陳 偉

(福建三明三鋼集團(tuán)三化公司，福建 三明 365000)

1 前言

三明化工有限責(zé)任公司在熱電廠內(nèi)新建16 臺(tái)造氣爐，原造氣26#造氣循環(huán)水崗位地皮公司另有他用，因此26#造氣循環(huán)水崗位整體搬遷;原污水系統(tǒng)循環(huán)水量2000m3/h，新建16臺(tái)造氣爐循環(huán)水量共4000m3/h，總循環(huán)水量為6000m3/h，為滿足生產(chǎn)工藝要求，結(jié)合原污水冷卻塔問題及現(xiàn)有冷卻塔技術(shù)對(duì)熱電廠兩臺(tái)原冷卻塔處理量為2000m3/h 改造及新建一臺(tái)處理水量2500T/h 的冷卻塔，原水從初沉池沉淀處理后進(jìn)入塔內(nèi)，經(jīng)冷卻冷卻處理后出水達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2 改造前電廠兩臺(tái)清水冷卻塔存在的問題

2.1 飄零損失水量大

由于冷卻塔為90年代建，使用年限長百葉窗變形嚴(yán)重，并嚴(yán)重老化，收水性能下降嚴(yán)重且冷卻塔周圍的墻體縫隙漏水嚴(yán)重導(dǎo)致冷卻塔飄零損失嚴(yán)重。

2.2 填料嚴(yán)重老化

淋水填料使用年限長，填料嚴(yán)重老化且有部分填料脫落，碎片到循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)，嚴(yán)重堵塞換熱器。

2.3 布水不均

冷卻塔布水形式采用老式布水渠，由于噴頭直接安裝在布水渠上且高于布水渠50mm，造成大量雜物沉積在布水渠底部且較大顆粒雜物堵塞噴頭，清理難度大，容易造成布水渠布水分布不均，局部區(qū)域內(nèi)的淋水填料較小，而部分填料的淋水量又較大，從而造成部分淋水量較大的填料被沖壞，影響冷卻塔冷卻效果。

3 熱力計(jì)算

為保證改造兩臺(tái)冷卻塔和新建冷卻塔滿足生產(chǎn)要求，通過熱力學(xué)計(jì)算為冷卻塔選型提供可靠依據(jù)。

3.1 原始數(shù)據(jù)

空氣干球濕度:θ1=32℃;空氣濕球濕度:τ=28℃;大氣壓力:P=99.7kpa;進(jìn)水溫度:t1 =50℃;出水溫度:t2 =35℃;塔寬:B=17m;風(fēng)量:G=2950000m3/h 冷卻水量:Q=2500m3/h。

3.2 熱力性能計(jì)算

3.2.1 各參數(shù)的計(jì)算公式

(1)進(jìn)塔干空氣密度r(kg/m3):

(3)進(jìn)塔空氣焓i1(KJ/kg):

式中;θ1—干球溫度32℃ 得:i1=21.5 KJ/kg

(4)出塔空氣焓i2(KJ/kg):

代入出水溫度t2=40℃得:K =0.945Δt—水溫降15℃;Cw—水的比熱，Cw=4.187KJ/kg·℃得:i2=30.3KJ/kg

(5)塔內(nèi)空氣的平均焓im(KJ/kg):

(6)溫度為t 時(shí)飽和空氣焓i″(KJ/kg):

3.2.2 逆流式冷卻塔熱力計(jì)算基本公式

式中的積分可以采用辛普森兩段近似積分公式計(jì)算:

計(jì)算交換數(shù)得:Ω=1.2;由式(A8)計(jì)算得βXV=10003;淋水填料片距為40mm。

其試驗(yàn)公式為1.725λ0.578;考慮工業(yè)塔與試驗(yàn)塔有一定的誤差，故取比例系數(shù)為0.9。

則Ω1=0.9 ×1.725λ0.578=1.21;與冷卻塔計(jì)算值誤差不超過5%，說明冷卻塔計(jì)算結(jié)果正確。這種情況下冷卻水量為;故冷卻塔在目前工況下能夠滿足Q=2500 m3/h 使用要求。

