无填料喷雾冷却塔在工业循环水系统中的应用

2015年11月磷肥与复肥第30卷第11期Phosphate & Compound Fertilizer●41●无填料喷雾冷却塔在工业循环水系统中的应用刘文政'，张忠辉”，李永辉'，余勇才'(1.昆明尔康科技有限公司技术中心，云南昆明650090; 2.上海大学， 上海200072)[摘要]循环水冷却效果的好坏是影响生产的关键因素。由于传统填料冷却塔存在诸多问题，改用无填料喷雾冷却塔，有效解决了填料塔冷却效率不高、分水不均、飘雨严重,且减轻了设备的质量，检修和维护的工作量和费用大大减少。[关键词]循环水冷却;冷却塔;无填料[中图分类号] TQ051.5[文献标志码] A[文章编号] 1007-6220 (2015) 11-0041- 03Application of spray cooling tower without fller in industrial circulating water systemLIU Wenzheng', ZHANG Zhonghui?, LI Yonghui', YU Yongcail(1.Technology Center, Kunming Econ Technology Co. Lad, Kunming 650090， China;2.Shanghai University, Shanghai 200072, China)Abstract: The cooling effect of circulating water is the key factor to affect the production. Due to the manyproblems of traditional fllr cooling tower, the spray cooling tower without fller can effectively solve theproblems of the packed tower including low cooling efficiency， imbalance of the water, serious rain, anreduce the weight of the equipment, the workload and cost of repair and maintenance can be greatly reduced.Key words: circulating water cooling; cooling tower; without fller在磷酸生产中最为传统的冷却系统为冷却塔。料老化脱落 和结垢,从而发生堵塞现象，出现冷却冷却塔是利用空气与水的接触来冷却水的设备。传塔内部偏流、 冷热水温差低于设计要求等问题，日统水冷却塔主要采用填料分散水来增加水膜，进而常维护成本较高，且维护难度大。增大循环水和冷空气的热交换面积，主要由风机、石油化工行业现投入生产运行的循环水冷却塔塔身、电机、填料、播水系统、水盘等组成。均系填料冷却塔，由于填料冷却塔阻力高，导致风目前冷却塔的节能越来越受重视，最为流行的机的负荷增加，要维持- -定风量所需的电机功率也方法为用无填料喷雾冷却塔代替普通的填料塔。无相应增大，在满足气水比要求时，填料塔的能耗相填料喷雾冷却塔的耗能比普通填料冷却塔低30%。对就会增大。由于循环水中的钙离子、镁离子、泥特别在处理恶劣水质(水中钙离子、镁离子含量沙、藻类、微生物等在填料上沉积，堵塞了原有的高，酸、碱、盐、油及微生物严重超标)时，更显通道，形成死区、沟流等现象，造成循环水偏流，示出其独特的优势，具有明显的社会效益和经济效热交换量减少，另外由于堵塞的原因，冷却风在冷益。却塔内也出现了和循环水一样的现象，这样更不利1工 业生产循环水冷却系统存在问题于热量的交换，直接导致冷却塔热力性能的降低,磷酸浓缩、制酸装置循环水冷却塔用传统填料影响冷却效果，进而影响生产。冷却塔，在安装初期完全能够达到设计要求，但随水泥、塑料等行业也面临相似问题。