淺談循環(huán)水系統(tǒng)改造問題

尚俊法

(山西陽煤豐喜〔肥業(yè)〕集團有限公司技術(shù)中心 山西運城044100)

1 排管式水冷凝器水池濺水的處理

許多企業(yè)的排管式水冷凝器(冷排)水池在運行中四周經(jīng)常濺水，尤其遇到有風的天氣，濺水更加嚴重，一般僅采取簡單的措施，即在其四周用石棉瓦或玻璃鋼板擋板圍住或用磚塊將池壁砌高。

1.1 原因分析

排管式水冷凝器的換熱過程：管內(nèi)溫度較高的氣體與管外溫度較低冷卻水經(jīng)過熱傳遞，將熱量傳給冷卻水后，使冷排管附近的空氣溫度升高，熱空氣因密度增大而變輕，熱壓差使冷排管附近的空氣由低處向高處流動，流動的空氣同時帶走了冷卻水部分熱量，減輕了循環(huán)水冷卻塔的負荷。如果冷排管內(nèi)的氣體溫度超過100 ℃，還會有少量的冷卻水汽化，這些水汽也隨流動的空氣上升散去。冷排水池濺水原因：①冷排水池設(shè)計偏小；②水量調(diào)節(jié)不當；③淋水槽齒形降水板有水垢，降水不均。

如果冷排水池四周被遮擋住以后，冷排管附近的空氣流動性減弱，勢必造成換熱后的冷卻水溫度升高，增大了循環(huán)水冷卻塔的能耗。假如 1 000 t/h的循環(huán)水，循環(huán)水溫升高1 ℃，系統(tǒng)的水約增加4.186 8 GJ/h的熱量，要移走這些熱量，大約需要消耗4.186 8 GJ/h能量(折每小時耗14.286 kg標煤)，每天大約消耗100.483 2 GJ能量(折342.864 kg標煤)。如果年生產(chǎn)天數(shù)按300 d計，約消耗30.145 MJ能量(折10.285 9×104kg標煤)，亦是一個不小的數(shù)值。如果這些熱量不被移走，將使被換熱的氣體體積增加1/273，會使系統(tǒng)產(chǎn)量下降、消耗增大。

1.2 處理措施

對于冷排水池濺水處理的正確措施：在水池壁四周添加寬800～1 000 mm、坡度為2%～5%的鋼筋混凝土收水板或用玻璃鋼瓦制作成此形式收水板，將濺水收集回流進入水池。

改進后冷排水池示意見圖1。

圖1 改進后冷排水池管示意

2 在冷排池上裝冷卻塔

有些企業(yè)在擴大循環(huán)水系統(tǒng)處理能力時，因場地受限，將冷卻塔設(shè)置在冷排水池上方，原冷排水池改為熱水池。

冷卻塔的工作原理：換熱器來的熱水從冷卻塔上部的填料層均勻淋下。經(jīng)通風機抽取的空氣從冷卻塔的填料層自下而上通過，兩者在填料層逆流接觸，冷空氣帶走了水的熱量，使熱水溫度降低；空氣中少量的水汽遇冷空氣而凝結(jié)成水，進入循環(huán)水中。

將冷卻塔設(shè)置在冷排水池上后，冷排上升的濕空氣被冷卻塔的通風機吸入，與熱水逆流接觸傳質(zhì)、換熱。而冷排上升的空氣溫度較高、濕度較大，使冷卻塔的換熱、傳質(zhì)效果下降，循環(huán)水溫升高，能耗增大。此措施只是節(jié)省了場地，但對生產(chǎn)并無益處。

3 冷卻塔通風機的風筒選型不慎重

傳統(tǒng)的冷卻塔通風機風筒均為雙曲線形，目的是利用文丘里效應來提高冷卻塔內(nèi)的風速。最近幾年，一些廠家推出1種新型風筒(即能量回收型風筒)，由雙曲線結(jié)構(gòu)變?yōu)閱吻€。

根據(jù)文丘里效應的原理，氣體流經(jīng)風筒最窄處時，截面積減小，壓強降低、速度增大；氣流通過最窄處后，截面積增大，壓強提高，速度下降，從而增大了冷卻塔的通風量。

根據(jù)“工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計規(guī)范”要求，機械通風的冷卻塔、雙曲線風筒擴張筒的作用：①減少冷卻塔的出口動能損失；②減少出塔濕空氣向塔進風口的回流。即出擴張筒的空氣還具備一定的流速，這些濕空氣沖向較高的空間，從而減少其又很快進入冷卻塔進風口的可能。雙曲線結(jié)構(gòu)冷卻塔示意見圖2。

圖2 雙曲線結(jié)構(gòu)冷卻塔示意

所謂能量回收型風筒實際是一個單曲線風筒，取消了擴張筒，濕空氣出風機后即消失了動能，無處可去，有可能又進入冷卻塔進風口，從而影響了冷卻塔的換熱效率。單曲線結(jié)構(gòu)冷卻塔示意見圖3。

筆者認為：單曲線風筒可以降低設(shè)備造價以及減輕冷卻塔的風載負荷，但會對冷卻塔的效率造成負面影響，同時缺乏可以回收能量的理論依據(jù)，應該慎重使用。

4 冷卻塔水池的容積過大

冷卻塔水池的容積大小應以水泵不抽空、保證水處理劑在循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)允許的停留時間為標準而確定。如水處理劑在循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的停留時間太短，水處理劑與水未完全反應，起不到除垢、除藻的作用，水泵很容易抽空；如停留時間過長，則需增大水池容積，使土建投資增加。而水和水處理劑在池中的停留時間長短與冷卻塔的換熱效率無關(guān)。

圖3 單曲線結(jié)構(gòu)冷卻塔示意

根據(jù)GB/T50102—2003(工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計規(guī)范)的要求，水池的容積一般為系統(tǒng)循環(huán)水最大流量的1/3～1/5。按此推算，1 000 m3/h冷卻塔的熱水池或涼水池的容積為200～333 m3，水和水處理劑在池中的停留時間為12～20 min。

有的化肥企業(yè)將水池容積設(shè)計得過大，水深超過2 000 mm，水和水處理劑停留時間≥30 min，不僅使投資增大、占地面積擴大，而且造成了水池中的部分水形成滯留層，除藻劑的含量低而使藻類快速滋生，水送至冷凝器后，使水冷凝器的換熱管和水池壁長滿大量藻類，換熱效率大幅降低，被迫增大除藻劑的用量，使除藻劑消耗增大，結(jié)果得不償失。

5 結(jié)語

循環(huán)水系統(tǒng)雖然比較簡單，但任何改造都必須有理論根據(jù)和科學依據(jù)。即使循環(huán)水的溫度變化1 ℃，也會影響著生產(chǎn)的能耗，絕對不能輕視。對新技術(shù)的使用要經(jīng)過認真考察、比較，并慎重使用。

(收到修改稿日期 2013-05-26)

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