3.3 阻力計(jì)算

3.3.1 冷卻塔設(shè)計(jì)參數(shù)

進(jìn)風(fēng)口高:h=5.0m;填料片距:40mm;風(fēng)筒出口直徑:10.78m;水器片距:45mm;淋水密度:q=8.7m3/m2·h;塔寬:b=17m。

3.3.2 阻力計(jì)算

(1)進(jìn)風(fēng)口阻力計(jì)算:

進(jìn)風(fēng)口阻力系數(shù)ξ1=0.55 F1=2 ×b ×h1;V1=G/3600/F1

(2)填料下雨區(qū)氣流的阻力計(jì)算:

填料下雨區(qū)氣流的系數(shù)ξ2=(0.1 +0.025q)B/2 =2.79;F2=2 ×b2V2=G/3600/F2

(3)水平轉(zhuǎn)向進(jìn)入填料的阻力計(jì)算:

水平轉(zhuǎn)向進(jìn)入填料的阻力系數(shù)ξ3=0.5;F3=2 ×b2V3=G/3600/F3

(4)氣流在填料中的阻力計(jì)算:

根據(jù)水科所的試驗(yàn)報(bào)告計(jì)算，填料段的阻力為:

A =1.027 ×10－2q－1.232 ×10－2q +0.51m =－2.598 ×10－3×q2－4.062 ×10－2×q+1.917

V4=V3;ΔP4=P4=γ×A×Vm=5.155(mmh2O)

(5)布水裝置的阻力計(jì)算:

布水裝置的阻力系數(shù)ξ5=0.5;F布=n ×L ×bs =F5/b/b;V5=G/3600/F5;ΔP5=ξ5×γ×/2/g=0.60(mmh2O)

(6)收水器的阻力計(jì)算:

收水器的阻力系數(shù)ξ6=［0.5 +2 ×(1－F6/F3)2］×(F3/F6)2

F6=B×B－n ×δ;V6=G/3600/F6;ΔP6=ξ6×γ/2/g =0.149(mmh2O)

(7)進(jìn)風(fēng)口氣流阻力損失計(jì)算:

進(jìn)風(fēng)口氣流阻力系數(shù)ξ7=0.5;F7= π/4 × d2;V7= G/3600/F7

ΔP7=ξ7×γ×/2/g=1.79(mmh2O)

(8)風(fēng)筒出口氣流阻力損失計(jì)算:

風(fēng)筒出口氣流阻力系數(shù)ξ8=1;V8=G/3600/F8;ΔP8=ξ8×γ×/2/g=3.819(mmh2O)

故計(jì)算得冷卻塔的總阻力ΔPz=ΔPi=18.1(mmh2O)

由上述計(jì)算可知，冷卻塔阻力小于風(fēng)機(jī)全壓183pa，風(fēng)機(jī)能滿足要求。

4 改造方案

造氣污水堿度高、硬度高、溫度高、腐蝕性高，并且?guī)в忻夯?、絮凝劑等，容易在系統(tǒng)內(nèi)析出結(jié)垢，所以必須選擇適合造氣污水的填料內(nèi)件，防止其結(jié)垢、腐蝕根據(jù)原冷卻塔存在問題及新建污系統(tǒng)水氣象條件和熱工性能要求，結(jié)合冷卻塔現(xiàn)場的實(shí)際情況特作如下方案:一、現(xiàn)有兩臺(tái)2000m3/h 清水冷卻塔改造，利用現(xiàn)有的框架、塔池、上水管、回水管、風(fēng)機(jī)，對(duì)塔內(nèi)填料、布水系統(tǒng)、收水系統(tǒng)改造，改造方案與新建污水冷卻塔一致。二、新建一座2500m3/h 污水冷卻塔。

4.1 冷卻塔參數(shù)

