無填料噴霧冷卻塔在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用

無填料噴霧冷卻塔在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用
    (1.華北制藥股份有限公司110車間，河北石家莊050015；2.東方熱電集團(tuán)有限公司熱電二廠，河北石家莊050041)王建立1,張曉玲2
    [摘要]通過對(duì)比傳統(tǒng)填料式冷卻塔與無填料噴霧冷卻塔的特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)冷卻塔進(jìn)行技術(shù)改造，增大系統(tǒng)運(yùn)行的氣水比，強(qiáng)化了冷卻塔的換熱效果，降低了冷卻塔的出水溫度，減小了系統(tǒng)的維修費(fèi)用，使系統(tǒng)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)、安全。
    [關(guān)鍵詞]無填料噴霧冷卻塔；冷卻元件；氣水比；比表面積
    [中圖分類號(hào)]TQ 051.5[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B[文章編號(hào)]1003-5095(2007）06-0058-02
    能源問題是當(dāng)代世界各國面臨的重大社會(huì)問題之一，能源是現(xiàn)代社會(huì)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著世界人口和經(jīng)濟(jì)的迅速增長，能源的消耗也急劇增加，尤其是在國家“十一五”期間提出經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的能源消耗提出了嚴(yán)格的要求，如何有效地利用現(xiàn)有資源成為了新的課題。制藥企業(yè)是耗能大戶，其冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行是否經(jīng)濟(jì)直接影響到能耗的高低。
    1·傳統(tǒng)填料式冷卻塔存在的問題
    冷卻塔的作用是將挾帶廢熱的冷卻水在塔內(nèi)與空氣間進(jìn)行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散入大氣。冷卻塔中水和空氣的熱交換方式主要有蒸發(fā)散熱和接觸散熱，也就是所謂的傳質(zhì)和傳熱。冷卻塔最主要的問題就是如何解決好系統(tǒng)的配風(fēng)和配水，使其做到配風(fēng)和配水均勻，且達(dá)到最大化，從而使整個(gè)塔能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于現(xiàn)有的冷卻塔采用的是傳統(tǒng)的填料式結(jié)構(gòu)，冷卻元件是薄膜式填料，從而存在諸多缺陷：（1）填料容易老化、變形及堵塞而產(chǎn)生的死區(qū)、溝流等導(dǎo)致冷卻溫度分布不均勻現(xiàn)象，這些都嚴(yán)重影響了塔的效果和壽命。同時(shí)，填料塔冬季容易結(jié)冰、拉傷、損壞填料和塔體，大大降低了填料的使用壽命和對(duì)塔體造成傷害。（2）填料是菌、藻類滋生的溫床，其尸體會(huì)沉積在填料表面，造成堵塞，從而形成溝流和束流的不利于熱交換的因素；另外還會(huì)形成淤泥堆積在換熱器表面，從而降低換熱系數(shù)，降低了系統(tǒng)效率，影響生產(chǎn)。（3）填料塔的填料一般使用壽命為4－5年，填料塔的維護(hù)、維修、清洗和更換十分煩瑣及困難，浪費(fèi)了大量的資金和人力資源。新建或更換填料時(shí)，安裝造成的填料破損率為8%以上，且破損的填料進(jìn)入系統(tǒng)后，會(huì)堵塞在換熱器，引起系統(tǒng)停產(chǎn)檢修，尤其是對(duì)連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)，損失巨大。（4）填料塔經(jīng)長期運(yùn)行產(chǎn)生的碎片和菌藻類尸體進(jìn)入換熱器，堵塞、結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，清洗、維護(hù)十分困難。如長期大量外排熱水和補(bǔ)充新鮮冷卻水，必將造成冷卻水濃縮倍數(shù)加大，鈣、鎂離子和其他雜質(zhì)含量大量增加，在流失藥劑的同時(shí)，使填料結(jié)垢和堵塞更為嚴(yán)重。（5）由于填料特性的要求，淋水密度不宜太大，一般采用12－15 t/（m2·h）,如果淋水密度太大，尤其是使用薄膜式填料時(shí)，會(huì)引起阻塞現(xiàn)象，氣流阻力急劇增加，系統(tǒng)風(fēng)量迅速減小，從而達(dá)不到要求所需的冷卻水溫降。
