節(jié)水消霧冷卻塔技術(shù)研究

張小娟 梁亮 劉起飛 曹童非

摘要：本文通過研究國內(nèi)外節(jié)水消霧冷卻塔技術(shù)原理及特點，進行節(jié)水消霧國內(nèi)外業(yè)績及實際運行效果比對，根據(jù)榆能化項目實際工況，現(xiàn)場實地勘察，技術(shù)和投資能耗方面的對比，最終建議一、三循采用馬利消霧冷卻塔技術(shù)，二循采用國產(chǎn)消霧冷卻塔技術(shù)可穩(wěn)定運行且降低水耗。

關(guān)鍵詞：節(jié)水消霧;冷卻塔;水耗

中圖分類號：X505 ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A

引言

中國能源長期以煤炭為主，促使煤化工產(chǎn)業(yè)鏈不斷深化發(fā)展，煤化工企業(yè)發(fā)展因水耗高、排污量大一直備受詬病，新《環(huán)保法》和“水十條”更是將其推到了風口浪尖[1]。循環(huán)水冷卻塔是煤化工企業(yè)關(guān)鍵換熱設(shè)備，而冷卻塔的蒸發(fā)損失可占到國內(nèi)全部工業(yè)用水耗水量的20%～50%左右，甚至蒸發(fā)的水霧還是霧霾的重要載體。消霧節(jié)水冷卻塔是一種新型冷卻塔，可將水蒸氣進行高效冷凝回收再利用，大大減少企業(yè)水耗量[2]。

一、國內(nèi)外技術(shù)簡介

冷卻塔消霧設(shè)計最早始于二十世紀六十年代，裝置是干濕式或在一系列通道的其他熱源，以及工業(yè)或空調(diào)裝置。在二十世紀七十年代，美國改進的設(shè)計是基于干濕式冷卻塔的平行通道技術(shù)。后來日本及歐洲也向該技術(shù)靠攏，我國國內(nèi)近幾年來也在不斷的模仿但一直停留在舊塔改造實驗階段，暫無新建的、成規(guī)模的消霧塔，且節(jié)水的更是很少。

馬利冷卻塔公司在全世界建造了80多消霧（節(jié)水）型冷卻塔，一直是世界冷卻塔技術(shù)發(fā)展的引領(lǐng)者。

二、應(yīng)用技術(shù)原理

（一） 國內(nèi)節(jié)水消霧冷卻塔

冷卻塔濕熱空氣與被翅片加熱的干熱空氣，在出口氣室內(nèi)地混合排出，實現(xiàn)消霧。在收水器上層的進風窗立面增設(shè)露點調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)風筒出口羽霧的露點。在塔內(nèi)收水器上面的氣室增設(shè)空氣混合導(dǎo)流裝置，提高露點調(diào)節(jié)裝置換熱后的干熱空氣與出填料的飽和濕熱空氣的混合效率，進而提高除霧效果。優(yōu)化上塔進水管路，上塔熱水既可以先通過露點調(diào)節(jié)裝置后再進入主配水管，也可以直接進入主配水管，進水方式可根據(jù)不同季節(jié)工況通過閥門來進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)常規(guī)冷卻塔（濕塔）與消霧節(jié)水冷卻塔（干、濕混合塔）的運行。但消霧節(jié)水冷卻塔由于增設(shè)了露點調(diào)節(jié)裝置，在消霧節(jié)水狀態(tài)運行時（旁路系統(tǒng)），會增加整個循環(huán)水系統(tǒng)阻力。

（二） 國外節(jié)水消霧冷卻塔

塔內(nèi)的濕熱空氣與干冷空氣進行熱交換，從而實現(xiàn)水回收及消霧。該冷卻塔運行中除短期的嚴寒季節(jié)出口有輕微羽霧外，全年大多時間即使?jié)M負荷運行，完全沒有白色羽霧排出。該技術(shù)綜合了系列通道和平行通道技術(shù)形式，是基于把濕段排出的濕氣把熱量傳遞給環(huán)境空氣。

在消霧冷卻塔形式中，濕段排出的水蒸氣是通過干段的熱交換器來冷凝，導(dǎo)致離開熱交換器的的空氣在較低的溫度下飽和。

從熱交換器一端過來的干熱空氣和通過另一端熱交換器冷卻濕段的空氣來除掉一部分水蒸氣相混合，降低了出塔空氣的相對濕度。因此達到消霧的目的。

由于濕熱空氣與環(huán)境空氣經(jīng)過冷凝箱的熱交換，從而形成水滴，流入塔內(nèi)，循環(huán)再生了一部分水;冷凝水的純度比循環(huán)水高出很多 ;從而實現(xiàn)回收水的目的。

