張小娟 梁亮 劉起飛 曹童非

摘要：本文通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外節(jié)水消霧冷卻塔技術(shù)原理及特點(diǎn)，進(jìn)行節(jié)水消霧國(guó)內(nèi)外業(yè)績(jī)及實(shí)際運(yùn)行效果比對(duì)，根據(jù)榆能化項(xiàng)目實(shí)際工況，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，技術(shù)和投資能耗方面的對(duì)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(guó)產(chǎn)消霧冷卻塔技術(shù)可穩(wěn)定運(yùn)行且降低水耗。

關(guān)鍵詞：節(jié)水消霧;冷卻塔;水耗

中圖分類(lèi)號(hào)：X505 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

引言

中國(guó)能源長(zhǎng)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(fēng)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(guó)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(jìn)行高效冷凝回收再利用，大大減少企業(yè)水耗量[2]。

一、國(guó)內(nèi)外技術(shù)簡(jiǎn)介

冷卻塔消霧設(shè)計(jì)最早始于二十世紀(jì)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(jì)七十年代，美國(guó)改進(jìn)的設(shè)計(jì)是基于干濕式冷卻塔的平行通道技術(shù)。后來(lái)日本及歐洲也向該技術(shù)靠攏，我國(guó)國(guó)內(nèi)近幾年來(lái)也在不斷的模仿但一直停留在舊塔改造實(shí)驗(yàn)階段，暫無(wú)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(guó)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(shí)現(xiàn)消霧。在收水器上層的進(jìn)風(fēng)窗立面增設(shè)露點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)風(fēng)筒出口羽霧的露點(diǎn)。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(diǎn)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(jìn)而提高除霧效果。優(yōu)化上塔進(jìn)水管路，上塔熱水既可以先通過(guò)露點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置后再進(jìn)入主配水管，也可以直接進(jìn)入主配水管，進(jìn)水方式可根據(jù)不同季節(jié)工況通過(guò)閥門(mén)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)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(yùn)行。但消霧節(jié)水冷卻塔由于增設(shè)了露點(diǎn)調(diào)節(jié)裝置，在消霧節(jié)水狀態(tài)運(yùn)行時(shí)（旁路系統(tǒng)），會(huì)增加整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)阻力。

（二） 國(guó)外節(jié)水消霧冷卻塔

塔內(nèi)的濕熱空氣與干冷空氣進(jìn)行熱交換，從而實(shí)現(xiàn)水回收及消霧。該冷卻塔運(yùn)行中除短期的嚴(yán)寒季節(jié)出口有輕微羽霧外，全年大多時(shí)間即使?jié)M負(fù)荷運(yùn)行，完全沒(méi)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(guò)干段的熱交換器來(lái)冷凝，導(dǎo)致離開(kāi)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(guò)來(lái)的干熱空氣和通過(guò)另一端熱交換器冷卻濕段的空氣來(lái)除掉一部分水蒸氣相混合，降低了出塔空氣的相對(duì)濕度。因此達(dá)到消霧的目的。

由于濕熱空氣與環(huán)境空氣經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)回收水的目的。

三、技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

（一） 國(guó)內(nèi)外節(jié)水消霧塔消霧機(jī)理

基本工作機(jī)理為：在風(fēng)機(jī)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(jiàn)雨霧。

塔外干冷空氣和塔內(nèi)的的飽和熱蒸汽，經(jīng)過(guò)冷熱風(fēng)通道在模塊內(nèi)進(jìn)行間壁式換熱、冷凝最終凝結(jié)成小水珠，冷凝水通過(guò)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(yùn)行費(fèi)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(guó)內(nèi)外節(jié)水消霧塔對(duì)比

1. 技術(shù)特點(diǎn)

2. 布置方案

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

3. 其他方面

國(guó)內(nèi)盤(pán)管冷卻塔金屬翅片有時(shí)會(huì)遭到翅片內(nèi)部結(jié)垢和腐蝕。金屬翅片外部有時(shí)會(huì)有微粒堆積（如風(fēng)沙）或積聚纖維材料（如楊樹(shù)毛毛）。由于冷卻塔內(nèi)有濕熱空氣或由于當(dāng)?shù)氐奶厥箽夂蚩赡苁箚?wèn)題惡化導(dǎo)致外來(lái)物質(zhì)聚集。

四、節(jié)水消霧技術(shù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)比

（一）國(guó)外與國(guó)內(nèi)消霧塔對(duì)比（負(fù)荷分布）

馬利節(jié)水消霧塔可通過(guò)冷凍單元冷卻塔更加均勻的重量分布來(lái)達(dá)到。

海鷗的盤(pán)管消霧塔在外圈柱子上集中支撐金屬盤(pán)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(jì)?；A(chǔ)荷載和費(fèi)用隨現(xiàn)場(chǎng)的變化可能變化很大，并受到風(fēng)荷載、土壤條件、恒定荷載和冷卻塔運(yùn)行荷載的影響。

（二）業(yè)績(jī)對(duì)比

1. 國(guó)內(nèi)冷卻塔業(yè)績(jī)

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

2. 國(guó)外節(jié)水消霧塔業(yè)績(jī)

（1）馬利美國(guó)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(yùn)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(chǎng)實(shí)效對(duì)比

（1）國(guó)內(nèi)江蘇海鷗的消霧塔：目前實(shí)施的改造項(xiàng)目在蘇州，實(shí)地考察還是有很大的羽霧，效果不明顯。對(duì)于北方冷卻塔項(xiàng)目的消霧和節(jié)水從工藝設(shè)計(jì)以及效果上會(huì)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(guó)新墨西哥州圣望電廠，2007年消霧節(jié)水冷卻塔冬季運(yùn)行該塔在零度附近完全沒(méi)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(jì)要求。

五、結(jié)論

在技術(shù)和業(yè)績(jī)方面，國(guó)內(nèi)消霧型冷水塔改造業(yè)績(jī)還不足以說(shuō)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(hù)方便，同時(shí)也有較多的實(shí)際運(yùn)行業(yè)績(jī)。

在能耗方面：盤(pán)管式能耗比馬利節(jié)水消霧要高出40%以上。

實(shí)際工況：對(duì)于緊挨著一循的空分裝置是煤化工項(xiàng)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(jī)的進(jìn)氣都對(duì)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(jìn)空分裝置里去，否則空分裝置發(fā)生危險(xiǎn)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(guò)與兩家公司的交流和討論，我們對(duì)于兩家公司的消霧塔做了技術(shù)和投資能耗方面的對(duì)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(guó)產(chǎn)消霧冷卻塔技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[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(xiàng)目全廠水系統(tǒng)整體解決方案研究[J] 化工設(shè)計(jì)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）.