    綜上所述，可見對(duì)現(xiàn)有冷卻塔進(jìn)行改造是當(dāng)前的惟一辦法。
    2·無填料冷卻塔的性能特點(diǎn)
    無填料冷卻塔在冷卻水降溫方面，結(jié)合冷卻塔傳質(zhì)和傳熱的降溫機(jī)理方面，對(duì)比三大要素：增大氣水比（冷空氣和冷卻水量的比值）、比表面積（冷空氣與冷卻水接觸的表面積）、熱交換時(shí)間（冷空氣與冷卻水的熱交換時(shí)間）做了技術(shù)改進(jìn)：（1）無填料噴霧冷卻塔將傳統(tǒng)的冷卻方式———成膜理論跨到更先進(jìn)的分散理論，其采用高效低壓離心霧化裝置代替填料（PVC、玻璃鋼等），不僅可以降低系統(tǒng)阻力，使塔的系統(tǒng)阻力由填料塔的147.15 Pa降到68.67 Pa，使系統(tǒng)阻力降低50%，取消填料后可以提高系統(tǒng)風(fēng)量達(dá)到20%以上，使冷空氣和冷卻水的比值增大。（2）增大冷空氣和水的接觸面積：噴霧冷卻塔采用高效低壓霧化裝置，在較低壓力下將水噴射成0.5－1.0 mm微小霧滴，增大氣液接觸比表面積，能連續(xù)快速地更新傳熱傳質(zhì)表面積，迅速將霧化流的潛熱帶走。（3）無填料噴霧冷卻塔，采用順向布置，水在塔內(nèi)具有順、逆流兩個(gè)冷卻過程，部分微小霧滴在塔上部呈懸浮狀態(tài)，合理布置霧化裝置，從而延長了水在塔內(nèi)的停留時(shí)間，充分保證了熱交換時(shí)間。
    無填料噴霧冷卻塔克服了填料塔的冷卻元件（填料）的老化、變形、脆裂的現(xiàn)象，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，增加了系統(tǒng)的使用壽命。
    3·舊系統(tǒng)的改進(jìn)方案
    針對(duì)現(xiàn)有冷卻塔出力低，冷卻效率低，配水和配風(fēng)不均勻的現(xiàn)象，我們?cè)诟脑鞎r(shí)采用以下方法；在保留原塔主體結(jié)構(gòu)，利用現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)及其傳動(dòng)系統(tǒng)、電機(jī)、風(fēng)筒的條件下，更換配水系統(tǒng)；使用高效低壓離心霧化裝置代替填料；增加了防壁流措施，防止或減小進(jìn)風(fēng)口處的掛冰，解決了冬季進(jìn)風(fēng)口掛冰的現(xiàn)象，從而在冬季增大了進(jìn)風(fēng)量，減小了冬季班組的工作量，同時(shí)也降低了職工在砸冰過程中的危險(xiǎn)性。
    4·改造后的效果
    4.1改造前后循環(huán)水氣溫、出水溫度的比較(表1)
             
    由表1可見,通過氣溫和供水溫度的相比,供水溫度有所下降，延長了生產(chǎn)車間直接使用循環(huán)水的時(shí)間。對(duì)于化工企業(yè)，使用循環(huán)水比使用冷媒水節(jié)約3元/t，在2006年比2005年天氣較暖的情況下，仍多用34天，節(jié)約人民幣約88萬元。
    4.2費(fèi)用比較
    采用無填料冷卻塔后，其布水系統(tǒng)使用壽命為15年，費(fèi)用為50萬，原來填料冷卻塔填料的使用壽命為4－5年，費(fèi)用為40萬/次，如果按照5年更換一次，則15年要更換3次，所需費(fèi)用為120萬元。由此可見，其維護(hù)成本上節(jié)約的費(fèi)用為70萬元。折合每年節(jié)約費(fèi)用為4.66萬元。
    4.3改造比較
    由于使用了無填料冷卻塔，避免了碎填料堵塞換熱器的現(xiàn)象，為生產(chǎn)的正常運(yùn)行提供了保障，同時(shí)節(jié)約了檢修費(fèi)用；由于循環(huán)水出水溫度降低，可以使制冷機(jī)組的制冷效率大大提高，對(duì)于溴化鋰制冷機(jī)組循環(huán)水溫度每降低1℃，制冷效率可以提高3%，對(duì)于氟里昂機(jī)組，循環(huán)水溫度每降低1℃，氟機(jī)的制冷效率可以提高3%，可見其間接經(jīng)濟(jì)效益也是巨大的。在建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的今天，由于資源的日益匱乏，節(jié)能降耗是我們當(dāng)前的首要任務(wù)，在當(dāng)前資源十分緊張的情況下，采取此措施，節(jié)約了大量的資源，其所形成的社會(huì)效益也是巨大的。