無填料噴霧冷卻塔在循環水系統中的應用
    (1.華北制藥股份有限公司110車間，河北石家莊050015；2.東方熱電集團有限公司熱電二廠，河北石家莊050041)王建立1,張曉玲2
    [摘要]通過對比傳統填料式冷卻塔與無填料噴霧冷卻塔的特點，對傳統冷卻塔進行技術改造，增大系統運行的氣水比，強化了冷卻塔的換熱效果，降低了冷卻塔的出水溫度，減小了系統的維修費用，使系統運行更加經濟、安全。
    [關鍵詞]無填料噴霧冷卻塔；冷卻元件；氣水比；比表面積
    [中圖分類號]TQ 051.5[文獻標識碼]B[文章編號]1003-5095(2007）06-0058-02
    能源問題是當代世界各國面臨的重大社會問題之一，能源是現代社會和生活的物質基礎。隨著世界人口和經濟的迅速增長，能源的消耗也急劇增加，尤其是在國家“十一五”期間提出經濟可持續發展的需要，對工業生產中的能源消耗提出了嚴格的要求，如何有效地利用現有資源成為了新的課題。制藥企業是耗能大戶，其冷卻水系統的運行是否經濟直接影響到能耗的高低。
    1·傳統填料式冷卻塔存在的問題
    冷卻塔的作用是將挾帶廢熱的冷卻水在塔內與空氣間進行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散入大氣。冷卻塔中水和空氣的熱交換方式主要有蒸發散熱和接觸散熱，也就是所謂的傳質和傳熱。冷卻塔最主要的問題就是如何解決好系統的配風和配水，使其做到配風和配水均勻，且達到最大化，從而使整個塔能經濟運行。由于現有的冷卻塔采用的是傳統的填料式結構，冷卻元件是薄膜式填料，從而存在諸多缺陷：（1）填料容易老化、變形及堵塞而產生的死區、溝流等導致冷卻溫度分布不均勻現象，這些都嚴重影響了塔的效果和壽命。同時，填料塔冬季容易結冰、拉傷、損壞填料和塔體，大大降低了填料的使用壽命和對塔體造成傷害。（2）填料是菌、藻類滋生的溫床，其尸體會沉積在填料表面，造成堵塞，從而形成溝流和束流的不利于熱交換的因素；另外還會形成淤泥堆積在換熱器表面，從而降低換熱系數，降低了系統效率，影響生產。（3）填料塔的填料一般使用壽命為4－5年，填料塔的維護、維修、清洗和更換十分煩瑣及困難，浪費了大量的資金和人力資源。新建或更換填料時，安裝造成的填料破損率為8%以上，且破損的填料進入系統后，會堵塞在換熱器，引起系統停產檢修，尤其是對連續生產的企業，損失巨大。（4）填料塔經長期運行產生的碎片和菌藻類尸體進入換熱器，堵塞、結垢現象嚴重，清洗、維護十分困難。如長期大量外排熱水和補充新鮮冷卻水，必將造成冷卻水濃縮倍數加大，鈣、鎂離子和其他雜質含量大量增加，在流失藥劑的同時，使填料結垢和堵塞更為嚴重。（5）由于填料特性的要求，淋水密度不宜太大，一般采用12－15 t/（m2·h）,如果淋水密度太大，尤其是使用薄膜式填料時，會引起阻塞現象，氣流阻力急劇增加，系統風量迅速減小，從而達不到要求所需的冷卻水溫降。
    綜上所述，可見對現有冷卻塔進行改造是當前的惟一辦法。
    2·無填料冷卻塔的性能特點
    無填料冷卻塔在冷卻水降溫方面，結合冷卻塔傳質和傳熱的降溫機理方面，對比三大要素：增大氣水比（冷空氣和冷卻水量的比值）、比表面積（冷空氣與冷卻水接觸的表面積）、熱交換時間（冷空氣與冷卻水的熱交換時間）做了技術改進：（1）無填料噴霧冷卻塔將傳統的冷卻方式———成膜理論跨到更先進的分散理論，其采用高效低壓離心霧化裝置代替填料（PVC、玻璃鋼等），不僅可以降低系統阻力，使塔的系統阻力由填料塔的147.15 Pa降到68.67 Pa，使系統阻力降低50%，取消填料后可以提高系統風量達到20%以上，使冷空氣和冷卻水的比值增大。（2）增大冷空氣和水的接觸面積：噴霧冷卻塔采用高效低壓霧化裝置，在較低壓力下將水噴射成0.5－1.0 mm微小霧滴，增大氣液接觸比表面積，能連續快速地更新傳熱傳質表面積，迅速將霧化流的潛熱帶走。（3）無填料噴霧冷卻塔，采用順向布置，水在塔內具有順、逆流兩個冷卻過程，部分微小霧滴在塔上部呈懸浮狀態，合理布置霧化裝置，從而延長了水在塔內的停留時間，充分保證了熱交換時間。
    無填料噴霧冷卻塔克服了填料塔的冷卻元件（填料）的老化、變形、脆裂的現象，增加了系統運行的可靠性，增加了系統的使用壽命。
    3·舊系統的改進方案
    針對現有冷卻塔出力低，冷卻效率低，配水和配風不均勻的現象，我們在改造時采用以下方法；在保留原塔主體結構，利用現有的風機及其傳動系統、電機、風筒的條件下，更換配水系統；使用高效低壓離心霧化裝置代替填料；增加了防壁流措施，防止或減小進風口處的掛冰，解決了冬季進風口掛冰的現象，從而在冬季增大了進風量，減小了冬季班組的工作量，同時也降低了職工在砸冰過程中的危險性。
    4·改造后的效果
    4.1改造前后循環水氣溫、出水溫度的比較(表1)
             
    由表1可見,通過氣溫和供水溫度的相比,供水溫度有所下降，延長了生產車間直接使用循環水的時間。對于化工企業，使用循環水比使用冷媒水節約3元/t，在2006年比2005年天氣較暖的情況下，仍多用34天，節約人民幣約88萬元。
    4.2費用比較
    采用無填料冷卻塔后，其布水系統使用壽命為15年，費用為50萬，原來填料冷卻塔填料的使用壽命為4－5年，費用為40萬/次，如果按照5年更換一次，則15年要更換3次，所需費用為120萬元。由此可見，其維護成本上節約的費用為70萬元。折合每年節約費用為4.66萬元。
    4.3改造比較
    由于使用了無填料冷卻塔，避免了碎填料堵塞換熱器的現象，為生產的正常運行提供了保障，同時節約了檢修費用；由于循環水出水溫度降低，可以使制冷機組的制冷效率大大提高，對于溴化鋰制冷機組循環水溫度每降低1℃，制冷效率可以提高3%，對于氟里昂機組，循環水溫度每降低1℃，氟機的制冷效率可以提高3%，可見其間接經濟效益也是巨大的。在建設節約型社會的今天，由于資源的日益匱乏，節能降耗是我們當前的首要任務，在當前資源十分緊張的情況下，采取此措施，節約了大量的資源，其所形成的社會效益也是巨大的。