江 平

（上海一建安裝工程有限公司，上海 200437）

0 引言

冷卻塔在工業(yè)和商業(yè)領域中具有重要作用，主要用于散熱和降溫，常用于發(fā)電廠、化工廠、空調(diào)系統(tǒng)等設施。冷卻塔通過將冷卻水暴露于大氣中，利用水在蒸發(fā)過程中需要吸收熱量的原理，從而使沒有蒸發(fā)的水降溫，水可能被冷卻的最低溫度為室外空氣的濕球溫度。降溫后的冷卻水被輸送至設備換熱裝置吸收熱量，確保設備的正常運行。

1 冷卻塔白煙問題的背景和重要性

白煙問題是冷卻塔排放的水蒸氣在特定條件下，如濕度、室外溫度、氣流等因素的影響下，形成可見的白煙。這可能導致以下問題：

（1）環(huán)境影響：白煙可能被風吹向周圍區(qū)域，影響附近居民或環(huán)境，引起公眾關切和衛(wèi)生擔憂。雖然白煙本質(zhì)是水蒸氣冷凝而成，但容易被公眾誤解為著火煙霧，從而引起心理恐慌，增加公共安全風險。

（2）健康影響：冷卻水質(zhì)量差、放置時間過長或不潔凈會導致冷卻塔內(nèi)聚集大量細菌、藻類等微生物。如果軍團菌等微生物附在細小水滴上隨白煙擴散，可能誘發(fā)肺炎等呼吸系統(tǒng)疾病。

（3）交通安全影響：靠近馬路和機場的冷卻塔形成的白煙，可能使附近區(qū)域能見度下降，從而對交通造成一定影響，增加行車風險。

因此，解決冷卻塔白煙問題對于環(huán)保、健康及交通安全都是有重要意義的。本文采取合適的措施、調(diào)整操作條件、優(yōu)化設計，以有效減緩或解決白煙問題，確保冷卻塔系統(tǒng)的可持續(xù)運行。

2 冷卻塔白煙的產(chǎn)生原因

2.1 環(huán)境因素影響

溫度和濕度是冷卻塔白煙生成的重要環(huán)境因素。冷卻塔在熱交換過程中將熱量從冷卻水傳遞給外界空氣，使空氣升溫并增加濕度（狀態(tài)接近飽和曲線）。白煙現(xiàn)象產(chǎn)生的原因分析如圖1 所示，當加熱加濕的空氣（A 點）遇到室外低濕球溫度或高相對濕度的空氣環(huán)境（B 點）時會發(fā)生冷卻和凝結(jié)，導致水蒸氣凝結(jié)成微小水滴，形成白煙現(xiàn)象（D 點）。

圖1 白煙形成原理

這與冬天口中吐氣成白煙的原理相似，因為在寒冷的氣溫下，人體呼出的濕熱氣體遇冷凝結(jié)成小水滴，形成可見的白色蒸汽。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在寒冷潮濕的季節(jié)或清晨，結(jié)霧區(qū)不穩(wěn)定，析出的多余水分凝結(jié)成水，形成飽和濕空氣。

2.2 水質(zhì)問題

冷卻塔中使用的水質(zhì)可能含有溶解的鹽分和其他化學物質(zhì)。當這些物質(zhì)被帶到空氣中并與空氣中的濕氣相互作用時，就會促使水蒸氣凝結(jié)成微小的水滴，形成白煙。因此，水質(zhì)的成分和處理方式會直接影響冷卻塔排放的白煙。

2.3 運行參數(shù)和系統(tǒng)設計

冷卻塔的運行參數(shù)，如水循環(huán)速度、噴淋系統(tǒng)、風扇速度等，以及系統(tǒng)的設計特征，如冷卻塔的形狀和結(jié)構，都會影響白煙的形成。不同的運行參數(shù)和系統(tǒng)設計可能導致不同程度的水蒸氣凝結(jié)，從而產(chǎn)生不同濃度的白煙。

