水矢量技術在冷卻塔的工業應用分析

馬明　毛開清　谷峰　彭慶永

摘 要：冷卻塔的作用是將攜帶的冷卻水在冷卻塔內與空氣進行熱濕交換，空氣帶著冷卻水的廢熱送入大氣散發，使冷卻水水溫下降，將寶貴的水資源循環利用。傳統冷卻塔主要依靠電力來驅動風扇，產生大量的電費，而這部分費用在企業成本支出中比例占比較大，給企業造成了很大的壓力。文章所闡述的水矢量技術是一種新型的科研技術，其在冷卻塔上的工業應用，刷新了傳統式的冷卻行業模式。對于業界冷卻塔的設計應用具有很好的參考意義。關鍵詞：水矢量;冷卻塔;節水中圖分類號：TU279.7+41? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）02-142-03

Abstract： The function of the cooling tower is to exchange heat and humidity with the air in the cooling tower. The air with the waste heat of the cooling water is sent to the atmosphere for emission， which makes the cooling water temperature drop and recycles the valuable water resources. The traditional cooling tower mainly relies on the power to drive the fan， which results in a large amount of electricity charges， which account for a large proportion of the cost of the enterprise， causing great pressure on the enterprise. The water vector technology described in this paper is a new type of scientific research technology. Its industrial application on the cooling tower refreshes the traditional cooling industry mode. It has a good reference for the design and application of cooling tower in the industry.Keywords： Water vector; Cooling tower; Water savingCLC NO.： TU279.7+41? ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）02-142-03

引言

傳統冷卻塔多采用機械通風的方式對循環水進行冷卻降溫，根據流量的大小，配置不同規格的電機。冷卻塔的冷卻系統不管實際流量大小如何，風機都需要電機驅動旋轉，以達到循環水降溫的目的。同時，傳統的冷卻塔為保證冷卻系統能夠起到足夠冷卻，會在常規指標的基礎上放大15%左右的余量，無形中增加了電能的耗量，不僅造成能源的浪費，還給企業增加了成本。

1 冷卻塔系統概述

1.1 冷卻塔原理及構造

冷卻塔主要以水作為循環介質進行冷卻，它是從水系統中吸收熱量排至空氣中，以達到降低水溫的一種裝置。利用水與空氣流動接觸后冷熱交換產生蒸汽，再由蒸汽揮發帶走熱量達到蒸發散熱、對流傳熱和輻射傳熱等來散去工業上或制冷設備中產生的余熱來降低水溫的蒸發散熱裝置，保證整套系統的正常運行，裝置一般為桶狀或方形狀。

冷卻塔主要由塔體、集水盆、配水系統、淋水填料、風機及電機等部分構成。不同組合可以構造成不同型式的冷卻塔。冷卻塔塔體外型（如圖1所示）線條設計多樣化，設計原則應簡潔、美觀大方，保證與建筑物相協調。

1.2 水力驅動風機冷卻塔系統

水力驅動風機冷卻塔（如圖2所示）是利用水輪機取代傳統冷卻塔電機作為冷卻塔風機動力，使冷卻塔風機由電機驅動改為水力驅動。冷卻塔不需要用電，可以為企業節省費用支出，且冷卻塔噪音相比原來的也要低很多。

水力驅動冷卻塔采用渦輪增壓水輪技術，水輪機軸與風機直接相連接，取消了中間減速器、傳動軸等的連接。利用冷卻塔設備原有的循環冷卻系統中的水泵提升水循環推動風機散熱，水力驅動風扇轉動，實現節電效果。水力驅動冷卻塔不僅改變了傳統冷卻塔用電機驅動風機的冷卻降溫方式，而且設計上不需要機械減速裝置和電機，大大降低了冷卻塔的震動和噪聲，減少對環境的污染，實現了"零"電能消耗。

2 水矢量冷卻塔設計應用

2.1 水矢量冷卻塔與水動力冷卻塔區別

無電水動力冷卻塔的噴流是與水力的軸線相重合的，產生的推力也是沿軸線向前，因此水動力冷卻塔的推力是水柱狀向前，提供的是水柱的動能。水輪機雖然比傳統的電力風機冷卻塔要有很多優勢，但其對水壓要求較高，水壓較低則不能帶動水輪機轉動，風葉也無法轉動;或風機轉速低，風量小，降溫效果不理想;水壓嚴重不足時，需增加水泵加大水力，勢必要增加水泵電機，增加的水泵電機附加耗電費用不亞于傳統冷卻塔的耗電量，不能起到真正意義上的節電效果。

