無填料冷卻塔在鈦白生產(chǎn)中的應(yīng)用

[編者按]為加快鈦白粉生產(chǎn)節(jié)奏，降低生產(chǎn)成本，對傳統(tǒng)鈦白粉生產(chǎn)的填料冷卻塔進行系統(tǒng)改造，使填料冷卻塔變?yōu)闊o填料冷卻塔。通過提高熱交換速率，增大循環(huán)水溫差，提高了生產(chǎn)循環(huán)水利用效率，加快了鈦白粉生產(chǎn)節(jié)奏，降低了設(shè)備運行維修費用和鈦白粉生產(chǎn)成本，保證了設(shè)備運行的穩(wěn)定、可靠，延長了設(shè)備的使用壽命。
　　鈦白粉生產(chǎn)用水量較大，生產(chǎn)1t鈦白粉要消耗100t左右的自來水。雖說現(xiàn)在大部分企業(yè)已啟用循環(huán)水裝置，但由于所使用的填料冷卻塔冷卻水效果較差，水循環(huán)利用率較低，鈦白生產(chǎn)的水耗還是很高。借鑒其它化工產(chǎn)品生產(chǎn)所使用的無填料冷卻塔的先進原理和合理構(gòu)造，對傳統(tǒng)鈦白生產(chǎn)冷卻塔進行結(jié)構(gòu)改造，將傳統(tǒng)的填料冷卻塔改為無填料空塔，提高鈦白粉生產(chǎn)中循環(huán)水的利用效率，通過加快鈦白粉生產(chǎn)節(jié)奏，增大產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本。

　　1 無填料塔與填料塔的結(jié)構(gòu)區(qū)別（見圖1）


　　1）無填料冷卻塔利用高效低壓離心霧化裝置（壓力：0.035 Mpa）作為冷卻元件取代填料塔的填料和布水裝置，使冷卻塔幾乎成為空塔，簡化結(jié)構(gòu)。
　　2）無填料塔在取消填料和布水裝置后，將霧化裝置安裝在進風(fēng)道上方，水的噴射方向與軸流風(fēng)機抽吸的冷風(fēng)相同，同時水有上升和下降兩個過程，冷卻也有順流冷卻和逆流冷卻兩個過程。
　　3）無填料冷卻塔通過霧化裝置將水噴成霧狀，使空氣和水的微小霧滴均勻接觸；而填料塔是通過布水噴頭將水分布在填料上以膜狀與冷風(fēng)接觸。
　　4）無填料冷卻塔因填料取消，使塔體載荷大大減小，不需要更多的支撐梁板，土建結(jié)構(gòu)大大簡化，節(jié)約土建投資。

　　2 無填料冷卻塔的冷卻機理

　　冷卻塔的冷卻效果一般取決于 3 個要素：一是冷空氣量與冷卻水量的比值（氣水比）；二是冷卻介質(zhì)（冷空氣）和被冷卻介質(zhì)（水）接觸的比表面積；三是冷卻時間。無填料冷卻塔的設(shè)計構(gòu)思就是基于以上3個要素并摒棄傳統(tǒng)填料塔的不足而使冷卻效果、工作可靠程度趨于理想化。
1）冷空氣量和冷卻水量的比值
    無填料冷卻塔由于填料取消后使冷卻塔的系統(tǒng)阻力降至填料塔的50%，塔阻力降低，軸流風(fēng)機風(fēng)量增至填料塔的120%，相同冷卻水量時，氣水比值增加20%，據(jù)測算無填料冷卻塔氣水體積比值為900:：1，填料塔為750：1 。
2）空氣和水接觸的比表面積
    無填料冷卻塔采用 高效低壓霧化裝置，在較低的壓力下（霧化裝置工作壓力僅為0.035Mpa，進風(fēng)道下平面處壓力0.08~0.15 Mpa），將水噴射成0.5mm~1mm的微小霧滴，比水被填料分散成的膜狀比表面積大5%，能連續(xù)快速地更新傳熱表面積，迅速將霧化流的潛熱帶走。
3）空氣和水的接觸時間
    無填料冷卻塔采用上噴式，將霧化裝置合理分布安裝在進風(fēng)道上方，使水的霧滴在塔內(nèi)有順流和逆流兩個過程，部分霧滴在塔內(nèi)噴霧段上部呈懸浮狀態(tài)，因此，水在塔內(nèi)的停留時間大大延長，充分保證了冷空氣和水的熱交換時間。

