逆流封闭式冷却塔的应用及其优化探讨

白浩伟

摘 要：循环冷却水是太阳能光伏玻璃、透明导电膜玻璃等制造过程中不可缺少的一部分，冷却塔作为最关键的散热设备，是工艺安全和设备安全的重要保证之一。本文仅以上海金日冷却设备有限公司逆流封闭式冷却塔为例，浅谈其运行和使用中的弊端，并结合对其检修改造的实践，提出了进一步优化改造设计的建议，以便将来对此类系统的选型、设计提供借鉴。

关键词：开式冷却塔；封闭式冷却塔；逆流；横流；优化改造设计

某光伏二厂工程项目由中国中材集团有限公司技术总承包，在池炉循环冷却水处理设备的选用上，出于对循环水水质和水温的要求，首次使用了上海金日冷却设备有限公司LNCM–175型逆流封闭式冷却塔，省却了冷水池。该封闭式冷却塔与之前常用的开式冷却塔最大的不同点在于：封闭式冷却塔是将被冷却介质通过盘管与管外的喷淋水和空气进行热交换，形成了封闭循环系统，保证了循环水水质不受污染，很好的保护了主设备的高效运行，提高了使用寿命。外界气温较低时，可以停掉喷淋水系统，起到了节水效果。开式冷却塔原理比较简单，它是将循环水以喷雾方式，喷淋到PVC填料上，通过水与空气的接触，达到换热，再有风机带动塔内气流循环，将与水换热后的热气流带出，从而达到冷却目的。相对于开式冷却塔，封闭式冷却塔确保了循环水水质的干净，换热效率更高，节水环保，因而在鋼铁、冶金、电子、机械、空调系统等行业得到了更加广泛的运用。

1 逆流封闭式冷却塔的结构和工作原理

封闭式冷却塔是作为管式间接蒸发冷却器的一种应用形式，其工作原理是：封闭式冷却塔工作时，分为三部分循环：

1.1 一次侧换热循环

一次侧的循环热水流过封闭式冷却塔的盘管时，分为四个阶段进行热传递：首先载热溶液的热量通过对流换热传递给盘管的内表面；经过管壁热传导至盘管外表面；由盘管外表面对流传热给管外流动的水膜；最后从水膜籍由蒸发与对流换热传给空气。

1.2 二次侧预冷循环

二次侧喷淋水籍由喷淋水泵从冷却塔下部水盘，抽至布水系统，经过特殊的均量散水头喷洒至散热材上，与空气进行潜热及显热交换，进行预冷却后流至盘管组，在管外壁形成稳定的水膜，吸收管内介质传递出之热量，最后又回到水盘中，如此循环不已。

1.3 空气循环

风机将冷却塔外的不饱和空气吸入塔内，气流经过盘管、散热材与二次侧的喷淋水进行潜热及显热交换吸收热量，再经过特殊的挡水器进行气水分离，并最终将接近饱和湿空气排出塔外。

通过以上的三项循环和四阶段换热，封闭式冷却塔将一次侧载热溶液冷却至所需的温度，以送回系统，维持其正常运行。

2 逆流封闭式冷却塔在使用中出现的问题及解决办法

2.1 使用中暴露出的问题

上海金日冷却设备有限公司逆流封闭式冷却塔运行不到一年时间，风机的电机相继出现问题，表现在：电机的密封防水性能不好，电机轴承内进入水气，轴承损坏，声音大，无法继续使用。另外风机的V型皮带易脱落，磨损快，使用寿命短，导致皮带的调整、更换太频繁，加大了维修工作量。在车间的领导和组织下，多次与中国中材集团有限公司、上海金日冷却设备有限公司进行沟通交流，制定了封闭式冷却塔优化改造设计方案。

2.2 具体改造方案

根据现场环境，将电机全部换为防水性能好、质量有保证的电机；设计改变大、小皮带轮的尺寸比例，彻底改变皮带容易脱落的状况；更换皮带生产厂家，选择质量有保证的皮带，满足使用要求；随着电机、皮带轮的改变和更换，电机支座、减速机支座、支撑钢梁等结构件也要作相应变动，皮带的尺寸也要有所改变。

2.3 方案的实施

将七台电机全部换为了防水性能好、质量有保证的电机，其生产厂家为：LIANGCH1MOTORCO.LTD，防护等级为IP55，绝缘等级为F级；设计改变了大、小皮带轮的尺寸比例，大皮带轮的直径变为560mm，小皮带轮的直径变为170mm，较以前皮带轮相应增大。此次共更换大小皮带轮十四个；根据防滑、耐磨等要求，选择了质量有保证的皮带生产厂家–上海威欧特皮带，皮带的尺寸由原来的SPB–3850变为SPB–3875，共更换皮带二十八条；设计更换了新的电机支座七套、皮带减速机支座七套及其固定钢梁结构件七套。

