水量不均，如關(guān)上塔閥調(diào)節(jié)，則會造成供水量不足，因此如何控制節(jié)電和水壓之間的平衡是我們下一步攻關(guān)的重點。