填料式冷却塔系统节能改造

李晓莉（大庆油田庆升实业公司庆升化工厂）

冷却塔广泛应用于化工厂和电厂，主要是应用于循环水的冷却方面，根据内部结构的不同，将冷却塔分为填料式冷却塔和无填料式冷却塔。填料式冷却塔在化工厂应用更为普遍。布水器、填料、风机和集水池是其主要的结构构成。在化工厂的生产中，填料式冷却塔有以下几个缺陷：填料的造价较高；填料塔易产生老化和破碎的现象，会造成布水不均匀；填料易老化，每隔3～4年就要重新更换；填料时产生的杂质容易堵塞管道以及泵，严重影响日常的生产；循环水与冷却介质接触的时间短，使得热交换能力变小，不易冷却。近年来，随着填料式冷却塔系统普遍应用，也暴露出一些问题，即填料会产生损坏以及发生细菌滋生等现象，使得循环水的流动不畅造成堵塞，进而导致冷却塔的换热效率降低，并且伴有风阻加大，这样就使得风机的电流变大，相应费用增加；同时，填料存在更换周期也使得维修成本变高。只有解决上述问题，才会使新型填料式冷却塔系统达到高效节能的效果，才能使新型填料式冷却塔系统得到更好的发展和应用[1]。

针对该厂的1台设计能力为2500 t/h的填料式冷却塔系统所存在的问题进行整改，对其改造后的效果进行了评价。

1 设备存在的问题

1）风机系统由电动机、联轴器、传动轴等部件组成。叶轮是由4片角度可调整的风叶构成的，这种设计是为了适应不同的风量，但是由于风机相应的倾角增大，会造成系统负荷变高。将风叶的倾斜角度调整到最大即22.5°，是为了满足生产工艺及动力系统对循环过程中水量和温度的要求。当其他条件相同时，倾斜角每增加1°，风机的振动值会相应地增加15μm，因此，部分时间段风机的震动值会超过其最高的限值。另外，风机的倾斜角度越大则风机向上的抽力加大，使得产生的飘水增加造成能源浪费。

2）因为该系统中的循环水泵压力高，相应的消耗也会增高。该系统中有2台并联的水泵，1号泵的限定流量是2016m3/h，扬程是59m；2号泵的额定流量是1080m3/h，扬程是55m。由于该冷却塔的相应水管经过运转后腐蚀比较严重，使相应的阻力加大，各种原因造成的堵塞使得循环水泵的背压增高、能量消耗变大，导致维修费用变大。

3）填料老化后导致设备破损并且伴有细菌滋生。冷却塔使用的是PVC的T波填料。尽管这种填料的刚度和热力性能很好，但是当系统运行一定时间后，因其系统长期处在较高的温度和湿度状态下，该填料易发生老化、变形、破损等，同时会造成堵塞；并且相应的杂质会在填料淤积中形成淤泥，使堵塞更为严重，气流阻力也会相应地增加，风量变小。另外，由于填料安装时的破损以及运行过程中的破损，加之菌藻类进入，也会引起设备堵塞和结垢加重。有时还采取大量外排热水和补充新鲜冷却水，这种方法会使水的浓缩倍数变大，钙、镁离子等杂质的含量增加，导致药剂流失，加重堵塞[1]。

2 设备改进的方法

填料老化、破损、滋生细菌、藻类等是造成堵塞的直接原因，而堵塞又会导致冷却塔风机系统长期超负荷运行，使得能耗增大、震动频率超标，循环水泵背压相对升高，因此首先需要改进的就是冷却塔的冷却部件。

整改方案如下所述：

1）保留原塔的主体结构，同时利用原塔的风筒、风机系统的电动机、传动系统、齿轮箱等结构部件以节约成本。通过计算，最后决定将风叶的倾斜角度调整成20°，误差控制在上下0.5°。

2）改变循环水主管道的高度，将其调低，主管将用复管式，支管则采用树枝状的结构，顺向分布喷嘴，在塔内让水滴能够以顺、逆两种方式冷却，使其在内部停留时间变长，确保换热充分[2]。

3）打破原有配水系统的方式，运用无填料喷雾，不再只利用填料作为冷却元件。通过一些试验发现，在使用单旋流喷嘴时会产生堵塞，造成配水不均，从而导致配风也严重不均；而且单旋流喷嘴在工作时对工作压力的要求很高，能量的消耗也较大。经过分析，最终决定选用GPL低压离心喷雾装置，其工作压力相对于单旋流喷嘴要低，能够将水更大程度地喷射成微小雾滴。

4）将循环水泵的叶轮更换掉。该泵在运行时其压力大约0.4MPa，但是1、2号泵在额定流量时的出口压力高于该压力，这样会导致水泵运行效率低，造成严重浪费。因此，将以前的普通叶轮更换为更高级的三元流叶轮。

3 设备改造后的效果评价

1）调整完风叶的倾斜角后，因为倾斜角减小，使得风机的负荷降低，也节省了能耗。这样调整后还会使风机的抽力下降，飘水率也随之降低，提高了利用率。同时，因为降低了负荷，冷却塔风机的轴承震动量也随之下降，使震动不会超标，使维修周期加长，节约了费用[2]。

2）将冷却元件更换后，使冷却塔的系统阻力降低，提高了系统的出风量，同时降低了风机的载荷。在降温幅度相同的情况下，循环水水量也会随之增加，大约提高18%，冷却塔的潜能也得到提升。由于这种高效离心雾化装置会在较低压力下使水形成微小雾滴，水利用率更加充分；况且水在塔内以顺、逆两种流向冷却，使得雾滴呈现悬浮状态并且延长了停留时间，达到了降温目的。

3）降低了设备成本，无填料冷却塔配水系统一次性投入约20万元，使用年限大约12年；而原冷却塔使用寿命仅为4年，每次更换费用约12万元，和无填料冷却塔配水系统相比成本大大增加。另外，由于一些腐蚀磨损的降低也节省了很多成本。

4）循环泵的运行费用大大降低。由于三元流叶轮的直径变小，出口的宽度加大，同时叶片进口的边缘向来流的进口处延伸，减少了相应的损失，提高了效率。

4 结论

对设备的改造，大体弥补了堵塞、换热区域不全以及换热不均匀等缺陷。使液滴充分与空气接触，提高了换热效率，循环水温差加大，延长了其相应使用的周期。由于将填料喷水系统改为高效低压离心雾化装置，致使冷却塔系统的压力降低，风机的电流下降，节省了成本。将叶轮换成先进的三元流叶轮，提高了泵的使用效率。通过对填料式冷却塔的改造，将节能的环节考虑在其中，显著降低了冷却塔系统的运行费用和维修成本，取得了良好的经济效益。

[1]王世辉.凉水塔风机驱动系统的节能改造[J].石油工业节能技术,2012(11):37-38.

[2]张培杰.填料式凉水塔的改造及改造后的应用[J].现代化工,2008(37):30-31.