3 無填料冷卻塔的優(yōu)點

1）阻力小，冷卻溫差大，逼近度小
    由于無填料冷卻塔的高效低壓離心霧化裝置將水噴射成0.5mm微小霧滴，其比表面積遠大于水被填料分散成膜狀的比表面積，氣水傳熱表面積大，且布水均勻，避免了填料老化及堵塞而產(chǎn)生的死區(qū)、溝流等導(dǎo)致冷卻點溫度分布不均勻現(xiàn)象，冷卻效果明顯優(yōu)于填料塔。在循環(huán)水量不變的情況下，無填料冷卻塔的循環(huán)水溫差是16℃左右，而傳統(tǒng)填料冷卻塔只有不到10℃的冷卻效果。
2）塔噴霧霧滴均勻、無堵塞、運行穩(wěn)定可靠
    無填料冷卻塔克服了布水噴頭堵塞和填料塔填料老化、變形脆裂及沖落填料碎片堵塞管道、泵和換熱器等一系列影響塔和工藝系統(tǒng)設(shè)備性能的現(xiàn)象，其壽命較填料塔延長3a 以上。
3）冷卻水量大，提高水循環(huán)利用率
    在同風(fēng)機、同溫差下，塔系統(tǒng)阻力減小，風(fēng)量增大，冷卻水量比填料塔提高10%。同時水循環(huán)利用率也大大提高，有效地降低了鈦白粉的生產(chǎn)用水消耗。使用填料冷卻塔的1t鈦白粉水消耗是100t，而使用無填料冷卻塔后的每噸鈦白粉水消耗可以降到80t 左右，這種效果，在夏天尤為明顯。
4）運行費用低，節(jié)能效果顯著
    低壓霧化裝置工作壓力僅為 0.035Mpa，比水壓自傳式霧化裝置工作壓力0.2Mpa低0.165Mpa，配套水泵功率大大降低。無填料冷卻塔系統(tǒng)阻力為填料塔的1/2，在冷卻水量、風(fēng)機相同時，配套電機功率降至填料塔的65%，節(jié)能效果顯著，加之消除了清洗更換填料和布水噴頭的費用，運行費用大大降低。
5）噪音小，比填料塔低6db
    根據(jù)空氣動力學(xué)原理，風(fēng)機噪聲

式中：L為風(fēng)機噪聲（db）；Q為風(fēng)量（m3/h）；P為風(fēng)壓（以mmH2O計）；La為比噪聲常數(shù)。
經(jīng)計算，風(fēng)量不變，風(fēng)機的壓力由1729 Pa降至998 Pa，風(fēng)機噪聲降低6db。由于無填料冷卻塔的噴霧系統(tǒng)的壓力降低，其配套使用的風(fēng)機的噪聲也會降低，整個冷卻系統(tǒng)的噪聲較填料塔低。

6）無飛水現(xiàn)象，具有良好的環(huán)保效益
由于無填料冷卻塔采用專用收水器，可以有效防止飛水現(xiàn)象發(fā)生，避免了水損失，同時也避免了冷卻水中藥劑的損失，節(jié)約了水資源。

4 效益分析

1）填料冷卻塔大約每年更換一次填料，1套填料價值約5萬元，鈦白生產(chǎn)廠家一般配有兩個冷卻塔。4a 即需要更換填料8 套，費用40萬元；而無填料冷卻塔1套噴頭價值是 8 萬元，6a 才更換一次。所以，無填料冷卻塔代替填料冷卻塔每年可節(jié)約近10 萬元的費用。而且由于無填料，也不存在清理堵塞的問題，每年可節(jié)省維修、清理費用5000元。
2）由于無填料冷卻塔冷卻水溫差增大，從而可有效加快生產(chǎn)節(jié)奏（尤其是夏天），大約可增產(chǎn) 1/4左右，從而可有效降低鈦白粉生產(chǎn)成本200元左右。
3）由于循環(huán)水溫差的增大，也使得循環(huán)水利用率提高，減少了正常循環(huán)水用量（大約可減少1/5左右），使鈦白粉的生產(chǎn)水耗由傳統(tǒng)的 100 m3/t降至80 m3/t左右。