三种冷却塔的比较与选用.docx

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~Φ8.53 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$9＄>’1C，风机电机
L3,喷雾塔实际进水压力为＄9"％’1C。
机械通风塔风机能耗计算：
>”M＃#N”9"5 M”＆9"8L3·H
两种塔相比水压力差！7 M＄9$>'
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：>#M""9"!L3·H
能耗差！〉O!>”=>#6 G>”R”$$Q
两台塔日节能＃%！〉R#M 8!"9〈L3
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增大。气水比可增大20％,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.