節水消霧冷卻塔技術研究

張小娟 梁亮 劉起飛 曹童非

摘要：本文通過研究國內外節水消霧冷卻塔技術原理及特點，進行節水消霧國內外業績及實際運行效果比對，根據榆能化項目實際工況，現場實地勘察，技術和投資能耗方面的對比，最終建議一、三循采用馬利消霧冷卻塔技術，二循采用國產消霧冷卻塔技術可穩定運行且降低水耗。

關鍵詞：節水消霧;冷卻塔;水耗

中圖分類號：X505 ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A

引言

中國能源長期以煤炭為主，促使煤化工產業鏈不斷深化發展，煤化工企業發展因水耗高、排污量大一直備受詬病，新《環保法》和“水十條”更是將其推到了風口浪尖[1]。循環水冷卻塔是煤化工企業關鍵換熱設備，而冷卻塔的蒸發損失可占到國內全部工業用水耗水量的20%～50%左右，甚至蒸發的水霧還是霧霾的重要載體。消霧節水冷卻塔是一種新型冷卻塔，可將水蒸氣進行高效冷凝回收再利用，大大減少企業水耗量[2]。

一、國內外技術簡介

冷卻塔消霧設計最早始于二十世紀六十年代，裝置是干濕式或在一系列通道的其他熱源，以及工業或空調裝置。在二十世紀七十年代，美國改進的設計是基于干濕式冷卻塔的平行通道技術。后來日本及歐洲也向該技術靠攏，我國國內近幾年來也在不斷的模仿但一直停留在舊塔改造實驗階段，暫無新建的、成規模的消霧塔，且節水的更是很少。

馬利冷卻塔公司在全世界建造了80多消霧（節水）型冷卻塔，一直是世界冷卻塔技術發展的引領者。

二、應用技術原理

（一） 國內節水消霧冷卻塔

冷卻塔濕熱空氣與被翅片加熱的干熱空氣，在出口氣室內地混合排出，實現消霧。在收水器上層的進風窗立面增設露點調節裝置，調節風筒出口羽霧的露點。在塔內收水器上面的氣室增設空氣混合導流裝置，提高露點調節裝置換熱后的干熱空氣與出填料的飽和濕熱空氣的混合效率，進而提高除霧效果。優化上塔進水管路，上塔熱水既可以先通過露點調節裝置后再進入主配水管，也可以直接進入主配水管，進水方式可根據不同季節工況通過閥門來進行調節，從而實現常規冷卻塔（濕塔）與消霧節水冷卻塔（干、濕混合塔）的運行。但消霧節水冷卻塔由于增設了露點調節裝置，在消霧節水狀態運行時（旁路系統），會增加整個循環水系統阻力。

（二） 國外節水消霧冷卻塔

塔內的濕熱空氣與干冷空氣進行熱交換，從而實現水回收及消霧。該冷卻塔運行中除短期的嚴寒季節出口有輕微羽霧外，全年大多時間即使滿負荷運行，完全沒有白色羽霧排出。該技術綜合了系列通道和平行通道技術形式，是基于把濕段排出的濕氣把熱量傳遞給環境空氣。

在消霧冷卻塔形式中，濕段排出的水蒸氣是通過干段的熱交換器來冷凝，導致離開熱交換器的的空氣在較低的溫度下飽和。

從熱交換器一端過來的干熱空氣和通過另一端熱交換器冷卻濕段的空氣來除掉一部分水蒸氣相混合，降低了出塔空氣的相對濕度。因此達到消霧的目的。

由于濕熱空氣與環境空氣經過冷凝箱的熱交換，從而形成水滴，流入塔內，循環再生了一部分水;冷凝水的純度比循環水高出很多 ;從而實現回收水的目的。

三、技術特點對比

（一） 國內外節水消霧塔消霧機理

基本工作機理為：在風機的作用下，塔外干冷空氣被引入模塊后，和塔內的濕熱空氣在模塊上部區域充分混合，降低空氣的含濕量，消除了冷卻塔的可見雨霧。

塔外干冷空氣和塔內的的飽和熱蒸汽，經過冷熱風通道在模塊內進行間壁式換熱、冷凝最終凝結成小水珠，冷凝水通過熱通道流入循環水水池內，減少了冷卻塔循環水的蒸發損失，節省了設備的運行費增加高性能收水器及防飄濺措施等，也可以使冷卻塔更好的消霧和節水[3]。