三、技術(shù)特點對比

（一） 國內(nèi)外節(jié)水消霧塔消霧機理

基本工作機理為：在風機的作用下，塔外干冷空氣被引入模塊后，和塔內(nèi)的濕熱空氣在模塊上部區(qū)域充分混合，降低空氣的含濕量，消除了冷卻塔的可見雨霧。

塔外干冷空氣和塔內(nèi)的的飽和熱蒸汽，經(jīng)過冷熱風通道在模塊內(nèi)進行間壁式換熱、冷凝最終凝結(jié)成小水珠，冷凝水通過熱通道流入循環(huán)水水池內(nèi)，減少了冷卻塔循環(huán)水的蒸發(fā)損失，節(jié)省了設(shè)備的運行費增加高性能收水器及防飄濺措施等，也可以使冷卻塔更好的消霧和節(jié)水[3]。

（二） 國內(nèi)外節(jié)水消霧塔對比

1. 技術(shù)特點

2. 布置方案

從盤管消霧塔與馬利節(jié)水消霧塔占地布置上來講，盤管只能單排布置，兩排的間距與單排的長度要求一致。

3. 其他方面

國內(nèi)盤管冷卻塔金屬翅片有時會遭到翅片內(nèi)部結(jié)垢和腐蝕。金屬翅片外部有時會有微粒堆積（如風沙）或積聚纖維材料（如楊樹毛毛）。由于冷卻塔內(nèi)有濕熱空氣或由于當?shù)氐奶厥箽夂蚩赡苁箚栴}惡化導(dǎo)致外來物質(zhì)聚集。

四、節(jié)水消霧技術(shù)實際應(yīng)用對比

（一）國外與國內(nèi)消霧塔對比（負荷分布）

馬利節(jié)水消霧塔可通過冷凍單元冷卻塔更加均勻的重量分布來達到。

海鷗的盤管消霧塔在外圈柱子上集中支撐金屬盤管和調(diào)節(jié)裝置。需要冷水池和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計。基礎(chǔ)荷載和費用隨現(xiàn)場的變化可能變化很大，并受到風荷載、土壤條件、恒定荷載和冷卻塔運行荷載的影響。

（二）業(yè)績對比

1. 國內(nèi)冷卻塔業(yè)績

江蘇海鷗的業(yè)績僅光大環(huán)保能源有限公司一座改造的試驗塔。經(jīng)實地考察有很大的水蒸氣，效果不明顯。

2. 國外節(jié)水消霧塔業(yè)績

（1）馬利美國新墨西哥州圣望電廠，單塔是6000m3/h的消霧節(jié)水冷卻塔，2007年運行。

（2）WE 能源中心， 6間節(jié)水消霧塔，單塔是4000m3/h。

（3）赫斯 NEC公司，新澤西州紐瓦克市，12座節(jié)水消霧塔，單塔是4000m3/h。

（三） 現(xiàn)場實效對比

（1）國內(nèi)江蘇海鷗的消霧塔：目前實施的改造項目在蘇州，實地考察還是有很大的羽霧，效果不明顯。對于北方冷卻塔項目的消霧和節(jié)水從工藝設(shè)計以及效果上會很大的不同，目前，海鷗公司缺少北方工程案例。

（2）SPX馬利美國新墨西哥州圣望電廠，2007年消霧節(jié)水冷卻塔冬季運行該塔在零度附近完全沒有雨霧。自2007年至今冷效、消霧、還是節(jié)水效果都符合設(shè)計要求。

五、結(jié)論

在技術(shù)和業(yè)績方面，國內(nèi)消霧型冷水塔改造業(yè)績還不足以說明消霧能力穩(wěn)定可靠，不確定性很多。馬利公司的消霧型冷水塔使用的是最新Clear sky技術(shù)，建設(shè)周期短，維護方便，同時也有較多的實際運行業(yè)績。

在能耗方面：盤管式能耗比馬利節(jié)水消霧要高出40%以上。

實際工況：對于緊挨著一循的空分裝置是煤化工項目關(guān)鍵裝置，兩者間距僅60米，空分裝置的特殊低溫工藝和超大型空氣壓縮機的進氣都對一循內(nèi)消霧塔提出了苛刻的性能要求，不允許消霧塔產(chǎn)生的雨霧飄進空分裝置里去，否則空分裝置發(fā)生危險和事故的可能性較大。建議一循不使用海鷗消霧塔。同理，三循在生產(chǎn)裝置的中心位置，也不推薦使用海鷗消霧塔。

經(jīng)過與兩家公司的交流和討論，我們對于兩家公司的消霧塔做了技術(shù)和投資能耗方面的對比，初步結(jié)論建議一、三循采用馬利公司消霧冷卻塔技術(shù);二循采用國產(chǎn)消霧冷卻塔技術(shù)。

參考文獻：

[1]賽慶新.冷卻塔節(jié)水消霧技術(shù)[J] 化肥工業(yè).2015 （4）：49-52.

[2]羅方濤.新型煤化工項目全廠水系統(tǒng)整體解決方案研究[J] 化工設(shè)計通訊.2019 ，45（9）.

[3]張?zhí)鹛?冷卻塔的節(jié)水技術(shù)[J] 山東工業(yè)技術(shù).2016 （16）.