4.1.1 氣象條件:干球溫度θ=32℃;濕球溫度τ=28℃;年平均氣壓P=99.70kpa。

4.1.2 冷卻塔溫度差:冷卻塔進(jìn)水溫度:t1=50℃;冷卻塔出水溫度:t2=35℃水溫差:Δt=15℃。

4.1.3 選用風(fēng)機(jī)參數(shù):改造冷卻塔兩臺(tái)風(fēng)機(jī)型號(hào):L80A;直徑:φ=8000mm;風(fēng)機(jī)風(fēng)量:Q =248 ×104m3/h;電機(jī)功率:160kW;其中一臺(tái)改為變頻風(fēng)機(jī);新建風(fēng)機(jī)型號(hào):L92L;直徑:φ=9140mm;風(fēng)機(jī)風(fēng)量:Q=295 ×104m3/h;電機(jī)功率:200kW;配套變頻風(fēng)機(jī)。

4.2 塔體結(jié)構(gòu)

舊冷卻塔利用原有框架，對(duì)填料內(nèi)件進(jìn)行改造;新建冷卻塔均為(采用)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

4.3 風(fēng)筒

新建風(fēng)筒型式為動(dòng)能回收型風(fēng)筒。風(fēng)筒原材料采用高質(zhì)量的聚酯樹脂和玻璃纖維布，防紫外線。

4.4 淋水填料及支承架

4.4.1 淋水填料。根據(jù)造氣污水水質(zhì)情況，本次改造采用BR 型半軟性填料，材質(zhì)為聚乙烯混合物一次注塑成形。該填料具有耐腐蝕、耐老化、耐生物降解，比表面積大，散熱性能高，通風(fēng)阻力小等優(yōu)點(diǎn)。在使用過程中，每當(dāng)上層水滴向下層填料滴落時(shí)，每個(gè)單元的填料花片都對(duì)水滴作一次重新切割分布，使布水更均勻，延長了水在填料中心的停留時(shí)間，增加熱交換表面，提高了填料散熱效果，長期不易堵塞，生物膜能及時(shí)脫落更新，又是降低氰化物和氨氮的最佳填料。本次選擇規(guī)格直徑Φ150mm，片距40mm，有效長度3000mm，每片填料重量為5 克，中心套管為0.4 克，中心繩為304 不銹鋼絲，直徑為Φ0.8mm。

4.4.2 填料的支承架。根據(jù)冷卻塔現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)和造氣污水水質(zhì)的特點(diǎn)，塔內(nèi)材料應(yīng)采用不銹鋼，玻璃鋼塑料制品。本方案建議采用固定式鋼構(gòu)支承架，所有材料采用304 不銹鋼。

4.5 配水槽

4.5.1 冷卻塔布水系統(tǒng)為管式與槽式相結(jié)合的布水方式。兩根DN450 進(jìn)水管與主布水槽連接;主布水槽分出10 根支布水槽，每根支布水槽兩側(cè)都配有三濺式噴頭。支布水槽與一根平壓槽連接，整個(gè)布水系統(tǒng)形成環(huán)路;平壓槽設(shè)有1 根DN150 排污管，方便污泥排出。

4.5.2 布水管及布水槽材質(zhì)均為高強(qiáng)度玻璃鋼，采用法蘭和玻璃鋼連接，螺栓均為不銹鋼，材質(zhì)為304。

4.5.3 布水槽設(shè)有可拆卸的玻璃鋼蓋板，并用不銹鋼螺栓鎖緊，以防水溢出。

4.6 噴頭

噴濺裝置是冷卻塔配水均勻的首要部件之一，其功能發(fā)揮良好與否，直接影響全塔配水均勻程度，影響塔的冷效。根據(jù)處理水量和配水槽的分布，確定噴頭所需的數(shù)量。根據(jù)實(shí)際情況，選用三濺花籃式噴頭，材質(zhì)ABS 工程塑料，規(guī)格D40，因該噴頭無需壓力，不堵塞，布水均勻，服務(wù)面積大，適用配水槽和機(jī)力通風(fēng)塔。