（二） 國內外節水消霧塔對比

1. 技術特點

2. 布置方案

從盤管消霧塔與馬利節水消霧塔占地布置上來講，盤管只能單排布置，兩排的間距與單排的長度要求一致。

3. 其他方面

國內盤管冷卻塔金屬翅片有時會遭到翅片內部結垢和腐蝕。金屬翅片外部有時會有微粒堆積（如風沙）或積聚纖維材料（如楊樹毛毛）。由于冷卻塔內有濕熱空氣或由于當地的特使氣候可能使問題惡化導致外來物質聚集。

四、節水消霧技術實際應用對比

（一）國外與國內消霧塔對比（負荷分布）

馬利節水消霧塔可通過冷凍單元冷卻塔更加均勻的重量分布來達到。

海鷗的盤管消霧塔在外圈柱子上集中支撐金屬盤管和調節裝置。需要冷水池和基礎結構的特殊設計。基礎荷載和費用隨現場的變化可能變化很大，并受到風荷載、土壤條件、恒定荷載和冷卻塔運行荷載的影響。

（二）業績對比

1. 國內冷卻塔業績

江蘇海鷗的業績僅光大環保能源有限公司一座改造的試驗塔。經實地考察有很大的水蒸氣，效果不明顯。

2. 國外節水消霧塔業績

（1）馬利美國新墨西哥州圣望電廠，單塔是6000m3/h的消霧節水冷卻塔，2007年運行。

（2）WE 能源中心， 6間節水消霧塔，單塔是4000m3/h。

（3）赫斯 NEC公司，新澤西州紐瓦克市，12座節水消霧塔，單塔是4000m3/h。

（三） 現場實效對比

（1）國內江蘇海鷗的消霧塔：目前實施的改造項目在蘇州，實地考察還是有很大的羽霧，效果不明顯。對于北方冷卻塔項目的消霧和節水從工藝設計以及效果上會很大的不同，目前，海鷗公司缺少北方工程案例。

（2）SPX馬利美國新墨西哥州圣望電廠，2007年消霧節水冷卻塔冬季運行該塔在零度附近完全沒有雨霧。自2007年至今冷效、消霧、還是節水效果都符合設計要求。

五、結論

在技術和業績方面，國內消霧型冷水塔改造業績還不足以說明消霧能力穩定可靠，不確定性很多。馬利公司的消霧型冷水塔使用的是最新Clear sky技術，建設周期短，維護方便，同時也有較多的實際運行業績。

在能耗方面：盤管式能耗比馬利節水消霧要高出40%以上。

實際工況：對于緊挨著一循的空分裝置是煤化工項目關鍵裝置，兩者間距僅60米，空分裝置的特殊低溫工藝和超大型空氣壓縮機的進氣都對一循內消霧塔提出了苛刻的性能要求，不允許消霧塔產生的雨霧飄進空分裝置里去，否則空分裝置發生危險和事故的可能性較大。建議一循不使用海鷗消霧塔。同理，三循在生產裝置的中心位置，也不推薦使用海鷗消霧塔。

經過與兩家公司的交流和討論，我們對于兩家公司的消霧塔做了技術和投資能耗方面的對比，初步結論建議一、三循采用馬利公司消霧冷卻塔技術;二循采用國產消霧冷卻塔技術。

參考文獻：

[1]賽慶新.冷卻塔節水消霧技術[J] 化肥工業.2015 （4）：49-52.

[2]羅方濤.新型煤化工項目全廠水系統整體解決方案研究[J] 化工設計通訊.2019 ，45（9）.

[3]張甜甜.冷卻塔的節水技術[J] 山東工業技術.2016 （16）.