林世強(qiáng)

（南寧化工股份有限公司，廣西 南寧530031）

目前化工企業(yè)普遍采用的循環(huán)水冷卻塔按通風(fēng)方式，可分為自然通風(fēng)冷卻塔、機(jī)械通風(fēng)冷卻塔和混合通風(fēng)冷卻塔；按水和空氣的接觸方式可分為濕式冷卻塔、干式冷卻塔和干濕式冷卻塔；按熱水和空氣的流動(dòng)方向可分為逆流式冷卻塔和橫流（直交流）式冷卻塔。

無(wú)論采用哪種冷卻塔，循環(huán)冷卻水在冷卻塔內(nèi)有上升、懸浮、下降三個(gè)過(guò)程。同時(shí)冷卻也有順流冷卻與逆流冷卻兩個(gè)過(guò)程，因此與冷、干空氣接觸時(shí)間更長(zhǎng)、更充分，帶走的熱量就更多。隨著技術(shù)的發(fā)展，冷卻塔由原來(lái)的填料式冷卻塔改為無(wú)填料式冷卻塔，空氣阻力現(xiàn)象不存在，霧化后水與空氣的接觸面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)填料式冷卻塔水與空氣的接觸面積，降低了帶動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的電機(jī)的功率，達(dá)到了降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和提高進(jìn)出水溫差的效果。南寧化工股份有限公司化合廠循環(huán)冷卻水冷卻塔采用的是噴霧冷卻塔，雖然達(dá)到一定節(jié)能效果，但仍需要電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了達(dá)到節(jié)能降耗的目的，我公司擬采用某節(jié)能科技有限公司提供的高效反擊式水輪機(jī)代替電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，利用冷卻塔設(shè)備原有的循環(huán)冷卻水推動(dòng)風(fēng)機(jī)散熱，廢除在傳統(tǒng)的冷卻塔中用電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的散熱方式，省卻機(jī)械減速裝置和電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)“零”電能消耗新節(jié)能環(huán)保型冷卻塔。

1 原有的噴霧冷卻塔

1.1 噴霧冷卻塔結(jié)構(gòu)

我廠現(xiàn)采用的噴霧冷卻塔，主要由冷卻塔動(dòng)力裝置（風(fēng)機(jī)、減速裝置、電機(jī)、安裝支架及聯(lián)接件）、冷卻塔塔體支架、填料支架、立柱、進(jìn)出水裝置、爬梯、冷卻塔FRP上塔體、FRP中塔體、百頁(yè)窗、冷卻塔布水系統(tǒng)及噴霧裝置（布水管、不銹鋼旋流噴霧器及聯(lián)接件）、冷卻塔收水裝置（FRP收水器、收水器支承及聯(lián)接件）組成。

風(fēng)機(jī)配套的減速裝置機(jī)為皮帶減速；風(fēng)機(jī)葉片由高強(qiáng)度環(huán)氧玻璃鋼模壓成型；采用低壓管式網(wǎng)狀布水系統(tǒng)；噴頭采用S2－5－6.7型高效低壓旋流霧化裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PVC填料，徹底克服了填料老化、變形、脆列、堵塞、溝流現(xiàn)象及填料碎片對(duì)工藝系統(tǒng)設(shè)備和管道的堵塞，冷卻水霧化效果好，在0.05MPa下可將水噴射成0.25mm以內(nèi)的霧滴，布水十分均勻，冷卻水從噴霧裝置大口徑噴嘴以高速旋流形式噴出，無(wú)堵塞，不結(jié)垢，運(yùn)行可靠，無(wú)需維護(hù)；冷卻塔采用順向噴霧，冷卻過(guò)程具有順流和逆流兩個(gè)過(guò)程，且氣水接觸比表面積較傳統(tǒng)填料塔大10%以上，冷卻塔效率高。采用BO160／30型不對(duì)稱收水器，通風(fēng)阻力小，收水效果顯著，使冷卻塔風(fēng)機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)，飄水損失低于0.001%；收水器采用高強(qiáng)FRP材質(zhì)，機(jī)制成型，強(qiáng)度高、耐老化性能好。

1.2 噴霧冷卻塔的工作原理

采用上噴型噴霧通風(fēng)霧化裝置，利用液力驅(qū)動(dòng)，低壓（0.16～0.25MPa）液流通過(guò)旋流霧化噴頭產(chǎn)生霧流，霧流的作用力啟動(dòng)密封傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和風(fēng)葉作反向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生由下部導(dǎo)向霧流的空氣，氣水比可達(dá) 1.0～1.3，霧化滴與進(jìn)塔空氣在霧狀條件下進(jìn)行熱交換，以取得預(yù)期的降溫效果。采用上噴型噴霧通風(fēng)霧化裝置改變了機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1.3 噴霧冷卻塔特點(diǎn)及不足

（1）噴霧冷卻塔特點(diǎn)：降溫效果好。塔內(nèi)熱水在霧狀條件下與進(jìn)塔空氣進(jìn)行熱交換，傳熱面積和氣水比大，氣水間的傳熱與傳質(zhì)路線長(zhǎng)，傳熱與傳質(zhì)充分，使塔的冷卻能力增強(qiáng)，從而使降溫效果顯著。

