濕式冷卻塔節(jié)水改造工程實例

楊成業(yè)

（秦皇島萊特流體設(shè)備制造有限公司，河北 秦皇島 066004）

0 引言

現(xiàn)階段我國的人均水資源擁有量只相當(dāng)于世界人均水資源擁有量的四分之一，并且有約三分之一的國民還生活在缺水的地區(qū)和環(huán)境之中，特別是在北方區(qū)域的一部分城市中，已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重缺水的狀況。因此，如何最大程度地在利用冷卻塔的過程中實現(xiàn)節(jié)水的目標(biāo)已經(jīng)成為了當(dāng)今各個領(lǐng)域中急需解決的關(guān)鍵性問題[1]。本文主要對瑞豐鋼鐵（集團(tuán)）有限公司現(xiàn)有濕式冷卻塔的運行情況及存在的耗水問題進(jìn)行分析，并進(jìn)行方案對比，最終確定外置式收水方案，經(jīng)過實施，實現(xiàn)了年均節(jié)水率超過 40% 的節(jié)水效果。

1 工程概況

瑞豐鋼鐵（集團(tuán)）有限公司高爐冷卻系統(tǒng)多采用濕式冷卻塔，但是濕式冷卻塔耗水嚴(yán)重，造成了水資源的浪費，而且濕式冷卻塔產(chǎn)生的噴水現(xiàn)象造成局部環(huán)境出現(xiàn)水霧、結(jié)冰、結(jié)霜等現(xiàn)象，給員工的日常維護(hù)檢修造成麻煩甚至造成安全隱患。濕式冷卻塔運行耗水的主要原因有兩個方面：

（1）飄水：開式冷卻塔均采用頂置式軸流引風(fēng)機，為保證冷卻塔的性能，會保守選取風(fēng)機的風(fēng)壓、風(fēng)量，所以在過大的風(fēng)力下，冷卻塔中的噴淋水會被吸出塔體。

（2）冷卻耗水：開式冷卻塔采用傳質(zhì)傳熱冷卻方式，當(dāng)空氣進(jìn)入冷卻塔給水降溫時，空氣與水實現(xiàn)傳質(zhì)傳熱，傳質(zhì)過程中空氣從冷卻塔中吸收水分逐漸飽和，被空氣吸收的水分即為冷卻耗水。只要緩解這兩方面的耗水，就能實現(xiàn)冷卻塔節(jié)水[2]。

2 改造方案

2.1 改造目的

在不影響冷卻塔工作性能及結(jié)構(gòu)性能的前提下，采用最經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)備及工藝，盡可能減少冷卻塔耗水量，達(dá)到冷卻塔節(jié)水的目的。

2.2 工藝方案的選擇

目前國內(nèi)對冷卻塔的節(jié)水改造的研究通常有兩個方向：

（1）采用頂置式冷卻塔收水器，對冷卻塔排風(fēng)進(jìn)行二次冷凝收水，此方案對排放氣體中的水汽及凝水捕捉效果好，能夠完全杜絕冷卻塔噴水，節(jié)水效果明顯，適合現(xiàn)有冷卻塔改造。

（2）采用內(nèi)置式冷卻塔排風(fēng)冷凝器，對冷卻塔排風(fēng)進(jìn)行混風(fēng)冷凝，此方案對冷卻塔排放的水汽冷凝效果好，出口溫度降低明顯，通過混風(fēng)方式能夠有效去除冷卻塔排風(fēng)產(chǎn)生的白氣，視覺效果明顯。缺點是不能杜絕冷卻塔噴水現(xiàn)象，節(jié)水效果不明顯，只適合新建冷卻塔。

