三种冷却塔的比较与选用

更新时间:2020-08-01 05:58

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  三种冷却塔的比较与选用 2.1 风机的大直径节能化 冷却塔的大型化可以减少占地、节约投资,同时减 少了维护工作量,降低了维护费用, 这在业内已是共识。当冷却塔的大 小确定后,在不影响塔的技术性能的 条件下,应选择较大直径的风机,这 是因为:在风量相同时,风机直径越 大,风机出口空气动压越小,减少了 系统的动压损失,从而达到了节能降 耗的目的。举例来说,在洞庭湖氮肥 厂项目中,最初,风机有两种设计方 案: ①直径Φ9.14 m,风量 323×104 m3/h,全压 203 Pa,动压 112.2 Pa,所需轴功率 212 kW; ②直径Φ10.06 m,风量 323×104 m3/h,全 压 167.2 Pa,动压 76.45 Pa,所需轴功率 174 kW。 最终选用了Φ10.06 m 风机,风机动压减小了 35.75 Pa,功率消耗减少了 38 kW,起到了良好的 节能作用。 2.2 提高风机效率,做好机塔匹配 冷却塔风机的选型关系到冷却塔的效率、系统 能耗、管理维护及噪声影响等。正确选择配套风 机已成为冷却塔成功设计的标志之 一。以往在冷却塔风机的选取上,存 在两个方面的问题,一方面是根据冷 却塔要求的风量和风压,按风机厂家 提供的风机性能曲线进行选型,首要 考虑的是风机的风量、风压能否满 足要求,风机的效率次之。另一方面, 冷却塔设计时的风量和风压,都留有 一定量的裕度,裕度的大小因设计者 的习惯和经验而异,这就造成风机实 际塔内的工作点与理论 选型时的工作点出现偏离,风机的效率点也随之偏 离,甚至下降。以常用的Φ8.0~Φ 8.53 m 风机为例,一般轴功率为 135 kW 左右,如果风机效率点下降 3%, 每年按运行 360 d 计,一台风机年增 加电能损耗 34 992 kW·h。因此,一 旦出现机塔选型和匹配不好,将使风 机在较低的效率下运行,增加了功 耗。为了避免上述问题的发生,设计 院、冷却塔厂家和风机厂家三方有 必要进行一些有益的探索和试验,加 强合作和交流,找出机塔匹配的一般 规律,并在今后的应用中形成设计选 型的行业规范。必要三者结构原理 比较 ②淋水面积与冷却水量的匹配 淋水面积要与冷却水量的匹配要合适。随着单 塔的冷却水量增加,淋水面积也应该适当增大。但 是,个别工程冷却水量已达到 4 500 t/h,淋水面积 也只有 17 m×17 m=289 m2,淋水密度达到了 15.57 t/(m·2h),这样的结果,不但增加了风机通 风量,而且也要增大风机全压,使整个冷却塔的通 风阻力增加,电机耗功加大。建议淋水密度一般不 超过 15 t/(m·2h)为宜。 5 冷却塔存在问题 ①风机风量 通过对现场的多台冷却塔进行测试,风机风量 达不到设计值。例如:Φ8.53 m 风机,设计风量 为 270×104 m3/h,测试风量约为(210~230)×10 5 能耗比较 与机械通风塔相比,性能相同的机 水压力最低应为$9$’1C,风机电机 L3,喷雾塔实际进水压力为$9%’1C。 机械通风塔风机能耗计算: M##N95 M&98L3·H 两种塔相比水压力差!7 M$9$’ 喷雾塔需增能耗计算 O #M(?!7 G 8$@ 式中 O(———水的容量,为$$$LP G F8E ?———实际冷却水量,为%$F8 G H; @———水泵效率,取值!$Q。 计算得:#M9!L3·H 能耗差!O!=#6 GR$$Q 两台塔日节能#%!R#M 8!9L3 每年按 88$个生产日计算 I 每年可 #5&#!L3·H,安钢的电价按$9 5#元 每年共节省电费5%!8 元。 结论 在 E.C.