近年来冷着使用时间的推进，水质变差，填料老化，冷却塔却塔的改进方法很多，无填料喷雾冷却塔由于具有分水部件结垢堵塞、损坏，冷却塔存在分水不均很好的冷却性能、占地小、设备运行安全、免维护匀、飘雨严重、冷热水温差达不到使用要求等问等优点，逐步车工业循环水系统中得到推广。中国煤化工题，对生产及现场环境造成- -定影响。[收稿日期CNMHG冶炼厂的循环水冷却塔也多采用填料塔，由于[作者简介]刘文政(1966-),男,云南晋宁人,从事化工工艺研水中含有一-定的钙离子、镁离子,长时间使用使填究。E-mail: 125514973@qq.com.2015年●42●磷肥与复肥第30卷第11期2无填料喷雾冷 却塔的冷却机制、结构与优点2)节能方面 ①无填料喷雾冷 却塔冷却温差2.1无填料喷雾冷却塔的冷却机制较填料塔大2.0~3.5 C;②冷却水量较填料塔增大无填料喷雾冷却塔不需要填料增加循环水的换50%;③风机电机电耗较填料塔降低30%;④冷却热面积，其采用分散冷却理论，热水与冷空气接触塔阻力较填料塔降低50%;⑤配套水泵大流量低扬的比表面积较水被填料分散成膜状的比表面积增大程，功率大大降低。5%~10%。其原理就是利用水泵或循环水回水压3)运行方面 彻底克服了填料老化、 变形、力将需冷却的热水，经配水分布管送到雾化器喷脆裂、堵塞、沟流现象及填料碎片对系统设备和管嘴，当热水流经喷嘴时产生内旋流，热水成分散的道的堵塞，塔内布水均匀，喷雾装置无堵塞，运行水珠向上喷出，与冷空气进行接触并发生热交换，可靠。.被冷却的水回到循环池，热空气经收水器除水后经4)维修及使用寿命方面 EK 系列节能低噪塔顶风筒排入大气，由于分散的水珠粒度满足一定声型防堵式无填料喷雾冷却塔各部件同步可靠性的要求，大部分不会随气流向上,另外水珠的比表强， 无维修周期可达5年，使用寿命20年。面积较大，有利于热量的交换。5)环境方面采用专利收水器 ，无飘雨。2.2无填料喷雾冷却塔的结构3工程实例分析无填料冷却塔结构见图1，主要包括塔体、循1) 昆明某冶化有限责任公司环泵、收水器(包括支撑栅格)、布水系统(包括昆明某冶化有限责任公司磷酸浓缩、制酸装置支撑栅格)、雾化喷头、风机、储水池及进风百叶1 000 m'/h的循环水冷却塔为传统填料冷却塔，安装窗等。在无填料喷雾冷却塔中，布水层位于进气格在室外。设计循环水量1 000 m'/h,平面基础尺寸为栅的上方。其雾化喷嘴按设计的不同分布在一-个平12 00x6 000 mm,塔高(不包括风筒高度)6 000 mm。面上，其雾化冷却空间为布水层和收水器之间的空随着使用时间的延长，冷却水水质变差，填料老间。自雾化喷嘴出来的循环水是垂直上喷的或者按化，冷却塔存在分水不均匀、飘雨严重、冷热水温-定角度向上喷淋,在塔体内形成悬浮的小水珠与差达不到使用要求等问题，对装置生产及现场环境冷空气进行热交换。雾化喷头采用昆明尔康科技造成一定影响。有限公司研发的防堵型专用雾化喷淋器，属低压离改造方案选用方形钢混框架结构机械通风无填心雾化器，在压力不高的情况下(0.035 MPa)能料喷雾冷却塔,因无须安装填料,塔体载荷轻，在实现较好的雾化效果。收水器为公司专门研发的一不改变原有结构的前提下， 充分考虑运行的稳定性种高效低阻力收水器，使得飘雨量小于总水量的和冷却要求进行优化设计，以节约投资;无填料喷0.005%。雾冷却塔配置的循环泵可考虑使用原冷却塔的循环水泵;钢混框架采用玻璃钢防腐。风筒选用玻璃钢材质动能回收型风筒，能消除收水器气流脱壁现象，使出风口断面风速分布趋于均化。栅格板选用无填料喷雾冷却塔，相同的风机其风量较募化喷头填料冷却塔增加120%。因此，本方案考虑使用原来的冷却塔风机，加大原风机叶片直径，以增加风百叶窗\进液口量,满足冷却塔的风量需求。分水管、布水管选用HDPP材质，雾化喷头选用CFP材质。在布水管下铺设100mnx100mm的HDPP栅格板。分水管与布水管之间、喷头与布水图1无填料喷雾冷却塔结构示意图管之间的连接均采用法兰连接，方便检修或更换。2.3无填料喷雾冷却塔的优点喷头选用型号为LDP-I型GFPDN50，喷淋1) 性能方面无填料喷雾冷却塔的雾化喷嘴角120的冷驾步专中国晴计i儿车0.02 ~ 0.05 MPa将水喷射成0.5 mm微小水珠，其比表面积远大于背压下的听中国煤化工示。