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)水的目標已經(jīng)成為了當今各個領域中急需解決的關鍵性問題[1]。本文主要對瑞豐鋼鐵（集團）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行分析，并進行方案對比，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）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重，造成了水資源的浪費，而且濕式冷卻塔產生的噴水現(xiàn)象造成局部環(huán)境出現(xiàn)水霧、結冰、結霜等現(xiàn)象，給員工的日常維護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機，為保證冷卻塔的性能，會保守選取風機的風壓、風量，所以在過大的風力下，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傳熱冷卻方式，當空氣進入冷卻塔給水降溫時，空氣與水實現(xiàn)傳質傳熱，傳質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構性能的前提下，采用最經(jīng)濟合理的設備及工藝，盡可能減少冷卻塔耗水量，達到冷卻塔節(jié)水的目的。

2.2 工藝方案的選擇

目前國內對冷卻塔的節(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，對冷卻塔排風進行二次冷凝收水，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）采用內置式冷卻塔排風冷凝器，對冷卻塔排風進行混風冷凝，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，通過混風方式能夠有效去除冷卻塔排風產生的白氣，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，達到更好的節(jié)水目的，應選擇外置式冷卻塔節(jié)水設備。

2.3 工藝方案路線

設計采用在冷卻塔頂部增設濕式冷卻塔節(jié)水裝置的方式對冷卻塔進行節(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進行降溫，冷凝出排風中的凝水。同時再經(jīng)過收水填料回收冷凝及排風中的水滴，達到杜絕冷卻塔噴水的目的，同時回收的水滴回流到冷卻塔，達到節(jié)水的目的。

濕式冷卻塔排風在表面冷凝器中走垂直通道，與冷源（冷空氣）通過表面冷凝器進行間接換熱，排風中的水汽凝結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）通過風機被送入表面冷凝器，對濕式冷卻塔排風進行冷凝，將排風中的水汽冷凝后，排風中的水分凝結成小水滴，小水滴能夠被收水器回收，從而達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到設計負荷，每小時耗水量約14.6m3，風機風量60.3萬m3/h。

分析：改造后實際運行時冷卻塔達到設計負荷，每小時耗水量約10m3，風機風量接近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，風機風量及冷卻效果仍然達到設計負荷要求。

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)設計參數(shù)計算冬季冷卻塔節(jié)水數(shù)據(jù)：

改造前（排風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 結語

總的來說，當前冷卻塔節(jié)水設備設計和使用的關鍵目的就是為了實現(xiàn)工業(yè)領域生產過程中水資源的節(jié)省和保護[5]。采用外置空冷器改造方案不增加塔內阻力，在夏季不影響換熱效果，且安裝設備不受塔內空間限制，因此能夠更好地實現(xiàn)節(jié)水效果。經(jīng)過瑞豐鋼鐵（集團）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，效果達到預期。