填料式冷卻塔系統節能改造

李曉莉（大慶油田慶升實業公司慶升化工廠）

冷卻塔廣泛應用于化工廠和電廠，主要是應用于循環水的冷卻方面，根據內部結構的不同，將冷卻塔分為填料式冷卻塔和無填料式冷卻塔。填料式冷卻塔在化工廠應用更為普遍。布水器、填料、風機和集水池是其主要的結構構成。在化工廠的生產中，填料式冷卻塔有以下幾個缺陷：填料的造價較高；填料塔易產生老化和破碎的現象，會造成布水不均勻；填料易老化，每隔3～4年就要重新更換；填料時產生的雜質容易堵塞管道以及泵，嚴重影響日常的生產；循環水與冷卻介質接觸的時間短，使得熱交換能力變小，不易冷卻。近年來，隨著填料式冷卻塔系統普遍應用，也暴露出一些問題，即填料會產生損壞以及發生細菌滋生等現象，使得循環水的流動不暢造成堵塞，進而導致冷卻塔的換熱效率降低，并且伴有風阻加大，這樣就使得風機的電流變大，相應費用增加；同時，填料存在更換周期也使得維修成本變高。只有解決上述問題，才會使新型填料式冷卻塔系統達到高效節能的效果，才能使新型填料式冷卻塔系統得到更好的發展和應用[1]。

針對該廠的1臺設計能力為2500 t/h的填料式冷卻塔系統所存在的問題進行整改，對其改造后的效果進行了評價。

1 設備存在的問題

1）風機系統由電動機、聯軸器、傳動軸等部件組成。葉輪是由4片角度可調整的風葉構成的，這種設計是為了適應不同的風量，但是由于風機相應的傾角增大，會造成系統負荷變高。將風葉的傾斜角度調整到最大即22.5°，是為了滿足生產工藝及動力系統對循環過程中水量和溫度的要求。當其他條件相同時，傾斜角每增加1°，風機的振動值會相應地增加15μm，因此，部分時間段風機的震動值會超過其最高的限值。另外，風機的傾斜角度越大則風機向上的抽力加大，使得產生的飄水增加造成能源浪費。

2）因為該系統中的循環水泵壓力高，相應的消耗也會增高。該系統中有2臺并聯的水泵，1號泵的限定流量是2016m3/h，揚程是59m；2號泵的額定流量是1080m3/h，揚程是55m。由于該冷卻塔的相應水管經過運轉后腐蝕比較嚴重，使相應的阻力加大，各種原因造成的堵塞使得循環水泵的背壓增高、能量消耗變大，導致維修費用變大。

3）填料老化后導致設備破損并且伴有細菌滋生。冷卻塔使用的是PVC的T波填料。盡管這種填料的剛度和熱力性能很好，但是當系統運行一定時間后，因其系統長期處在較高的溫度和濕度狀態下，該填料易發生老化、變形、破損等，同時會造成堵塞；并且相應的雜質會在填料淤積中形成淤泥，使堵塞更為嚴重，氣流阻力也會相應地增加，風量變小。另外，由于填料安裝時的破損以及運行過程中的破損，加之菌藻類進入，也會引起設備堵塞和結垢加重。有時還采取大量外排熱水和補充新鮮冷卻水，這種方法會使水的濃縮倍數變大，鈣、鎂離子等雜質的含量增加，導致藥劑流失，加重堵塞[1]。

2 設備改進的方法

填料老化、破損、滋生細菌、藻類等是造成堵塞的直接原因，而堵塞又會導致冷卻塔風機系統長期超負荷運行，使得能耗增大、震動頻率超標，循環水泵背壓相對升高，因此首先需要改進的就是冷卻塔的冷卻部件。

整改方案如下所述：

1）保留原塔的主體結構，同時利用原塔的風筒、風機系統的電動機、傳動系統、齒輪箱等結構部件以節約成本。通過計算，最后決定將風葉的傾斜角度調整成20°，誤差控制在上下0.5°。

2）改變循環水主管道的高度，將其調低，主管將用復管式，支管則采用樹枝狀的結構，順向分布噴嘴，在塔內讓水滴能夠以順、逆兩種方式冷卻，使其在內部停留時間變長，確保換熱充分[2]。

3）打破原有配水系統的方式，運用無填料噴霧，不再只利用填料作為冷卻元件。通過一些試驗發現，在使用單旋流噴嘴時會產生堵塞，造成配水不均，從而導致配風也嚴重不均；而且單旋流噴嘴在工作時對工作壓力的要求很高，能量的消耗也較大。經過分析，最終決定選用GPL低壓離心噴霧裝置，其工作壓力相對于單旋流噴嘴要低，能夠將水更大程度地噴射成微小霧滴。

4）將循環水泵的葉輪更換掉。該泵在運行時其壓力大約0.4MPa，但是1、2號泵在額定流量時的出口壓力高于該壓力，這樣會導致水泵運行效率低，造成嚴重浪費。因此，將以前的普通葉輪更換為更高級的三元流葉輪。

3 設備改造后的效果評價

1）調整完風葉的傾斜角后，因為傾斜角減小，使得風機的負荷降低，也節省了能耗。這樣調整后還會使風機的抽力下降，飄水率也隨之降低，提高了利用率。同時，因為降低了負荷，冷卻塔風機的軸承震動量也隨之下降，使震動不會超標，使維修周期加長，節約了費用[2]。

2）將冷卻元件更換后，使冷卻塔的系統阻力降低，提高了系統的出風量，同時降低了風機的載荷。在降溫幅度相同的情況下，循環水水量也會隨之增加，大約提高18%，冷卻塔的潛能也得到提升。由于這種高效離心霧化裝置會在較低壓力下使水形成微小霧滴，水利用率更加充分；況且水在塔內以順、逆兩種流向冷卻，使得霧滴呈現懸浮狀態并且延長了停留時間，達到了降溫目的。

3）降低了設備成本，無填料冷卻塔配水系統一次性投入約20萬元，使用年限大約12年；而原冷卻塔使用壽命僅為4年，每次更換費用約12萬元，和無填料冷卻塔配水系統相比成本大大增加。另外，由于一些腐蝕磨損的降低也節省了很多成本。

4）循環泵的運行費用大大降低。由于三元流葉輪的直徑變小，出口的寬度加大，同時葉片進口的邊緣向來流的進口處延伸，減少了相應的損失，提高了效率。

4 結論

對設備的改造，大體彌補了堵塞、換熱區域不全以及換熱不均勻等缺陷。使液滴充分與空氣接觸，提高了換熱效率，循環水溫差加大，延長了其相應使用的周期。由于將填料噴水系統改為高效低壓離心霧化裝置，致使冷卻塔系統的壓力降低，風機的電流下降，節省了成本。將葉輪換成先進的三元流葉輪，提高了泵的使用效率。通過對填料式冷卻塔的改造，將節能的環節考慮在其中，顯著降低了冷卻塔系統的運行費用和維修成本，取得了良好的經濟效益。

[1]王世輝.涼水塔風機驅動系統的節能改造[J].石油工業節能技術,2012(11):37-38.

[2]張培杰.填料式涼水塔的改造及改造后的應用[J].現代化工,2008(37):30-31.