上述因素相互作用，決定了冷卻塔白煙的生成機制。綜合考慮這些因素，采取合適的控制措施，可以有效減少白煙的產(chǎn)生，降低其對周圍環(huán)境的影響。

3 冷卻塔白煙治理技術應用

由白煙形成的機理不難看出，在排氣與大氣相混合的過程中，只要不通過濕空氣過飽和區(qū)域且不在濕飽和空氣曲線上的狀態(tài)點時，就不會產(chǎn)生白煙，反之則會產(chǎn)生白煙。因此，解決冷卻塔排放白煙問題需要針對濕空氣溫濕度和冷卻水水質(zhì)成分進行具體分析[1-2]：

（1）提高空氣溫度。優(yōu)勢：通過在排風口或進風口設置熱水盤管等方式提高出風口或進風口空氣溫度，可以降低空氣相對濕度，減少白煙排放。劣勢：需要根據(jù)具體氣候條件調(diào)整。

（2）水質(zhì)預處理。優(yōu)勢：在水進入冷卻塔之前進行預處理，如過濾、軟化或去離子處理，可以降低水中溶解的鹽分和其他化學物質(zhì)的含量，有助于減少形成白煙的潛在成分。劣勢：需要額外的設備和成本。

（3）化學添加劑。優(yōu)勢：使用適當?shù)幕瘜W添加劑，如抗垢劑，有助于減少水中溶解物質(zhì)的影響，防止其在冷卻過程中結(jié)晶形成顆粒。劣勢：需要仔細控制添加劑的濃度，以避免對水質(zhì)產(chǎn)生不良影響。

應綜合考慮提高空氣溫度、水質(zhì)預處理、化學添加劑等措施，制定綜合性的白煙治理和水質(zhì)管理方案，以最大程度地降低白煙排放的可能性。具體方案選擇應根據(jù)冷卻塔的具體情況和環(huán)境條件進行合理調(diào)整。本文結(jié)合具體工程實例，對冷卻塔設置熱水盤管提高冷卻塔進風或排風空氣溫度的方案做出具體說明。

3.1 工程概況

上海徐家匯中心地處徐匯區(qū)虹橋路和宜山路交匯處，地鐵9#、11#線徐家匯站出入口近在咫尺，總建筑面積約775 643 m2，是集合商業(yè)、辦公、酒店等于一體的綜合發(fā)展項目。其中，T1 塔樓為43 層辦公樓，總高約220 m；T2 塔樓為70 層辦公樓，總高約370 m，是目前上海浦西第一高樓；T3 為15 層酒店，總高約76.2 m，地下室共6 層，深達地下30 m。該項目規(guī)模超大，建筑功能大而全，配備的冷卻塔多達16 組，處理的冷卻水總量達到14 600 t/h。冷卻塔設置在裙房7 層屋面，周圍高檔住宅環(huán)繞，因此需要最大程度地降低白煙排放的可能性。冷卻塔位置布置如圖2 所示。

圖2 冷卻塔位置布置

3.2 冷卻塔白煙治理

該項目于裙房屋頂設置16 組冷卻塔，每組由2 臺相同設備組成，獨立電機運行。當室外空氣溫度低于13 ℃且相對濕度較高時，冷卻塔出口空氣與之混合后會發(fā)生冷卻和凝結(jié)，導致水蒸氣凝結(jié)成微小水滴，形成白煙現(xiàn)象。在上海這一般是過渡季節(jié)或冬季，考慮到此時建筑內(nèi)區(qū)冷負荷不高，經(jīng)過核算相應的冷負荷，計算出只需開啟5 組冷卻塔進行散熱。同時考慮設備的輪換運行，總共設置了6 組加裝了熱水盤管的冷卻塔。

設熱水盤管來消除冷卻塔白煙一般有兩種方案。

3.2.1 在不設濕段填料的塔體兩側(cè)設熱水盤管（方案1）

等濕加熱后的室外空氣和穿過濕段填料增焓增濕后的空氣混合后，再排出冷卻塔，與室外空氣混合，混合后空氣脫離結(jié)霧區(qū)。熱濕交換及混合過程如圖3 所示。

圖3 熱濕交換及混合過程分析

優(yōu)勢：熱水盤管位于塔體低位，便于安裝和維修。

劣勢：塔體四面都需要進風，需要預留進風距離，每臺設備占據(jù)空間大。冷卻塔單獨布置，不能組成條形設備，檢修不便。防白煙工況時風機風量增加較大，因此電機功率增大，能耗增加，初投資增加較多。且設備與部分建筑樓梯風井碰撞（圖4）。