4.7 收水器

在冷卻塔中，由于布水裝置和填料的作用產(chǎn)生一定數(shù)量的細(xì)小水滴，在運(yùn)行過程中被上升氣流夾帶而飄出塔外，造成環(huán)境的污染和循環(huán)水量的損失，所以本次改造中，選用多波雙功能收水器。該收水器具有收水和導(dǎo)水的雙重功能。采用改性PVC、阻燃，厚0.6mm，質(zhì)輕，阻力少，除水效果好，拆裝方便，抗沖擊，耐老化，耐腐蝕，飄水損失十萬分之一。

4.8 進(jìn)風(fēng)口

進(jìn)風(fēng)形式采用兩面進(jìn)風(fēng)。進(jìn)風(fēng)口上部設(shè)置玻璃鋼導(dǎo)風(fēng)板，減少塔內(nèi)渦流及阻力，使氣流可以更通暢。很好的克服了冷卻塔進(jìn)風(fēng)口上角引起的尖端效應(yīng)，使進(jìn)風(fēng)口上側(cè)渦流區(qū)縮小，提高了冷卻塔的冷卻效果。

進(jìn)風(fēng)口處設(shè)置玻璃鋼材質(zhì)的導(dǎo)水板，減少塔內(nèi)水下落時(shí)外濺及減少氣流渦流及阻力，使填料面配風(fēng)均勻氣流可以更通暢。很好地克服了冷卻塔進(jìn)風(fēng)口上角引起的尖端效應(yīng)，使進(jìn)風(fēng)口上側(cè)渦流區(qū)縮小，提高了冷卻塔的冷卻效果。

5 效果

5.1 改造后污水循環(huán)水系統(tǒng)最高時(shí)進(jìn)口溫度52℃，出水水溫35℃進(jìn)出口溫差17，℃平均溫差在12—17℃，懸浮物:≤35mg/l;供水壓力:0.28～0.40Mpa;實(shí)際最高時(shí)運(yùn)行循環(huán)水量4500 m3/h;從生產(chǎn)運(yùn)行后數(shù)據(jù)可以看出，改造后冷卻塔均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足生產(chǎn)需求。

5.2 布水裝置使用壽命原來老系統(tǒng)3—4年，提高到10—15年;污水循環(huán)水系統(tǒng)為腐蝕性水質(zhì)，塔內(nèi)材質(zhì)均采用防腐材質(zhì)，延長冷卻塔的使用年限，保障了系統(tǒng)長周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

5.3 由于污水系統(tǒng)懸浮物較多，布水槽內(nèi)容易沉積污泥，現(xiàn)加裝了排污管，可以及時(shí)清理槽內(nèi)污泥，防止污泥堵塞噴頭，確保布水均勻。

5.4 三臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)中有二臺(tái)改為變頻風(fēng)機(jī)，節(jié)電效果明顯，特別是在低氣溫月份(11月—3月)每臺(tái)風(fēng)機(jī)預(yù)計(jì)可節(jié)約電耗20%，2 臺(tái)風(fēng)機(jī)節(jié)約電耗=(160kwh +200)×24h ×150天×20% =259200kwh;除此之外采用變頻調(diào)速裝置后，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)可以從0 轉(zhuǎn)/分逐漸平穩(wěn)的升到所需轉(zhuǎn)數(shù)，減少了電機(jī)直接起動(dòng)損耗、啟動(dòng)沖擊和機(jī)械摩擦、震動(dòng)，延長電動(dòng)機(jī)使用壽命且風(fēng)機(jī)在變頻狀態(tài)工作，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，減少了減速箱的磨損，延長設(shè)備使用壽命。

6 結(jié)束語

2010年6月份污水冷卻塔運(yùn)行到現(xiàn)在，冷卻塔一直運(yùn)行良好，水溫差新系統(tǒng)對(duì)比勞系統(tǒng)得到了較大的提高，系統(tǒng)阻力小，布水均勻;隨著廠內(nèi)對(duì)節(jié)電越來越重視，污水循環(huán)水系統(tǒng)原舊水泵改為節(jié)能水泵后，上塔壓力下降，造成各個(gè)塔池之間的水量不均，如關(guān)上塔閥調(diào)節(jié)，則會(huì)造成供水量不足，因此如何控制節(jié)電和水壓之間的平衡是我們下一步攻關(guān)的重點(diǎn)。