3 改造效果及新思考

改造后，良机逆流封闭式冷却塔已经运行一年多了，风机电机运行平稳，未出现故障；皮带使用寿命大都在六个月以上，未出现脱落现象，达到了预期目的。但是，在对良机逆流封闭式冷却塔检修维护的过程中，也遇到了一些新问题，诸如：皮带的调整更换不方便，电机、皮带减速机、皮带轮的检修更换不方便，铜盘管以后的维修问题等等，因此良机逆流封闭式冷却塔仍有进一步优化改造设计的空间。这促使去思考，去进一步熟悉和认识逆流封闭式冷却塔。现在封闭式冷却塔的技术发展很快，不仅有逆流封闭式冷却塔，还有了横流封闭式冷却塔、复合流封闭式冷却塔，它们的结构、配置以及新的设计思路很值得学习借鉴。尤其需要关注的是，横流封闭式冷却塔与逆流封闭式却塔价格成本相差不大，但它在结构布置、噪音、漂水、维护保养等方面都优于逆流封闭式冷却塔，其发展和应用前景越来越广泛。

4 进一步优化改造设计的想法及建议

4.1 空间设置问题

上海金日冷却设备有限公司封闭式冷却塔属于逆流封闭式冷却塔，铜盘管、填料基本上占据了塔内整个空间，中间无维修通道，若需检修铜管、更换填料或检修风机驱动系统，非常不方便。应该借鉴横流封闭式冷却塔的空间设置，其内部空间充裕，盘管和填料设置于塔内两边，中间留有维修通道，易于接近填料、铜盘管和风机驱动系统，便于对设备的维护和修理。

4.2 风机的设置和检修问题

良机逆流封闭式冷却塔的电机、皮带减速机、皮带轮等风机关键部件设置在出风筒的下面，一直笼罩在塔内的水汽和雾汽里，长此以往，电机和减速机的轴承就会出现故障，维修率会大大提高；另一方面，若需要更换皮带、皮带轮或检修电机、减速机时，必须钻进冷却塔上部狭窄的空间内，踩在填料上，进行维修工作，特别不方便。应该借鉴一下横流封闭式冷却塔的设置方法，将电机、皮带减速机等风机驱动部件设置于出风筒钢网的上面，这样就可以大大地减少水汽、雾气对电机和减速机轴承的损坏；同时塔上面空间大，更换调整皮带、皮带轮，检修电机和减速机非常方便。

4.3 铜盘管与集管的连接方式

良机逆流封闭式冷却塔内铜盘管组与循环水进水、出水集管的连接，均采用了焊接方式，拆卸、检修不方便。现在横流封闭式冷却塔铜盘管与集管的连接都采用法兰盘式连接，安全可靠，安装、拆卸、维修方便；与盘管接触的法兰采用玻璃纤维强化尼龙注塑成型，强度高，并且能保护盘管，避免电化学腐蚀。同时，铜盘管式交换器采用了立体倾斜技术，彻底解决了排水不畅及残留问题。

4.4 铜管与填料的布置方式

良机逆流封闭式冷却塔采用的是多层填料与多层盘管的组合，每组盘管之间留有间隙，一部分进风从盘管之间通过，喷淋水下落速度快且不匀速，造成每层盘管的温差不一致，所以冷却效率偏低。现在多数的横流封闭式冷却塔都采用一层铜管一层填料的布置组合，盘管与填料接触紧密，通过填料和盘管的风速相同，喷淋水下落速度缓慢且匀速，蒸发得以充分实现，所以，每一组合的冷却温差相同，冷却效率大大提高。

4.5 塔顶安全护栏的设置问题

良机逆流封闭式冷却塔塔顶四周未设安全护栏，存在安全隐患，人员在上面巡检、维修时，有点提心吊胆，尤其是在雨雪风霜的季节，这种不安全感会更明显。因此建议在塔顶四周增设安全护栏，以确保设备巡检人员、维修人员在塔上工作时的安全。

5 结语

各类型的冷却塔在实际使用中，都会显现出自己的优势，暴露出自己的缺点，这无疑将促进冷却塔的改进和发展，封闭式冷却塔的发展也是这样。只要能从实际出发，勇于钻研，善于总结经验和教训，努力做到扬长避短，在冷却塔的维修和管理上就会做到游刃有余，这对今后此类系统的设计和选型等工作大有裨益。

参考文献：

[1] 李艳红，石俊.吊装式逆流冷却塔技术在寒冷地区的应用[J].工业用水与废水.2011（01）：72-76.

[2] 陈友良，高明，赵元宾，等.侧风下逆流湿式冷却塔优化进风的实验研究[J].中国电机工程学报.2012（23）：48-54.