矢量技術，即可以轉動的向量技術（如圖3所示）。在一定壓力、溫度下，通過推力偏轉、改變其角度，產生不同方向的矢量力，從而獲得輔加的控制力矩，提升更強大的動力。水矢量冷卻塔可在不改變任何原設計工況下工作，水壓≥0.06MPa即可，無需給冷卻循環水泵附加揚程。

2.2 水矢量冷卻塔應用分析

2.2.1 壓降：水壓低，能耗低

水矢量技術可在不改變任何原設計工況下工作，水壓≥0.06MPa即可，無需給冷卻循環水泵附加揚程。其創新的技術：塔頂冷凝冷卻裝置回收霧化凝結水;上圍熱焓霧化噴室+Ⅱ維風葉散熱;下圍布水填料熱水與冷風換熱降溫。水輪機則對水壓要求較高，水壓較低則不能帶動水輪機轉動，風葉也無法轉動;或風機轉速低，風量小，降溫效果不理想。

2.2.2 溫降：三次換熱冷卻過程---冷效比高

水與塔內的負壓空氣通過填料對流換熱，達到第一次冷卻效果;水矢量驅動噴頭高速懸浮旋轉，高溫水發生相變，產生熱焓霧化，散熱充分、熱交換迅速，達到二次冷卻過程;熱焓霧化蒸汽上升遇冷凝裝置發生相變而凝結，達到三次冷卻過程。

溫控傳感系統（如圖4所示）隨時傳輸水溫運行信號，隨時計算掌控冷卻系統運行工況。

2.2.3 免電

水動力矢量技術高速驅動機芯+熱焓霧化噴頭裝置（如圖5所示），為冷凝冷卻設備的核心部件，不用電，以水矢量驅動兩級風葉、同時帶動霧化噴頭高速懸浮旋轉。對冷卻水質無特殊要求（海水除外）。

2.2.4 省水

水矢量冷卻塔設備取消了傳統的位于塔項的引風機，上、中、下結構根據流體動力學設計原理，塔項裝有性能卓越的冷凝水回收裝置。熱焓霧化室水汽遇塔項的冷凝裝置凝結為水，冷凝水下落遇到源源不斷上升的水汽發生二次、三次……N凝結過程，最大限度地減少了蒸汽飄水。

超低噪音：無電機噪音，無電機傳輸震動噪音，無減速器傳輸摩擦噪音，優異的矢量熱焓霧化技術，噴頭將水霧化，大大降低了淋水噪音，噪聲排放量<50dB。

2.3 水矢量冷卻塔與電動冷卻塔經濟效益對比

要求問題，確保不增加水泵功率電耗。與常規冷卻塔相比具有不可比擬的優勢（如表1所示）。

3 結束語

冷卻塔的冷卻循環水中大多數含有鈣、鎂離子及酸式碳酸鹽。這些成份會經常產生水垢，影響冷卻塔的換熱效果。管子及填料會因為嚴重結垢而堵塞，使冷卻塔失去換熱效果作用。有數據研究表明水垢對冷卻塔換熱影響巨大，隨著結垢的加深會造成能源費用的浪費，增加企業的運營成本。保持冷卻塔冷卻管路通暢，減少沉積物積累，可以很好的提高效率、節約能源、延長設備的使用壽命，同時節省了企業生產時間和維護費用。

水矢量冷卻塔除了能夠很好地解決循環水結垢的問題，保障冷卻塔良好冷卻。而且還具有高效、環保、安全、無腐蝕的特點，能夠保證冷卻塔的長期使用。本文所述的水矢量技術在冷卻塔的工業應用分析對于業界循環水冷卻系統的實踐應用具有一定的參考意義。

參考文獻

[1] 鄭秋芳.工業循環冷卻水工藝設計[J]，山西化工，2000年02期.

[2] 周衛琴.循環冷卻水系統生產運行問題分析[J].廣州化工，2012年12期.

[3] 劉力耕.凈循環冷卻水系統建模與仿真軟件開發[D].東北大學， 2015年.

[4] 張利平.多冷卻塔循環冷卻水系統的優化設計[D].青島科技大學， 2014年.

[5] 周本省，楊文忠.循環冷卻水系統中的結垢及其控制[A].第十一屆全國緩蝕劑學術討論會論文集[C]，1999.

[6] 鄭翔，杜巍.循環冷卻水系統優化與冷卻塔改造[J].工業用水與廢水.2019年04期.

[7] 宮志超，李瑞鵬.循環冷卻水系統補充水量分析[J].濟南紡織化纖科技.2002年01期.

[8] 尹波.循環冷卻水系統存在問題及對策[J].河南化工.2005年11期.

[9] 戴月秀，唐清華，楊學龍.新型節水裝置—閉式空冷循環冷卻水系統的工業應用[J].化肥設計，2009年02期.