林榮琪 金曉青

傳統(tǒng)濕式冷卻塔在冬季溫度較低時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量白煙，尤其是在北方。同時(shí)，其存在著蒸發(fā)損失大、結(jié)冰、霧霾因子等不良影響。為了解決此問(wèn)題，經(jīng)過(guò)計(jì)算、開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)，采用節(jié)水消霧模塊取代傳統(tǒng)填料，同時(shí)在原塔的基礎(chǔ)上做一定的冷效及防結(jié)冰等改造，消除冷卻塔“白煙”現(xiàn)象，同時(shí)減少水蒸發(fā)，保證冷效的同時(shí)又能防止結(jié)冰，減小霧霾因子等。

關(guān)鍵詞：冷卻塔 節(jié)水 消霧霾

冷卻塔是節(jié)水消霧霾的重要設(shè)備。冷卻塔通過(guò)把一部分循環(huán)水變成水蒸氣，從而把工業(yè)廢熱散發(fā)到大氣中，其中的水蒸氣遇冷凝結(jié)成小水滴，導(dǎo)致冷卻塔出風(fēng)口霧氣。冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口會(huì)有飄滴逸出，形成PM10、PM2.5顆粒，是向大氣的排污現(xiàn)象。同時(shí)，飄滴會(huì)在進(jìn)風(fēng)口以及冷卻塔下風(fēng)向形成結(jié)冰，東北某化工廠發(fā)生過(guò)砸冰工傷事故。因此，踐行低碳環(huán)保政策，節(jié)水減排消霧霾已成為我國(guó)冷卻塔行業(yè)熱點(diǎn)話題。

1 冷卻塔運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題

進(jìn)風(fēng)口結(jié)冰

黑龍江紫金銅業(yè)有限公司制氧廠共有一排10格冷卻塔，設(shè)計(jì)能力為2000t/h，進(jìn)水溫度37℃，出水溫度32℃，進(jìn)塔濕球溫度為28℃。在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，冬季冷卻塔進(jìn)風(fēng)口結(jié)冰，出風(fēng)口霧氣較大。為了安全生產(chǎn)，踐行減碳減排，在不改變塔體結(jié)構(gòu)、不更換風(fēng)機(jī)電機(jī)的前提下，進(jìn)行了節(jié)水消霧霾的改造實(shí)驗(yàn)。

10格冷卻塔的進(jìn)風(fēng)口，自上到下都有結(jié)冰（圖1）。經(jīng)驗(yàn)研判，結(jié)冰的直接原因是進(jìn)風(fēng)口環(huán)境溫度長(zhǎng)期低于0℃，而0℃是水結(jié)冰的溫度。觀察發(fā)現(xiàn)，填料外側(cè)水流下降過(guò)程中有小水滴濺出，小水滴在下落過(guò)程中逐漸結(jié)冰。填料的進(jìn)風(fēng)口結(jié)冰不但影響進(jìn)風(fēng)的均勻性，降低冷卻效果，也是檢驗(yàn)進(jìn)風(fēng)口有無(wú)飄滴損失的利器。在日最高氣溫低于0℃時(shí)，只有（近）零飄滴才能在進(jìn)風(fēng)口不形成結(jié)冰。

冬季冷卻塔出口霧氣濃密

冷卻塔出塔霧氣是水蒸氣遇冷凝結(jié)的必然現(xiàn)象，這一現(xiàn)象在號(hào)稱“中國(guó)冷極”的呼倫貝爾附近尤其明顯。霧氣會(huì)在下風(fēng)向結(jié)冰，可能導(dǎo)致生產(chǎn)事故。霧氣會(huì)導(dǎo)致冷卻塔周?chē)用窈凸と说墓饩€受限，影響巡檢的安全性以及人們的視覺(jué)（圖2～3）。