公司资助的研究计划[3] 中说明了于φ120 m 叶片转子中添加碳纤维能有 效减少总体质量达 38%,另外亦可在使得其玻璃 纤维设计成本费用减少 14%。 另外一个类似的研究分析也指出了添加碳纤 所制得的风叶片质量会远较玻璃纤维来得轻约 %,且成本亦有下降的情形(约 16%);虽 1、传统填料冷却塔 沿用多年的传统的填料冷却塔是将热水喷洒在塔内填料上, 形成水膜, 通过水 膜与空气的热交换,使热水冷却。实践表明,使用填料的冷却塔,存在以下突出的 缺点: 1)在填料的选择上存在着通风阻力与散热能力的矛盾。即散热能力好的填料, 其通风阻力大;通风阻力小的填料,其散热能力又差。 2)随着运行时间的增长,尤其是在水质恶劣的情况下的运行,水中的钙镁 无机盐及微生物不断粘附在填料上,堵塞填料增大气流阻力,影响散热效果,使 冷却能力下降。 3)现用的填料大多为塑料薄膜填料,塑料的变形、压陷、老化,造成填料 破碎,失去散热能力,堵塞管道,酿成事故,因而需要频繁更换填料,提高了运 行成本。 4)当水淋过薄膜式填料时,水的表面积固定,增大淋水密度时,水膜失 稳形成波动,波幅数倍于水膜厚度,甚至成雨滴下落,使气流阻力急剧增加。由 于气流阻塞,严重地的降低了冷却塔效果。 2 无填料喷雾冷却塔 针对传统的填料冷却塔存在的缺点,开发出新型的无填料喷雾冷却塔。由水泵 送来的热水,经配水支管送至喷雾装置,热水成雾状向上喷出,与空气进行热交 换后,冷水落入水池,热空气经收水器除水后由塔顶风筒排入大气。 无填料喷雾冷却塔又分 2 种类型: ① 无电动风机型(即喷雾推进型 又称喷雾通风冷却塔:国内某些公司于 上世纪末率先开发出这种塔型,以后又作过结构上的改进, 其基本原理和结 构见图 1。该装置中水流倾斜喷射,利用动量守恒原理带动风扇叶片旋转, 搅动空气,据称可产生 0.6~1.2 的气水比,使中温塔能在标准设计条件下降 温 10℃左右。由于无塔顶电动风机,节能效果显著。 有资料介绍,对这种塔型作过一些考察,其主要缺点有二: 一是冷却效 果不佳,在夏季温降约为 6~7℃(中温塔);二是旋转部件的密封存在很大问题。如 江西富达盐矿、河南平顶山中盐皓龙公司、安徽定远盐矿均曾采用这种塔型,但 运行不到 1 年,其中的轴承锈蚀严重,致使风扇叶片不能旋转,冷却塔失效,不得不 重新改造,又在塔顶安装电动风机,因此,该种塔型的应用越来越少。 图1 ② 电动风机型:其结构原理见图 2。 冷却风由安装于塔顶的轴流风机提供, 轴流风机由电机带动,能保证冷风量,从而比水流带动的风机更能保 证冷却效果。水流进入喷嘴后,在喷嘴内旋流片的作用下被雾化成直径 0.5~1.0 mm 的水雾向上喷射,部分水雾在空中呈云雾状飘流。为减少 漂水损失,配套开发出新型收水器,可降低飘水损失。 图2 理论分析与实际应用表明,无填料喷雾冷却塔具有如下明显的优点: 1)不用填料,因此传统冷却塔中因使用填料而产生的诸如钙镁无机盐、微 生物的粘附,填料的老化碎裂、堵塞等问题便不复存在,省去了频繁更 换填料的费用,降低了运行成本。 2)降低了通风阻力,增大了进塔空气量。在传统的填料塔中,填料的阻力 约占全塔总阻力的 40~50%,不使用填料,从而使全塔总阻力下降 40~ 50%。风量将沿风机运行曲线%,提高了冷却效 果。 3) 增大了热水的散热面积。 热水从喷嘴中以直径 0.5~1.00mm 的雾状喷出, 水雾直径越小,则水的表面积越大。实践表明,喷雾冷却比填料冷却水的 表面积约增大 10%,在同样冷却条件下,蒸发散热与接触散热加快,冷 却效果提高。 4)延长了热水与空气的热交换时间。填料冷却时,热水只有从填料上住下 流淌的一个冷却过程(即逆流过程),喷雾冷却时,热水有顺流和逆流两 个冷却过程。同时,部份水雾将在塔中悬浮,延长了热水与空气的热交换 时间。 基于以上分析及在数百余座冷却塔上的实测数据表明:电动风机型无填 料喷雾冷却塔的冷却效果达到甚至优于填料冷却塔。