煤化工節(jié)能節(jié)水新突破：閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

1.閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

  為了響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，促進(jìn)干旱地區(qū)高耗水企業(yè)的發(fā)展，濰坊恒安散熱器集團(tuán)有限公司自主研制出了閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。以創(chuàng)新型“閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)”替代傳統(tǒng)的“工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)”，以節(jié)能型水膜式空冷器或聯(lián)合式空冷器代替涼水塔，其既能保證冷卻水溫度以滿足各項(xiàng)工藝要求，又可長期穩(wěn)定運(yùn)行，還能節(jié)水、節(jié)能、減排，減少工藝設(shè)備結(jié)垢，提高工藝設(shè)備壽命。

閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)將水冷與空冷，傳熱與傳質(zhì)過程融為一體，是一種新型高效節(jié)能的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

1.1.工藝特點(diǎn)

  閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用軟水或除鹽水充當(dāng)冷卻水，吸收工藝換熱設(shè)備熱量，升高溫度后，進(jìn)入節(jié)能型水膜式空冷器或聯(lián)合式空冷器（見下圖，簡稱空冷器）管內(nèi)，先進(jìn)入翅片管段（聯(lián)合式空冷器有）預(yù)冷，然后進(jìn)入噴淋管段進(jìn)一步被管外的空氣和噴淋水吸收熱量，降溫后由循環(huán)水泵加壓，至工藝換熱設(shè)備。軟水在閉式循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)使用，不與外界空氣接觸，完成吸熱和放熱的熱量傳遞過程。因?yàn)殚]式循環(huán)軟化或除鹽水質(zhì)量穩(wěn)定，基本不損耗，僅補(bǔ)充因系統(tǒng)設(shè)備跑冒滴漏而損失的少量軟化水。

氣溫較高時，風(fēng)機(jī)和噴淋水泵同時開啟。噴淋水泵將噴淋水送入換熱管上方的噴淋水布水系統(tǒng)，噴淋水向下噴向換熱管，在換熱管管外形成均勻的水膜，水膜吸收管內(nèi)的熱量，并向空氣蒸發(fā)汽化。水汽化的潛熱大大超過水升溫的顯熱，故極大地強(qiáng)化整個傳熱過程，減少了換熱面積。由于汽化的水進(jìn)入空氣，在出口處經(jīng)收水器捕除夾帶的水后，穿過翅片管排入大氣。大部分噴淋水向下回落至水箱循環(huán)使用，噴淋水本身在下落的過程中，被空氣冷卻。

隨著氣溫的降低，可以減少風(fēng)機(jī)和噴淋泵臺數(shù)，或通過變頻降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)換熱量，維持出水溫度的穩(wěn)定。通過換熱設(shè)計(jì)，可以在0℃、5℃、10℃、15℃時停開噴淋水。此時，空冷器相當(dāng)于一臺引風(fēng)型的干空冷。

1.2.技術(shù)優(yōu)勢

  閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)與傳統(tǒng)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)相比，有許多優(yōu)點(diǎn)如下：

  閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：廠址選擇不受限制、采用空冷和水冷相結(jié)合，有效降低水耗、閉路循環(huán)，水質(zhì)穩(wěn)定，提高了工藝換熱設(shè)備傳熱效率和壽命、維護(hù)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、排污量小，有利環(huán)保、電源被切斷后，仍有部分冷卻能力。

傳統(tǒng)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的缺點(diǎn)：廠址的選擇跟水源有很大關(guān)系、完全依靠水冷，水耗高、循環(huán)水水質(zhì)不穩(wěn)定，換熱設(shè)備易結(jié)垢和腐蝕、維護(hù)復(fù)雜，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高、排污量大，污水處理投資大、電源一斷，就要全部停產(chǎn)、

