冷卻塔運(yùn)行狀態(tài)分析及解決方案

吉祥　李木青　袁丁玲　劉瑩　辛玲

摘要：通過對國內(nèi)某公司循環(huán)水廠冷卻塔運(yùn)行狀態(tài)分析，研究了影響冷卻塔運(yùn)行效率的主要因素氣液接觸面積和接觸時間，并提出了增加合適填料或者直接采用無填料噴霧形式的解決方案。

關(guān)鍵詞：冷卻塔運(yùn)行狀態(tài)；氣液接觸面積；氣液接觸時間

國內(nèi)某公司循環(huán)水廠設(shè)計規(guī)模為1400 t/h，循環(huán)水系統(tǒng)有循環(huán)水池、冷集水池、XNPWT1400冷卻塔一座及相應(yīng)的配套設(shè)備。目前，公司使用循環(huán)水廠處理量大概為900 t/h左右，但是處理效果卻不甚理想。因此，本文通過對一系列循環(huán)水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，尋找循環(huán)水系統(tǒng)存在的問題，并由此制定解決方案，以延長循環(huán)水使用周期，從而達(dá)到降本增效的目的。

1 冷卻塔運(yùn)行原理

1.1 冷卻塔的基本原理

冷卻塔是一種水冷卻設(shè)備，它的使用在浸出過程中進(jìn)入熱水和空氣溫度和濕度的濕度差，和相對運(yùn)動的水和氣體相當(dāng)表面的速度梯度，熱傳遞通過接觸冷卻和蒸發(fā)冷卻，從而達(dá)到降低水溫度的目的。

冷卻塔是根據(jù)夏季溫度設(shè)計的。在冷卻過程中，兩種散熱方式的總散熱率隨季節(jié)不同而不同。冬季氣溫低，高溫空氣、接觸熱有時總熱50～70%；夏季水溫與空氣溫度之間的溫差降低，蒸發(fā)量很小，散熱量減少，總熱量約為80～90% [1]。

1.2 冷卻塔的冷卻機(jī)理

冷卻塔夏季運(yùn)行效率低尤為突出，因此有必要對蒸發(fā)散熱機(jī)理進(jìn)行分析。水分子在常溫下逸出，變成自由蒸汽分子，這種現(xiàn)象被稱為水的蒸發(fā)。水的蒸發(fā)是由于分子的熱運(yùn)動，在不同位置的分子的布朗運(yùn)動速度的差異，水分子相互碰撞，使分子動能和銜接部分克服水來自水的表面，水分子脫離與超越的水分子的平均動能水，降低水分子的平均動能的休息，在宏觀上體現(xiàn)在溫度降低。各種水分子逃逸中，水分子與空氣分子的碰撞和接觸，使水分子可以返回到水面，當(dāng)水分子單位時間內(nèi)的水分子從超過回到水面，水不斷蒸發(fā)，降低水溫。

1.3 影響冷卻塔運(yùn)行效率的因素

從冷卻塔的構(gòu)成和工作原理可得出影響涼水塔傳熱速率的因素有：

（1）水與空氣接觸的表面積。根據(jù)填料的結(jié)構(gòu)，足夠的填料高度可使水和空氣充分接觸，并增加傳熱面。

（2）空氣和水的相對速度。這取決于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。通過記錄風(fēng)機(jī)的電流值，結(jié)果表明風(fēng)扇在正常情況下工作，并滿足冷卻要求。

（3）空氣和水之間的接觸時間。這取決于塔的相對速度和高度。這兩個因素基本上是固定的。

（4）進(jìn)口空氣濕球溫度與回水溫度之間的差異取決于氣候。

總之，對冷卻塔的運(yùn)行原理的了解有利于對所收集的數(shù)據(jù)的分析，從而便于尋找出設(shè)備運(yùn)行中存在的問題，制定有效的、低成本的解決方案。

2 涼水塔運(yùn)行狀態(tài)分析

2.1 冷卻塔的運(yùn)行數(shù)據(jù)

收集了冷卻塔自2015年9月10號至2015年10月10日之間每日00：00、03：00、06：00、09：00、12：00、15：00、18：00、21：00八個時間點的進(jìn)出口溫度，共計248組數(shù)據(jù)，分別繪制了供水出口溫度和進(jìn)出口溫差變化趨勢圖，如圖1、圖2所示。

2.2 數(shù)據(jù)分析

從圖1可以看出，供水出口溫度主要集中在27～29℃，并且溫度分布范圍較窄，說明冷卻塔性能穩(wěn)定，完全符合公司對循環(huán)水溫度的需求。

從圖2不難看出，供水進(jìn)出口溫差多發(fā)區(qū)在1～2℃，少量在1℃以下，極少情況高于2℃。按工業(yè)開放式冷卻塔正常運(yùn)行狀態(tài)，一般進(jìn)出口溫差應(yīng)當(dāng)在5～10℃之間，可見雖然公司冷卻塔供水出口溫度達(dá)到要求，但是冷卻塔的運(yùn)行效率卻處于低水平。

經(jīng)過現(xiàn)場對公司冷卻塔實際的考察，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行是在正常工況內(nèi)的，能夠滿足冷卻需要；在泰州氣候情況下，進(jìn)口空氣的濕球溫度與回水溫度之間的差也能滿足冷卻塔工作條件。但是冷卻塔內(nèi)無填料，僅通過冷卻塔四周塔壁的多孔結(jié)構(gòu)來增加空氣與水的接觸面積和接觸時間，明顯達(dá)不到需求。因此，針對該情況，提出兩種解決方案。

3 解決方案

方案一：在現(xiàn)有的冷卻塔內(nèi)，選擇并購置合適填料，從而增加空氣與水的接觸面積和接觸時間。例如采用多層新型淋水填料[2]，該填料具有較好的綜合性能，通道面積大，粘接牢固，整體組裝鋼度好等優(yōu)點。

方案二：直接采用無填料噴霧形式，該工藝克服了傳統(tǒng)填料老化、變形、破損及微生物滋生等現(xiàn)象，不會造成后工序設(shè)備堵塞，減少了其它設(shè)備的維修費(fèi)用。例如采用GPL高壓離心噴霧裝置[3]，工作壓力為0.42～0.45 MPa，水可以噴到0.5～1mm微小液滴，增加氣液接觸面積，和水有兩順流、逆流塔中的冷卻過程中，一些小的液滴懸浮在塔中，擴(kuò)展的塔停留時間的水，以保證充分的熱交換，達(dá)到降溫要求。

4 結(jié)論

（1）國內(nèi)某公司冷卻塔目前運(yùn)行狀態(tài)基本能滿足生產(chǎn)裝置用循環(huán)水需求。

（2）冷卻塔供水出口溫度主要集中在27～29℃，供水進(jìn)出口溫差多發(fā)區(qū)在1～2℃，運(yùn)行效率較低。

（3）建議在現(xiàn)有的冷卻塔內(nèi)，增加合適填料或者直接采用無填料噴霧形式，增加空氣與水的接觸面積和接觸時間。

參考文獻(xiàn)：

[1]栗婷.涼水塔運(yùn)行狀況綜合分析方法研究[J].醫(yī)藥工程設(shè)計，2007，（01）：3335.

[2]溫銅川，周文華.循環(huán)水涼水塔性能優(yōu)化[J].廣州化工，2011，（18）：151152.

[3]嚴(yán)永江，許彥春，龐春虎，等.填料式?jīng)鏊到y(tǒng)的節(jié)能改造[J].化工進(jìn)展，2011，6（6）：13881390.