三種冷卻塔的比較與選用

1、三種冷卻塔的比較與選用2.1風(fēng)機的大直徑節(jié)能化冷卻塔的大型化可以減少占地、節(jié)約投資,同時減少了維護工作量,降低了維護費用,這在業(yè)內(nèi)已是共識。當冷卻塔的大小確定后,在不影響塔的技術(shù)性能的條件下,應(yīng)選擇較大直徑的風(fēng)機,這是因為:在風(fēng)量相同時,風(fēng)機直徑越大,風(fēng)機出口空氣動壓越小,減少了系統(tǒng)的動壓損失,從而達到了節(jié)能降耗的目的。舉例來說,在洞庭湖氮肥廠項目中,最初,風(fēng)機有兩種設(shè)計方案:直徑9.14 m,風(fēng)量323×104 m3/h,全壓203 Pa,動壓112.2 Pa,所需軸功率212 kW;直徑10.06 m,風(fēng)量323×104 m3/h,全壓167.2 Pa,動壓76.45

2、Pa,所需軸功率174 kW。最終選用了10.06 m風(fēng)機,風(fēng)機動壓減小了35.75 Pa,功率消耗減少了38 kW,起到了良好的節(jié)能作用。2.2提高風(fēng)機效率,做好機塔匹配冷卻塔風(fēng)機的選型關(guān)系到冷卻塔的效率、系統(tǒng)能耗、管理維護及噪聲影響等。正確選擇配套風(fēng)機已成為冷卻塔成功設(shè)計的標志之一。以往在冷卻塔風(fēng)機的選取上,存在兩個方面的問題,一方面是根據(jù)冷卻塔要求的風(fēng)量和風(fēng)壓,按風(fēng)機廠家提供的風(fēng)機性能曲線進行選型,首要考慮的是風(fēng)機的風(fēng)量、風(fēng)壓能否滿足要求,風(fēng)機的效率次之。另一方面,冷卻塔設(shè)計時的風(fēng)量和風(fēng)壓,都留有一定量的裕度,裕度的大小因設(shè)計者的習(xí)慣和經(jīng)驗而異,這就造成風(fēng)機實際塔內(nèi)的工作點與理論選型時的

3、工作點出現(xiàn)偏離,風(fēng)機的效率點也隨之偏離,甚至下降。以常用的8.08.53 m風(fēng)機為例,一般軸功率為135 kW左右,如果風(fēng)機效率點下降3%,每年按運行360 d計,一臺風(fēng)機年增加電能損耗34 992 kW·h。因此,一旦出現(xiàn)機塔選型和匹配不好,將使風(fēng)機在較低的效率下運行,增加了功耗。為了避免上述問題的發(fā)生,設(shè)計院、冷卻塔廠家和風(fēng)機廠家三方有必要進行一些有益的探索和試驗,加強合作和交流,找出機塔匹配的一般規(guī)律,并在今后的應(yīng)用中形成設(shè)計選型的行業(yè)規(guī)范。必要三者結(jié)構(gòu)原理比較淋水面積與冷卻水量的匹配淋水面積要與冷卻水量的匹配要合適。隨著單塔的冷卻水量增加,淋水面積也應(yīng)該適當增大。但是,個別工

4、程冷卻水量已達到4 500 t/h,淋水面積也只有17 m×17 m=289 m2,淋水密度達到了15.57 t/(m·2h),這樣的結(jié)果,不但增加了風(fēng)機通風(fēng)量,而且也要增大風(fēng)機全壓,使整個冷卻塔的通風(fēng)阻力增加,電機耗功加大。建議淋水密度一般不超過15 t/(m·2h)為宜。5冷卻塔存在問題風(fēng)機風(fēng)量通過對現(xiàn)場的多臺冷卻塔進行測試,風(fēng)機風(fēng)量達不到設(shè)計值。例如:8.53 m風(fēng)機,設(shè)計風(fēng)量為270×104 m3/h,測試風(fēng)量約為(210230)×105能耗比較與機械通風(fēng)塔相比，性能相同的機水壓力最低應(yīng)為$9$>1C，風(fēng)機電機L3，噴霧塔實際進水

5、壓力為$9"%1C。機械通風(fēng)塔風(fēng)機能耗計算：>"M#N"9"5 M"&9"8L3·H兩種塔相比水壓力差!7 M$9$>噴霧塔需增能耗計算O>#M(?!7 G 8<$"式中O(水的容量，為"$LP G F8E?實際冷卻水量，為%<$F8 G H；水泵效率，取值!$Q。計算得：>#M""9"!L3·H能耗差!>O!>"=>#6 G>"R"$Q 兩臺塔日節(jié)能#%!>R#