尤其是在长期运行过程 中,因为喷雾塔的运行成本低,更加显示出其优越性。 3 水动风机冷却塔 南京星飞冷却设备公司开发的水动风机冷却塔,其核心技术是微型双击式水 轮机,由水轮机取代电动机作为风机动力源,使风机由原来的电力驱动改为水力 驱动,其他与传统的填料冷却塔相同。无电动风机型无填料喷雾冷却塔与传统的 填料冷却塔相比,有两点改进,一是取消填料,改为喷雾,二是取消电动风机,改 为水力驱动风机。星飞水动风机冷却塔与无电动风机型无填料喷雾冷却塔相比, 大体相当于只用了其第二点改进。 所以可以说, 上面谈到的传统填料冷却塔和无电 动风机型无填料喷雾冷却塔的优点和缺点,水动风机冷却塔同时具备。其结构见 图 3。 二、 一篇与众不同的评价文章 工程筹备伊始, 冯经理就反复叮嘱要注意采用新工艺新技术,所以我平常也 注意搜集有关的信息与资料, 早就注意到了无填料喷雾冷却塔,看了十几篇文章 都是给于肯定,并且很多用实例说明效果不错。鉴于此,之前我就向公司领导推 荐此技术。 后来看到一篇与众不同的评价文章,指出面对无填料喷雾冷却塔应用 日益广泛的局面,要对它给出一个理性的客观的定位,提出了一些存在的问题, 如上文一、2 中谈到的无电动风机型主要缺点就出自该文,一些观点值得借鉴、 思考,便于合理选用。现将该文摘要如下: 2、存在的主要问题 ①要求进塔水压较高,因而水泵能耗较大。喷雾冷却,由于不使用填料使全塔总阻 力下降,风机能耗下降,为了获得较好的雾化效果,进塔水压较填料塔高,进塔主水 管处水压常为 0.12~0.15MPa,风机能耗的下降不足以抵消水泵能耗的增高。因 此,喷雾塔比填料塔耗能略大。 ②在同等低进塔水压下,冷却效果不如填料塔好。 ③技术市场混乱,缺少行业标准和设计规范。 国内具有自主知识产权的只有少数几家企业,但技术上很不成熟的各式喷雾 装置五花八门,充溢市场。 由于没有行业标准和设计规范,优劣情况往往难以判断, 有些冷却效果极差,使用寿命极短,使用户企业蒙受巨大的经济损失 ,也极大地妨 碍了无填料喷雾冷却技术的推广应用。 3、当前急需研究的问题 ①研究低压喷雾装置,以期能在获得较好雾化效果的同时,降低进塔水压。 ②研究配水装置的结构和布置方案,以尽可能减少进水管网中的能量损失。 ③尽快建立无填料冷却塔的行业[试行]标准试行]设计规范,使无填料冷却塔能像 填料塔一有章可循,有法可依,以规范技术市场。 三 、GWNT 型无填料喷雾冷却塔在济钢焦化厂的实际应用 济钢焦化厂 2004 年 10 月份对 4#冷却塔进行改造大修,选用 GWNT 喷雾冷 却 塔 替 代 填 料 冷 却 塔 , 取 得 良 好 效 果 , 运 行 对 比 指 标 如 表 1 GWNT 型无填料喷雾冷却塔的的基本特征: 工作水压在 0.05MPa~0.10MPa(进入装置的水压),由于无填料,塔内系统阻 力降至填料塔 的二分之一,降温效果优于同类填料塔 ,风机电机功率也比填料塔 减少 20%的电能。 无填料重量轻、结构简单、运行可靠、维修方便。飘水小、冷却水量大、比 填料塔要提高 20%左右 笔者 2007 年 6 月曾到济钢焦化厂走访,了解到其使用效果确如文章介绍, 非常理想。当时该厂正准备再改造一座,现已完成。 四 我们新建工程冷却塔选型建议 1. 我们可研报告中提到,循环水回水压力 0.2mpa,足够保证喷雾。再说, 初冷器高近 35 米,纯靠位差也能保证 0.1mpa,保证喷雾。所以,选用电动 风机型无填料喷雾冷却塔应是可靠的,建议选用。 2.单塔循环水量 3000 方/时,需 8.5 米风机,水动风机冷却塔的水轮机能否 带动并达到足够转速,从而保证足够冷风量,是可否选用水动风机冷却塔的 关键,目前,听厂家介绍有 1000 方/时的实例。如证明可行,能大大节能, 当然很好。

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