每组管道末HCNMHG水被填料分散成膜状的比表面积，气水传热表面积端设置1只阿下呗m的呗大，以什出停车时管道中大，冷却效果大大提高。残留的循环水，防止停车时间长导致结晶物生成而.2015年第30卷第11期.刘文政等无填料喷雾冷却塔在工业循环水系统中的应用●43●发生堵塞。2)云南某磷肥有限公司云南某磷肥有限公司磷酸冷却塔为联体旋壶涡0η流喷淋塔,采用机械通风方式，为磷酸萃取和浓缩提供冷却水。实际运行中存在如下问题:①旋壺涡流喷淋，雾化效果差，导致传热性能差。塔内部分热水喷淋不均匀，造成局部区域空气“短路”，导致冷却塔冷却量下降，影响换热效率。0.020.00.040.05压力MPa②部分旋壶喷头在塔内喷出的水流达不到设计图2LDP-M型喷头喷淋特性曲线要求，导致水不能均匀地分布在填料上，使热交换收水器采用针对无填料喷雾冷却塔风量大、水表面积减少。 同时，热水在空气中的行程较短，使量大的特点而专门研发的一种高效低阻力收水器，得塔的热交换能力降低。收水器片间无透视现象，每组收水器之间、收水器③收水器老化变形，使冷却塔飘雨严重,对装与塔体璧板之间能实现紧密搭接，使得飘雨率小于置生产及现场环境造成了一定影响。常规的收水器，大大改善了冷却塔对周围环境的影改造方案:将填料塔改为新型无填料喷雾冷却响，延长了风机叶片的使用寿命。项目改造前后参塔，冷却塔专用防堵雾化喷头型号LDP- I型数与设计工艺参数对比如表1所示。GFPDNSO,喷淋角120°，在0.02 ~ 0.05 MPa背压下的向上喷淋雾化，每平方米设置2只喷头。每组管表1某冶化公司项目改造前 后参数对比道末端设置1只向下喷淋的喷头,以排出停车时管冷却塔处理水量/ 进塔出塔 温差/ 收水器道中残留的循环水，防止停车时间长导致结晶物生项目结构(m'.h")水温/C 水温/C 9形式成而发生堵塞。改造前填料钢结构60045 396收水器在同样冷却条件下，蒸发散热与接触散热加改造后无填料喷雾0045 34-36 9-11 专用快，冷却效果提高。采用无填料喷雾冷却塔改造前水器，后参数与设计工艺参数对比如表2所示。表2某磷肥公司项目 改造前后参数对比水量/塔内通风量/ 自然风速/大气压力1进塔干球进塔湿球进塔水出塔水飘雨量/ 飘雨率/(m’h") (m'.h")(m-s")kPa温度/C温度/C 温度/心 温度/C (m'h")%改造前的填料冷却塔19479 000>84.324.81529.724.30.5x102 0.157x10*改造后无填料喷雾冷却塔420578 000>384.429.132.223.5 0.56x10* 0.150x10*4结语循环水冷却效果的好坏是影响生产的关键因[参考文献]素。由于传统填料冷却塔存在诸多问题,改用无填[1] 王志安 .夏庆鑫WGPL型无填料喷雾冷却塔在鸿化合成氨厂的料和高效低压离心喷雾装置的空塔进行循环水冷应用[C]/2001全国中氨情报协作组第18次技术年会论文集.却，有效解决了传统填料塔冷却效率不高、分水不青岛:[出版者不详],2001:60-62.均、飘雨严重的问题，且减轻了设备的质量,检修[2] 赵振国,石金玲 .王增顺.冷却塔中配水的试验研究[J].水动力学研究与进展, 199(3):1-9.清堵和维护的工作量和费用大大减少。无填料喷雾冷却塔冷却温差较传统填料塔大[3] 宋小军,廖文彪冷却塔 - .二维计算方法对比[J].中国水利水电科学研究院学报.2009(3):232-237.2.0~ 3.5 C;冷却水量较传统填料塔增大50%;风[4] 路建岭. 吴培浩, 麦粤帮,等.喷雾位置对上喷式喷雾冷却塔冷机电机电耗比传统填料塔降低30%;冷却塔阻力却性能的影响[J].洁净与空调技术.2010(4):38-41.较传统填料塔降低50%;配套水泵流量大，扬[5] 齐晓霓.无填料冷 却塔的理论与实验研究[D].上海:上海交通大学2007.中国煤化工程低，功率大大降低;装置无堵塞，运行可靠，维[6] 段新耿.无LY Hc N M H G国科协第六届青年修周期可达5年，使用寿命20年。因此，无填料喷学术年会I卫星会议-新疆第六庙青牛学不年会暨首届博士生论雾冷却塔适宜在工业循环水系统中推广应用。坛论文集.乌鲁木齐:[出版者不详]2006:447-450..