6、M 8!"9<L3每年按88$個生產(chǎn)日計算I每年可"#5&#!L3·H，安鋼的電價按$9 5#元每年共節(jié)省電費<5%!8元。<結(jié)論在E.C.公司資助的研究計劃3中說明了于120 m葉片轉(zhuǎn)子中添加碳纖維能有效減少總體質(zhì)量達38%，另外亦可在使得其玻璃纖維設(shè)計成本費用減少14%。另外一個類似的研究分析也指出了添加碳纖所制得的風(fēng)葉片質(zhì)量會遠較玻璃纖維來得輕約%，且成本亦有下降的情形（約16%）；雖1、 傳統(tǒng)填料冷卻塔沿用多年的傳統(tǒng)的填料冷卻塔是將熱水噴灑在塔內(nèi)填料上，形成水膜，通過水膜與空氣的熱交換，使熱水冷卻。實踐表明，使用填料的冷卻塔，存在

7、以下突出的缺點： 1）在填料的選擇上存在著通風(fēng)阻力與散熱能力的矛盾。即散熱能力好的填料，其通風(fēng)阻力大；通風(fēng)阻力小的填料，其散熱能力又差。    2）隨著運行時間的增長，尤其是在水質(zhì)惡劣的情況下的運行，水中的鈣鎂無機鹽及微生物不斷粘附在填料上，堵塞填料增大氣流阻力，影響散熱效果，使冷卻能力下降。    3）現(xiàn)用的填料大多為塑料薄膜填料，塑料的變形、壓陷、老化，造成填料破碎，失去散熱能力，堵塞管道，釀成事故，因而需要頻繁更換填料，提高了運行成本。    4）當水淋過薄膜式填料時，水的表面積固定，增大淋水密度時

8、，水膜失穩(wěn)形成波動，波幅數(shù)倍于水膜厚度，甚至成雨滴下落，使氣流阻力急劇增加。由于氣流阻塞，嚴重地的降低了冷卻塔效果。2 無填料噴霧冷卻塔 針對傳統(tǒng)的填料冷卻塔存在的缺點，開發(fā)出新型的無填料噴霧冷卻塔。由水泵送來的熱水，經(jīng)配水支管送至噴霧裝置，熱水成霧狀向上噴出，與空氣進行熱交換后，冷水落入水池，熱空氣經(jīng)收水器除水后由塔頂風(fēng)筒排入大氣。無填料噴霧冷卻塔又分2種類型： 無電動風(fēng)機型（即噴霧推進型 又稱噴霧通風(fēng)冷卻塔:國內(nèi)某些公司于上世紀末率先開發(fā)出這種塔型,以后又作過結(jié)構(gòu)上的改進，其基本原理和結(jié)構(gòu)見圖1。該裝置中水流傾斜噴射,利用動量守恒原理帶動風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn),攪動空氣,據(jù)稱可產(chǎn)生0.61.2的氣水

9、比,使中溫塔能在標準設(shè)計條件下降溫10左右。由于無塔頂電動風(fēng)機,節(jié)能效果顯著。有資料介紹，對這種塔型作過一些考察,其主要缺點有二: 一是冷卻效果不佳,在夏季溫降約為67(中溫塔);二是旋轉(zhuǎn)部件的密封存在很大問題。如江西富達鹽礦、河南平頂山中鹽皓龍公司、安徽定遠鹽礦均曾采用這種塔型,但運行不到1年,其中的軸承銹蝕嚴重,致使風(fēng)扇葉片不能旋轉(zhuǎn),冷卻塔失效,不得不重新改造,又在塔頂安裝電動風(fēng)機，因此,該種塔型的應(yīng)用越來越少。 圖1 電動風(fēng)機型:其結(jié)構(gòu)原理見圖2。冷卻風(fēng)由安裝于塔頂?shù)妮S流風(fēng)機提供，軸流風(fēng)機由電機帶動，能保證冷風(fēng)量，從而比水流帶動的風(fēng)機更能保證冷卻效果。水流進入噴嘴后,在噴嘴內(nèi)旋流片的作用

10、下被霧化成直徑0.51.0 mm的水霧向上噴射,部分水霧在空中呈云霧狀飄流。為減少漂水損失,配套開發(fā)出新型收水器,可降低飄水損失。 圖2理論分析與實際應(yīng)用表明，無填料噴霧冷卻塔具有如下明顯的優(yōu)點： 1）不用填料，因此傳統(tǒng)冷卻塔中因使用填料而產(chǎn)生的諸如鈣鎂無機鹽、微生物的粘附，填料的老化碎裂、堵塞等問題便不復(fù)存在，省去了頻繁更換填料的費用，降低了運行成本。 2）降低了通風(fēng)阻力，增大了進塔空氣量。在傳統(tǒng)的填料塔中，填料的阻力約占全塔總阻力的4050，不使用填料，從而使全塔總阻力下降4050。風(fēng)量將沿風(fēng)機運行曲線增大。氣水比可增大20，提高了冷卻效果。 3）增大了熱水的