1.3.經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢

按常規(guī)設(shè)計(jì)，某循環(huán)水站規(guī)模為20000m3/h，采用閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)規(guī)模、裝置投資、消耗數(shù)據(jù)等與開式循環(huán)水系統(tǒng)及常規(guī)閉式循環(huán)水系統(tǒng)相比，均具有明顯的優(yōu)勢，見下表。

 注*：運(yùn)行費(fèi)用=藥劑費(fèi)+電費(fèi)+水費(fèi)，其中以藥劑10元/kg、電費(fèi)0.5元/千瓦時、水費(fèi)12元/m3（內(nèi)蒙某企業(yè)）計(jì)算。
  閉式空冷循環(huán)水系統(tǒng)相對傳統(tǒng)開式循環(huán)水系統(tǒng)每年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用1513萬元，2-3年即可收回投資。

2.公司的研究成果

  多年來，為方恒安不斷堅(jiān)持創(chuàng)新，在設(shè)計(jì)和研發(fā)人員的共同努力下，閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)也得到不斷改進(jìn)，取得了如下技術(shù)成果。

  （1）采用聯(lián)合空冷，節(jié)水達(dá)到最優(yōu)

  根據(jù)我國冬冷夏熱的氣候特點(diǎn)，為達(dá)到最佳的節(jié)水效果，通過采用濰坊恒安的專利產(chǎn)品聯(lián)合空冷器，降低噴淋水消耗，即夏季的時候開啟噴淋水，干空冷和濕空冷聯(lián)合運(yùn)行，冬季關(guān)閉噴淋水，干空冷運(yùn)行，春季和秋季則根據(jù)需要不開或少開噴淋水，并調(diào)整風(fēng)量和角度。

  項(xiàng)目產(chǎn)品的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)的耗水率僅為0.9%，而同等規(guī)模的傳統(tǒng)工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的耗水率平均為2.5%。系統(tǒng)產(chǎn)品可比傳統(tǒng)的工業(yè)冷卻水系統(tǒng)節(jié)約用水30%-70%。
  （2）噴淋系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)

  現(xiàn)有蒸發(fā)空冷器噴淋系統(tǒng)的噴淋管采用主管+支管的配水形式，并且在支管上安裝有噴頭。噴淋水管系安裝的位置位于蒸發(fā)空冷器管束的上部，風(fēng)與水在管束的外部呈逆流狀態(tài)。在上部管束，水與管束接觸均勻，換熱效果好。在最下部管束，因?yàn)樗鞯脑?，水與管束的接觸不均勻，由于空氣的不飽和度和風(fēng)量大的原因，水在管束下部產(chǎn)生分布不均并出現(xiàn)干點(diǎn)。且水從上部管束到下部管束，因吸收熱量，溫度越來越高，結(jié)垢的可能性越來越大，實(shí)際運(yùn)行中也可見下部管束結(jié)垢嚴(yán)重。

  濰坊恒安通過在原有的基礎(chǔ)上在管束下部增加噴淋管系，對下部換熱管進(jìn)行直接噴淋，防止下部換熱管束外壁出現(xiàn)干點(diǎn)，也使得下部管束的結(jié)垢得到有效的緩解，下噴淋管系的流量可通過流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)；在噴淋水泵出口處增加穩(wěn)壓罐，穩(wěn)定噴淋系統(tǒng)的壓力，使得上下噴淋管因流量調(diào)節(jié)導(dǎo)致的系統(tǒng)壓力波動得到有效緩解。
  （3）引入填料，提高換熱效率

  閉式冷卻塔主要以空氣作為熱交換源，難以將冷卻介質(zhì)的溫度降低至環(huán)境溫度以下。針對這一問題，濰坊恒安設(shè)計(jì)將冷卻塔填料引入閉式冷卻塔，通過降低噴淋水的溫度來增加熱交換效率---復(fù)合流閉式冷卻塔。采用該方法可將冷卻介質(zhì)溫度在普通閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上降低2-3℃，達(dá)到和開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)同樣的冷卻效果。