節能消霧換熱模塊在橫流冷卻塔上的應用

林榮琪 金曉青

傳統濕式冷卻塔在冬季溫度較低時會產生大量白煙，尤其是在北方。同時，其存在著蒸發損失大、結冰、霧霾因子等不良影響。為了解決此問題，經過計算、開發、試驗，采用節水消霧模塊取代傳統填料，同時在原塔的基礎上做一定的冷效及防結冰等改造，消除冷卻塔“白煙”現象，同時減少水蒸發，保證冷效的同時又能防止結冰，減小霧霾因子等。

關鍵詞：冷卻塔 節水 消霧霾

冷卻塔是節水消霧霾的重要設備。冷卻塔通過把一部分循環水變成水蒸氣，從而把工業廢熱散發到大氣中，其中的水蒸氣遇冷凝結成小水滴，導致冷卻塔出風口霧氣。冷卻塔的進風口和出風口會有飄滴逸出，形成PM10、PM2.5顆粒，是向大氣的排污現象。同時，飄滴會在進風口以及冷卻塔下風向形成結冰，東北某化工廠發生過砸冰工傷事故。因此，踐行低碳環保政策，節水減排消霧霾已成為我國冷卻塔行業熱點話題。

1 冷卻塔運行中存在的主要問題

進風口結冰

黑龍江紫金銅業有限公司制氧廠共有一排10格冷卻塔，設計能力為2000t/h，進水溫度37℃，出水溫度32℃，進塔濕球溫度為28℃。在現有生產條件下，冬季冷卻塔進風口結冰，出風口霧氣較大。為了安全生產，踐行減碳減排，在不改變塔體結構、不更換風機電機的前提下，進行了節水消霧霾的改造實驗。

10格冷卻塔的進風口，自上到下都有結冰（圖1）。經驗研判，結冰的直接原因是進風口環境溫度長期低于0℃，而0℃是水結冰的溫度。觀察發現，填料外側水流下降過程中有小水滴濺出，小水滴在下落過程中逐漸結冰。填料的進風口結冰不但影響進風的均勻性，降低冷卻效果，也是檢驗進風口有無飄滴損失的利器。在日最高氣溫低于0℃時，只有（近）零飄滴才能在進風口不形成結冰。

冬季冷卻塔出口霧氣濃密

冷卻塔出塔霧氣是水蒸氣遇冷凝結的必然現象，這一現象在號稱“中國冷極”的呼倫貝爾附近尤其明顯。霧氣會在下風向結冰，可能導致生產事故。霧氣會導致冷卻塔周圍居民和工人的光線受限，影響巡檢的安全性以及人們的視覺（圖2～3）。

2 改造實驗措施

2.1 將填料更換為RP換熱器

橫流塔薄膜填料頂部噴淋水區域，每兩片填料為一組封閉，構成RP換熱器。RP換熱器內，50%的空間有水流也有氣流，稱為濕冷空間（簡稱濕部）。其余空間只有氣流通過，自外向內環境氣流通過填料薄壁吸收鄰側的水流熱量為空冷部分（簡稱干部）。冷卻塔冬季運行時由于濕球溫度降低，所需要的風量降低。同時，由于干球溫度降低，空氣與水流的溫差增大，空冷能夠完成更大的熱負荷。當一部分熱負荷的冷卻為空冷時蒸發水量會降低，節約了蒸發水量也就相當于降低了出塔空氣的水蒸氣含量。空冷混新風、加熱新風、降低出塔空氣所需要蒸發水量，這三者共同作用可以達到冷卻塔出風口減霧或消霧的目的。

2.2 冷卻塔配水系統改造

將冷卻塔的配水系統改造為分區布水，分為冬季配水區域和夏季配水區域。冬季運行時開啟冬季配水區域，通過控制RP換熱器的淋水區域從而控制換熱模式（圖4）。

2.2.1 RP換熱器迎風側

在水流下降擴散的過程中，優先考慮防止進風口的飄滴損失和結冰。從換熱器的結構上設置有斜向下的蜂窩構造，可以保障在正常情況下的導風收水;另外，從配水系統的設計運行上，水流在下落濺散過程中不會濺落到蜂窩構造以外，也是成功防冰的一個措施。在日最高溫度為-5℃以下的實驗過程，在整個冬季的運行過程中，進風口沒有結冰（圖5～6）。

2.2.2 RP換熱器中部

RP換熱器的中間，優先考慮濕式冷卻和氣水間壁換熱效果。經過理論計算以及試驗，為了增加冷卻效果，換熱器的徑深由原設計的1000mm增加到1200mm。同時配水系統也做了相應延伸，這樣可使冬季消霧模式下使用更大的換熱面積，夏季濕冷的模式下增加原塔的冷卻效果，既保證了冬季消霧，又保證了夏季冷效。

2.2.3 RP換熱器內側和出風口

RP換熱器內側和出風口，優先考慮采用濕部飽和空氣與干部干空氣冷凝換熱模式，同時兼顧出風口飄滴損失最小化。

改造后RP換熱器的出風口濕段有明顯均勻排布的冷凝小水滴，沒有大的水滴。可見出風口并沒有較大的飄滴（圖7）。

2.2.4 節水效果估算

通過以上對冷卻塔的改造，并經2臺冷卻塔性能數據采集，測試數據見表1，經測算，進塔空氣溫度為-5℃，相對濕度為45%時，空冷熱負荷占全部熱負荷的30%左右，即節水率約30%。由于節水意味著排污水的降低，排污水率的降低與蒸發率的降低比例相同，排污水率可以降低30%（表1）。

對冷卻塔的改造取得了良好的效果，將逐步對其余循環水場冷卻塔進行改造。

3 結 論

通過對冷卻塔填料和配水系統改造等措施，解決了冷卻塔進風口結冰和飄滴損失問題，降低或消除了冷卻塔出口霧氣和飄滴損失，具有一定的節水減排效果，相信隨著后續對其他循環水場冷卻塔的改造，將提升企業環保形象，為藍天白云低碳環保做貢獻。

（林榮琪工作于黑龍江紫金銅業有限公司;金曉青工作于上海廈弘節能有限公司）