11、散熱面積。熱水從噴嘴中以直徑0.51.00mm的霧狀噴出，水霧直徑越小，則水的表面積越大。實踐表明，噴霧冷卻比填料冷卻水的表面積約增大10，在同樣冷卻條件下，蒸發(fā)散熱與接觸散熱加快，冷卻效果提高。 4）延長了熱水與空氣的熱交換時間。填料冷卻時，熱水只有從填料上住下流淌的一個冷卻過程（即逆流過程），噴霧冷卻時，熱水有順流和逆流兩個冷卻過程。同時，部份水霧將在塔中懸浮，延長了熱水與空氣的熱交換時間。 基于以上分析及在數(shù)百余座冷卻塔上的實測數(shù)據(jù)表明：電動風(fēng)機型無填料噴霧冷卻塔的冷卻效果達到甚至優(yōu)于填料冷卻塔。尤其是在長期運行過程 中，因為噴霧塔的運行成本低，更加顯示出其優(yōu)越性。3

12、 水動風(fēng)機冷卻塔 南京星飛冷卻設(shè)備公司開發(fā)的水動風(fēng)機冷卻塔，其核心技術(shù)是微型雙擊式水輪機，由水輪機取代電動機作為風(fēng)機動力源，使風(fēng)機由原來的電力驅(qū)動改為水力驅(qū)動，其他與傳統(tǒng)的填料冷卻塔相同。無電動風(fēng)機型無填料噴霧冷卻塔與傳統(tǒng)的填料冷卻塔相比，有兩點改進，一是取消填料，改為噴霧，二是取消電動風(fēng)機，改為水力驅(qū)動風(fēng)機。星飛水動風(fēng)機冷卻塔與無電動風(fēng)機型無填料噴霧冷卻塔相比，大體相當于只用了其第二點改進。所以可以說，上面談到的傳統(tǒng)填料冷卻塔和無電動風(fēng)機型無填料噴霧冷卻塔的優(yōu)點和缺點，水動風(fēng)機冷卻塔同時具備。其結(jié)構(gòu)見圖3。二、 一篇與眾不同的評價文章工程籌備伊始，馮經(jīng)理就反復(fù)叮囑要注意采用新工藝新技術(shù)，所以

13、我平常也注意搜集有關(guān)的信息與資料，早就注意到了無填料噴霧冷卻塔，看了十幾篇文章都是給于肯定，并且很多用實例說明效果不錯。鑒于此，之前我就向公司領(lǐng)導(dǎo)推薦此技術(shù)。后來看到一篇與眾不同的評價文章，指出面對無填料噴霧冷卻塔應(yīng)用日益廣泛的局面,要對它給出一個理性的客觀的定位，提出了一些存在的問題，如上文一、2中談到的無電動風(fēng)機型主要缺點就出自該文，一些觀點值得借鑒、思考，便于合理選用?，F(xiàn)將該文摘要如下：2、存在的主要問題要求進塔水壓較高,因而水泵能耗較大。噴霧冷卻,由于不使用填料使全塔總阻力下降,風(fēng)機能耗下降,為了獲得較好的霧化效果,進塔水壓較填料塔高,進塔主水管處水壓常為0.120.15MPa,風(fēng)機能

14、耗的下降不足以抵消水泵能耗的增高。因此,噴霧塔比填料塔耗能略大。在同等低進塔水壓下,冷卻效果不如填料塔好。技術(shù)市場混亂,缺少行業(yè)標準和設(shè)計規(guī)范。國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的只有少數(shù)幾家企業(yè),但技術(shù)上很不成熟的各式噴霧裝置五花八門,充溢市場。由于沒有行業(yè)標準和設(shè)計規(guī)范,優(yōu)劣情況往往難以判斷,有些冷卻效果極差,使用壽命極短,使用戶企業(yè)蒙受巨大的經(jīng)濟損失,也極大地妨礙了無填料噴霧冷卻技術(shù)的推廣應(yīng)用。3、當前急需研究的問題研究低壓噴霧裝置,以期能在獲得較好霧化效果的同時,降低進塔水壓。研究配水裝置的結(jié)構(gòu)和布置方案,以盡可能減少進水管網(wǎng)中的能量損失。盡快建立無填料冷卻塔的行業(yè)試行標準試行設(shè)計規(guī)范,使無填料冷卻

15、塔能像填料塔一有章可循,有法可依,以規(guī)范技術(shù)市場。三 、GWNT型無填料噴霧冷卻塔在濟鋼焦化廠的實際應(yīng)用濟鋼焦化廠2004年10月份對4#冷卻塔進行改造大修,選用GWNT噴霧冷卻塔替代填料冷卻塔,取得良好效果，運行對比指標如表1GWNT型無填料噴霧冷卻塔的的基本特征: 工作水壓在0.05MPa0.10MPa(進入裝置的水壓),由于無填料,塔內(nèi)系統(tǒng)阻力降至填料塔 的二分之一,降溫效果優(yōu)于同類填料塔,風(fēng)機電機功率也比填料塔減少20%的電能。 無填料重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維修方便。飄水小、冷卻水量大、比填料塔要提高20%左右筆者2007年6月曾到濟鋼焦化廠走訪，了解到其使用效果確如文章介紹，非常理想。