根據(jù)以上對比，為了更有效地節(jié)約水資源，達(dá)到更好的節(jié)水目的，應(yīng)選擇外置式冷卻塔節(jié)水設(shè)備。

2.3 工藝方案路線

設(shè)計采用在冷卻塔頂部增設(shè)濕式冷卻塔節(jié)水裝置的方式對冷卻塔進(jìn)行節(jié)水改造。

圖1 頂置式濕式冷卻塔節(jié)水裝置示意圖

2.4 工藝原理介紹

節(jié)水裝置采用的水回收原理為冷凝脫水原理，利用冷源（冷空氣）采用間接換熱的形式對冷卻塔排風(fēng)進(jìn)行降溫，冷凝出排風(fēng)中的凝水。同時再經(jīng)過收水填料回收冷凝及排風(fēng)中的水滴，達(dá)到杜絕冷卻塔噴水的目的，同時回收的水滴回流到冷卻塔，達(dá)到節(jié)水的目的。

濕式冷卻塔排風(fēng)在表面冷凝器中走垂直通道，與冷源（冷空氣）通過表面冷凝器進(jìn)行間接換熱，排風(fēng)中的水汽凝結(jié)成水滴在板片的回流槽中聚集，依靠重力的作用回流到冷卻塔水池。

冷源（冷空氣）通過風(fēng)機被送入表面冷凝器，對濕式冷卻塔排風(fēng)進(jìn)行冷凝，將排風(fēng)中的水汽冷凝后，排風(fēng)中的水分凝結(jié)成小水滴，小水滴能夠被收水器回收，從而達(dá)到杜絕冷卻塔噴水的目的[3]。

3 改造效果

3.1 冷卻塔運行效果對比

分析：實際運行時冷卻塔達(dá)到設(shè)計負(fù)荷，每小時耗水量約14.6m3，風(fēng)機風(fēng)量60.3萬m3/h。

分析：改造后實際運行時冷卻塔達(dá)到設(shè)計負(fù)荷，每小時耗水量約10m3，風(fēng)機風(fēng)量接近60萬m3/h。

從改造前后數(shù)據(jù)來看，改造后冷卻塔性能基本沒有受到影響，風(fēng)機風(fēng)量及冷卻效果仍然達(dá)到設(shè)計負(fù)荷要求。

3.2 節(jié)水效果對比

從表1、表2中數(shù)據(jù)可以看出，改造后夏季運行時冷卻塔的節(jié)水量：14.6t/h-10.5t/h=4.1t/h，節(jié)水率：4.1÷14.6=28.1%

表1 改造前冷卻塔運行參數(shù)采集表

表2 改造后冷卻塔運行參數(shù)采集表

根據(jù)設(shè)計參數(shù)計算冬季冷卻塔節(jié)水?dāng)?shù)據(jù)：

改造前（排風(fēng)40℃，有漂水現(xiàn)象）：耗水量=飽和空氣含水+冷卻塔漂水=1.128kg/m3×60萬m3/h×0.049568kg/kg干空氣×40%/1000+1300m3/h×0.001≈14.72t/h[4]。

改造后（排風(fēng)25℃，無漂水現(xiàn)象）：耗水量=飽和空氣含水=1.185kg/m3×60萬m3/h×0.020356kg/kg干空氣×40%/1000≈5.79t/h。

對比后的理論節(jié)水量：14.72t/h-5.79t/h=8.93t/h，節(jié)水率：8.93÷14.72=60.7%。

全年平均節(jié)水率：【60.7（冬季）+28.1（夏季）】÷2=44.4%

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)3.2計算數(shù)據(jù)，計算全年平均節(jié)水量：14.6t/h×44.4%×24小時×365天=56785.8噸/年，按照工業(yè)用水，水價平均2元/噸計算，全年節(jié)水收益：56785.8噸/年×2元/噸=113571.6元。

4 結(jié)語

總的來說，當(dāng)前冷卻塔節(jié)水設(shè)備設(shè)計和使用的關(guān)鍵目的就是為了實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)過程中水資源的節(jié)省和保護(hù)[5]。采用外置空冷器改造方案不增加塔內(nèi)阻力，在夏季不影響換熱效果，且安裝設(shè)備不受塔內(nèi)空間限制，因此能夠更好地實現(xiàn)節(jié)水效果。經(jīng)過瑞豐鋼鐵（集團(tuán)）有限公司冷卻塔改造的驗證，此方案實現(xiàn)了冷卻塔年均節(jié)水率超過 40% 的節(jié)水效果，效果達(dá)到預(yù)期。