圖4 方案1 平面布置示意

3.2.2 排風口設熱水盤管（方案2）

與冷卻水熱濕交換后，增焓增濕的空氣經(jīng)過熱水盤管再熱后排出塔體，與室外空氣混合?；旌虾罂諝饷撾x結(jié)霧區(qū)。熱濕交換及混合過程如圖5 所示。

圖5 熱濕交換及混合過程分析

優(yōu)勢：冷卻塔選型基本不變。風機余壓略微增加，不需要調(diào)整電機功率，減少初投資和運行費用。

劣勢：熱水盤管要裝在出風口收水器之上，增加冷卻塔高度，檢修和維護不便。

設備層位于項目北裙房屋面，四周有擦窗機軌道及鋼架結(jié)構，空間狹小。如果采用方案1，則無法確保進風通暢，現(xiàn)有空間無法排布6 組12 臺設備。另外，冷卻塔需要考慮降噪問題，在出風口設有出風消聲器，方案2 的熱水盤管可固定在出風口消聲器鋼架下，不需要單獨設置鋼架，有利于施工的進行。綜合考慮上述因素以及后期檢修方案，形成了以方案2 為基礎的最終方案，具體設備排布如圖6 所示。兩種方案的部分參數(shù)對比見表1。

表1 兩種方案部分參數(shù)對比

圖6 方案2 設備平面布置示意

3.3 白煙治理效果

冷卻塔頂部出風口經(jīng)加裝熱水盤管后，有效減少了冷卻塔部分室外工況運行時的白煙產(chǎn)生，尤其是在冬季潮濕的雨天和春季室外溫度較低的濕冷天氣里。

通過在冷卻塔出口設置熱水盤管，可以有效調(diào)控出口空氣的溫度。提高空氣溫度有助于減少混合后的濕空氣在冷空氣中的凝結(jié)，通過提高露點溫度降低白煙產(chǎn)生的可能性。這一調(diào)控機制能夠有效應對在低溫環(huán)境下白煙生成的問題。同時，采取類似原理方案時需要兼顧現(xiàn)場的實際情況，采用最適合相應項目的方案。

本文方案的主要目標是降低白煙排放，但同時需要注意加熱過程的環(huán)保性。選擇清潔能源供熱，或采用高效能的加熱系統(tǒng)，有助于降低對環(huán)境的影響，并符合可持續(xù)發(fā)展的原則。

設置熱水盤管涉及到額外的能源消耗。因此，在方案實施前需要對能源成本進行評估，并確保加熱過程的能效較高，以降低對企業(yè)運營成本的影響。本項目就近采用屋面的鍋爐熱水一次水對加熱盤管供熱，當室外空氣溫度低于設定值、濕度較大，且冷卻塔開啟時，通過控制程序化智能開啟相應的熱水供回水電動閥，對盤管進行供熱，確保在必要時開啟盤管加熱功能，防止或減少白煙產(chǎn)生，同時減少能源浪費。此外，熱水盤管系統(tǒng)的定期維護對于方案的長期有效性至關重要。保持盤管的清潔和良好狀態(tài)，有助于維持系統(tǒng)的高效運行，減少白煙排放。

總體而言，通過在冷卻塔出風口設置熱水盤管的方案，從調(diào)控溫濕度到環(huán)保和能源消耗等多個方面綜合考慮，才能在降低白煙排放方面取得顯著效果。

4 結(jié)束語

本文從冷卻塔白煙問題的背景和重要性出發(fā)，簡述白煙問題對環(huán)境、健康和交通安全的危害，詳細分析了白煙問題產(chǎn)生的原因、焓濕圖示意和熱量守恒原理等表述其深層機理。介紹冷卻塔白煙問題的常見解決方案，重點對比研究了從提高冷卻塔出口溫度出發(fā)的兩種方案，通過熱濕交換及混合過程分析、外形尺寸影響安裝、電機功率匹配等角度的具體案例實踐闡述不同方案選擇的利弊，從而確定適合項目實際情況的最終方案。該方案實際應用效果較好，可以為相似項目的方案設計提供參考借鑒。