节水消雾冷却塔技术研究

张小娟 梁亮 刘起飞 曹童非

摘要：本文通过研究国内外节水消雾冷却塔技术原理及特点，进行节水消雾国内外业绩及实际运行效果比对，根据榆能化项目实际工况，现场实地勘察，技术和投资能耗方面的对比，最终建议一、三循采用马利消雾冷却塔技术，二循采用国产消雾冷却塔技术可稳定运行且降低水耗。

关键词：节水消雾;冷却塔;水耗

中图分类号：X505            文献标志码：A

引言

中国能源长期以煤炭为主，促使煤化工产业链不断深化发展，煤化工企业发展因水耗高、排污量大一直备受诟病，新《环保法》和“水十条”更是将其推到了风口浪尖[1]。循环水冷却塔是煤化工企业关键换热设备，而冷却塔的蒸发损失可占到国内全部工业用水耗水量的20%～50%左右，甚至蒸发的水雾还是雾霾的重要载体。消雾节水冷却塔是一种新型冷却塔，可将水蒸气进行高效冷凝回收再利用，大大减少企业水耗量[2]。

一、国内外技术简介

冷却塔消雾设计最早始于二十世纪六十年代，装置是干湿式或在一系列通道的其他热源，以及工业或空调装置。在二十世纪七十年代，美国改进的设计是基于干湿式冷却塔的平行通道技术。后来日本及欧洲也向该技术靠拢，我国国内近几年来也在不断的模仿但一直停留在旧塔改造实验阶段，暂无新建的、成规模的消雾塔，且节水的更是很少。

马利冷却塔公司在全世界建造了80多消雾（节水）型冷却塔，一直是世界冷却塔技术发展的引领者。

二、应用技术原理

（一） 国内节水消雾冷却塔

冷却塔湿热空气与被翅片加热的干热空气，在出口气室内地混合排出，实现消雾。在收水器上层的进风窗立面增设露点调节装置，调节风筒出口羽雾的露点。在塔内收水器上面的气室增设空气混合导流装置，提高露点调节装置换热后的干热空气与出填料的饱和湿热空气的混合效率，进而提高除雾效果。优化上塔进水管路，上塔热水既可以先通过露点调节装置后再进入主配水管，也可以直接进入主配水管，进水方式可根据不同季节工况通过阀门来进行调节，从而实现常规冷却塔（湿塔）与消雾节水冷却塔（干、湿混合塔）的运行。但消雾节水冷却塔由于增设了露点调节装置，在消雾节水状态运行时（旁路系统），会增加整个循环水系统阻力。

（二） 国外节水消雾冷却塔

塔内的湿热空气与干冷空气进行热交换，从而实现水回收及消雾。该冷却塔运行中除短期的严寒季节出口有轻微羽雾外，全年大多时间即使满负荷运行，完全没有白色羽雾排出。该技术综合了系列通道和平行通道技术形式，是基于把湿段排出的湿气把热量传递给环境空气。

在消雾冷却塔形式中，湿段排出的水蒸气是通过干段的热交换器来冷凝，导致离开热交换器的的空气在较低的温度下饱和。

从热交换器一端过来的干热空气和通过另一端热交换器冷却湿段的空气来除掉一部分水蒸气相混合，降低了出塔空气的相对湿度。因此达到消雾的目的。

由于湿热空气与环境空气经过冷凝箱的热交换，从而形成水滴，流入塔内，循环再生了一部分水;冷凝水的纯度比循环水高出很多 ;从而实现回收水的目的。

三、技术特点对比

（一） 国内外节水消雾塔消雾机理

基本工作机理为：在风机的作用下，塔外干冷空气被引入模块后，和塔内的湿热空气在模块上部区域充分混合，降低空气的含湿量，消除了冷却塔的可见雨雾。

塔外干冷空气和塔内的的饱和热蒸汽，经过冷热风通道在模块内进行间壁式换热、冷凝最终凝结成小水珠，冷凝水通过热通道流入循环水水池内，减少了冷却塔循环水的蒸发损失，节省了设备的运行费增加高性能收水器及防飘溅措施等，也可以使冷却塔更好的消雾和节水[3]。

（二） 国内外节水消雾塔对比

1. 技术特点

2. 布置方案

从盘管消雾塔与马利节水消雾塔占地布置上来讲，盘管只能单排布置，两排的间距与单排的长度要求一致。

3. 其他方面

国内盘管冷却塔金属翅片有时会遭到翅片内部结垢和腐蚀。金属翅片外部有时会有微粒堆积（如风沙）或积聚纤维材料（如杨树毛毛）。由于冷却塔内有湿热空气或由于当地的特使气候可能使问题恶化导致外来物质聚集。

四、节水消雾技术实际应用对比

（一）国外与国内消雾塔对比（负荷分布）

马利节水消雾塔可通过冷冻单元冷却塔更加均匀的重量分布来达到。

海鸥的盘管消雾塔在外圈柱子上集中支撑金属盘管和调节装置。需要冷水池和基础结构的特殊设计。基础荷载和费用随现场的变化可能变化很大，并受到风荷载、土壤条件、恒定荷载和冷却塔运行荷载的影响。

（二）业绩对比

1. 国内冷却塔业绩

江苏海鸥的业绩仅光大环保能源有限公司一座改造的试验塔。经实地考察有很大的水蒸气，效果不明显。

2. 国外节水消雾塔业绩

（1）马利美国新墨西哥州圣望电厂，单塔是6000m³/h的消雾节水冷却塔，2007年运行。

（2）WE 能源中心， 6间节水消雾塔，单塔是4000m³/h。

（3）赫斯 NEC公司，新泽西州纽瓦克市，12座节水消雾塔，单塔是4000m³/h。

（三） 现场实效对比

（1）国内江苏海鸥的消雾塔：目前实施的改造项目在苏州，实地考察还是有很大的羽雾，效果不明显。对于北方冷却塔项目的消雾和节水从工艺设计以及效果上会很大的不同，目前，海鸥公司缺少北方工程案例。

（2）SPX马利美国新墨西哥州圣望电厂，2007年消雾节水冷却塔冬季运行该塔在零度附近完全没有雨雾。自2007年至今冷效、消雾、还是节水效果都符合设计要求。

五、结论

在技术和业绩方面，国内消雾型冷水塔改造业绩还不足以说明消雾能力稳定可靠，不确定性很多。马利公司的消雾型冷水塔使用的是最新Clear sky技术，建设周期短，维护方便，同时也有较多的实际运行业绩。

在能耗方面：盘管式能耗比马利节水消雾要高出40%以上。

实际工况：對于紧挨着一循的空分装置是煤化工项目关键装置，两者间距仅60米，空分装置的特殊低温工艺和超大型空气压缩机的进气都对一循内消雾塔提出了苛刻的性能要求，不允许消雾塔产生的雨雾飘进空分装置里去，否则空分装置发生危险和事故的可能性较大。建议一循不使用海鸥消雾塔。同理，三循在生产装置的中心位置，也不推荐使用海鸥消雾塔。

经过与两家公司的交流和讨论，我们对于两家公司的消雾塔做了技术和投资能耗方面的对比，初步结论建议一、三循采用马利公司消雾冷却塔技术;二循采用国产消雾冷却塔技术。

参考文献：

[1]赛庆新.冷却塔节水消雾技术[J] 化肥工业.2015 （4）：49-52.

[2]罗方涛.新型煤化工项目全厂水系统整体解决方案研究[J] 化工设计通讯.2019 ，45（9）.

[3]张甜甜.冷却塔的节水技术[J] 山东工业技术.2016 （16）.