（2）噴霧冷卻塔不足：需要電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 改造后的冷卻塔

2.1 冷卻塔水輪機(jī)工作原理

利用冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中富裕水能驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而取消電機(jī)和減速機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。冷卻塔水輪機(jī)采用渦輪增壓水輪技術(shù)，利用冷卻塔設(shè)備原有的循環(huán)冷卻水推動(dòng)風(fēng)機(jī)散熱。冷卻塔散熱系統(tǒng)的循環(huán)水是由冷卻泵根據(jù)系統(tǒng)要求以特定的水壓、水流量送至冷卻塔內(nèi)進(jìn)行熱交換的，因此進(jìn)塔后的水流及余壓，可以充分利用。送達(dá)冷卻塔的冷卻循環(huán)水按照一定的壓力、流量流過(guò)水輪機(jī)組，從而使其獲得輸出功率，并驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)散熱，完全省去風(fēng)機(jī)電機(jī)，達(dá)到100%免除風(fēng)機(jī)電能的目的。在安裝水輪機(jī)時(shí)，可保留原有冷卻塔外型結(jié)構(gòu)、尺寸不改變，水輪機(jī)冷卻塔的冷效、風(fēng)機(jī)風(fēng)速、氣水比、噪聲均比原有電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔有不同程度的改善，各種技術(shù)指標(biāo)均能達(dá)到冷卻塔設(shè)計(jì)要求。

2.2 循環(huán)水冷卻塔改造前流程

由換熱設(shè)備來(lái)的熱水進(jìn)入熱水池后，經(jīng)熱水泵送至冷卻塔的布水器，冷卻水從噴霧裝置大口徑噴嘴以高速旋流形式噴出，而空氣由裝在冷卻塔塔頂?shù)挠呻姍C(jī)帶動(dòng)的風(fēng)機(jī)抽吸，自下而上地與熱水進(jìn)行充分的接觸，含水汽的熱空氣則從冷卻塔塔頂排出，熱空氣夾帶的水滴被擋水板收集后往下流。經(jīng)冷卻后的水匯集至冷水池中，經(jīng)冷水泵加壓送至換熱設(shè)備，換熱后循環(huán)水再流回?zé)崴匮h(huán)使用。具體流程見(jiàn)圖1。

2.3 循環(huán)水冷卻塔改造后流程

圖1 循環(huán)水冷卻塔改造前流程

由換熱設(shè)備來(lái)的熱水進(jìn)入熱水池后，經(jīng)熱水泵送至冷卻塔的布水器，冷卻水從噴霧裝置大口徑噴嘴以高速旋流形式噴出，而空氣由裝在冷卻塔塔頂?shù)挠伤啓C(jī)帶動(dòng)的風(fēng)機(jī)抽吸，自下而上地與熱水進(jìn)行充分的接觸，含水汽的熱空氣則從冷卻塔塔頂排出，熱空氣夾帶的水滴被擋水板收集后往下流。經(jīng)冷卻后的水匯集至冷水池中，經(jīng)冷水泵加壓送至換熱設(shè)備，換熱后循環(huán)水再流回?zé)崴匮h(huán)使用。冷卻塔改造后水輪機(jī)替代電機(jī)。

圖2 循環(huán)水冷卻塔改造后流程

3 冷卻塔水能回收技術(shù)特點(diǎn)

（1）節(jié)能。利用循環(huán)水系統(tǒng)浪費(fèi)的機(jī)械能推動(dòng)水輪機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇，取消配備風(fēng)機(jī)用的電機(jī)，并確保水輪機(jī)安裝后不另增水泵電耗，達(dá)到節(jié)能目的。

（2）高效。水輪機(jī)配備的減速器功率有富余時(shí)，可以通過(guò)增開(kāi)水泵解決夏天高溫救急，使冷卻塔發(fā)揮最高效作用。

（3）可調(diào)節(jié)。由于水輪機(jī)靠水能推動(dòng)轉(zhuǎn)輪傳動(dòng)風(fēng)機(jī)，因此，可以通過(guò)水輪機(jī)的水量調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

（4）安全。傳統(tǒng)冷卻塔所配用的電機(jī)是在高危條件下進(jìn)行工作，存在漏電傷人，火花爆炸等潛在危險(xiǎn)。水能回收冷卻塔不用電機(jī)，可在高危環(huán)境下使用，危險(xiǎn)隱患得到極大的消除。

（5）操作簡(jiǎn)單?？梢灾苯油ㄟ^(guò)控制水泵來(lái)開(kāi)停風(fēng)機(jī)。

（6）減少維修費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本。使用水輪機(jī)的冷卻塔系統(tǒng)故障少，以一臺(tái)水輪機(jī)代替電機(jī)、減速器和傳動(dòng)部分，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行，為使用單位節(jié)省大量的維護(hù)和更換冷卻塔的電機(jī)和減速器的費(fèi)用和人力。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

我廠循環(huán)水系統(tǒng)一臺(tái)冷卻塔，冷卻塔流量為500m3·h-1，冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)的功率為11kW，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間按每天使用24h，每年使用300d計(jì)算，則 改 造 后 每 年 節(jié) 電 為 ：11kW ×24h×300d＝79200kWh·a-1，電價(jià)按企業(yè)實(shí)際電費(fèi) 0.7 元·kWh-1計(jì)算，每年可節(jié)能電費(fèi)55440元。

5 結(jié)論

由上述分析可見(jiàn)，冷卻塔的水能回收技術(shù)給企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)先進(jìn)、切實(shí)可行；降低電耗，提高安全性；提高了技術(shù)水平；降低了生產(chǎn)成本。該技術(shù)在別的企業(yè)應(yīng)用成功為化工企業(yè)提供了一個(gè)更經(jīng)濟(jì)合理與節(jié)能的方法。