2 改造實(shí)驗(yàn)措施

2.1 將填料更換為RP換熱器

橫流塔薄膜填料頂部噴淋水區(qū)域，每?jī)善盍蠟橐唤M封閉，構(gòu)成RP換熱器。RP換熱器內(nèi)，50%的空間有水流也有氣流，稱為濕冷空間（簡(jiǎn)稱濕部）。其余空間只有氣流通過(guò)，自外向內(nèi)環(huán)境氣流通過(guò)填料薄壁吸收鄰側(cè)的水流熱量為空冷部分（簡(jiǎn)稱干部）。冷卻塔冬季運(yùn)行時(shí)由于濕球溫度降低，所需要的風(fēng)量降低。同時(shí)，由于干球溫度降低，空氣與水流的溫差增大，空冷能夠完成更大的熱負(fù)荷。當(dāng)一部分熱負(fù)荷的冷卻為空冷時(shí)蒸發(fā)水量會(huì)降低，節(jié)約了蒸發(fā)水量也就相當(dāng)于降低了出塔空氣的水蒸氣含量?？绽浠煨嘛L(fēng)、加熱新風(fēng)、降低出塔空氣所需要蒸發(fā)水量，這三者共同作用可以達(dá)到冷卻塔出風(fēng)口減霧或消霧的目的。

2.2 冷卻塔配水系統(tǒng)改造

將冷卻塔的配水系統(tǒng)改造為分區(qū)布水，分為冬季配水區(qū)域和夏季配水區(qū)域。冬季運(yùn)行時(shí)開(kāi)啟冬季配水區(qū)域，通過(guò)控制RP換熱器的淋水區(qū)域從而控制換熱模式（圖4）。

2.2.1 RP換熱器迎風(fēng)側(cè)

在水流下降擴(kuò)散的過(guò)程中，優(yōu)先考慮防止進(jìn)風(fēng)口的飄滴損失和結(jié)冰。從換熱器的結(jié)構(gòu)上設(shè)置有斜向下的蜂窩構(gòu)造，可以保障在正常情況下的導(dǎo)風(fēng)收水;另外，從配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行上，水流在下落濺散過(guò)程中不會(huì)濺落到蜂窩構(gòu)造以外，也是成功防冰的一個(gè)措施。在日最高溫度為-5℃以下的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，在整個(gè)冬季的運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)風(fēng)口沒(méi)有結(jié)冰（圖5～6）。

2.2.2 RP換熱器中部

RP換熱器的中間，優(yōu)先考慮濕式冷卻和氣水間壁換熱效果。經(jīng)過(guò)理論計(jì)算以及試驗(yàn)，為了增加冷卻效果，換熱器的徑深由原設(shè)計(jì)的1000mm增加到1200mm。同時(shí)配水系統(tǒng)也做了相應(yīng)延伸，這樣可使冬季消霧模式下使用更大的換熱面積，夏季濕冷的模式下增加原塔的冷卻效果，既保證了冬季消霧，又保證了夏季冷效。

2.2.3 RP換熱器內(nèi)側(cè)和出風(fēng)口

RP換熱器內(nèi)側(cè)和出風(fēng)口，優(yōu)先考慮采用濕部飽和空氣與干部干空氣冷凝換熱模式，同時(shí)兼顧出風(fēng)口飄滴損失最小化。

改造后RP換熱器的出風(fēng)口濕段有明顯均勻排布的冷凝小水滴，沒(méi)有大的水滴?？梢?jiàn)出風(fēng)口并沒(méi)有較大的飄滴（圖7）。

2.2.4 節(jié)水效果估算

通過(guò)以上對(duì)冷卻塔的改造，并經(jīng)2臺(tái)冷卻塔性能數(shù)據(jù)采集，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，經(jīng)測(cè)算，進(jìn)塔空氣溫度為-5℃，相對(duì)濕度為45%時(shí)，空冷熱負(fù)荷占全部熱負(fù)荷的30%左右，即節(jié)水率約30%。由于節(jié)水意味著排污水的降低，排污水率的降低與蒸發(fā)率的降低比例相同，排污水率可以降低30%（表1）。

對(duì)冷卻塔的改造取得了良好的效果，將逐步對(duì)其余循環(huán)水場(chǎng)冷卻塔進(jìn)行改造。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)冷卻塔填料和配水系統(tǒng)改造等措施，解決了冷卻塔進(jìn)風(fēng)口結(jié)冰和飄滴損失問(wèn)題，降低或消除了冷卻塔出口霧氣和飄滴損失，具有一定的節(jié)水減排效果，相信隨著后續(xù)對(duì)其他循環(huán)水場(chǎng)冷卻塔的改造，將提升企業(yè)環(huán)保形象，為藍(lán)天白云低碳環(huán)保做貢獻(xiàn)。

（林榮琪工作于黑龍江紫金銅業(yè)有限公司;金曉青工作于上海廈弘節(jié)能有限公司）