逆流封閉式冷卻塔的應(yīng)用及其優(yōu)化探討

白浩偉

摘 要：循環(huán)冷卻水是太陽能光伏玻璃、透明導(dǎo)電膜玻璃等制造過程中不可缺少的一部分，冷卻塔作為最關(guān)鍵的散熱設(shè)備，是工藝安全和設(shè)備安全的重要保證之一。本文僅以上海金日冷卻設(shè)備有限公司逆流封閉式冷卻塔為例，淺談其運(yùn)行和使用中的弊端，并結(jié)合對(duì)其檢修改造的實(shí)踐，提出了進(jìn)一步優(yōu)化改造設(shè)計(jì)的建議，以便將來對(duì)此類系統(tǒng)的選型、設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：開式冷卻塔；封閉式冷卻塔；逆流；橫流；優(yōu)化改造設(shè)計(jì)

某光伏二廠工程項(xiàng)目由中國(guó)中材集團(tuán)有限公司技術(shù)總承包，在池爐循環(huán)冷卻水處理設(shè)備的選用上，出于對(duì)循環(huán)水水質(zhì)和水溫的要求，首次使用了上海金日冷卻設(shè)備有限公司LNCM–175型逆流封閉式冷卻塔，省卻了冷水池。該封閉式冷卻塔與之前常用的開式冷卻塔最大的不同點(diǎn)在于：封閉式冷卻塔是將被冷卻介質(zhì)通過盤管與管外的噴淋水和空氣進(jìn)行熱交換，形成了封閉循環(huán)系統(tǒng)，保證了循環(huán)水水質(zhì)不受污染，很好的保護(hù)了主設(shè)備的高效運(yùn)行，提高了使用壽命。外界氣溫較低時(shí)，可以停掉噴淋水系統(tǒng)，起到了節(jié)水效果。開式冷卻塔原理比較簡(jiǎn)單，它是將循環(huán)水以噴霧方式，噴淋到PVC填料上，通過水與空氣的接觸，達(dá)到換熱，再有風(fēng)機(jī)帶動(dòng)塔內(nèi)氣流循環(huán)，將與水換熱后的熱氣流帶出，從而達(dá)到冷卻目的。相對(duì)于開式冷卻塔，封閉式冷卻塔確保了循環(huán)水水質(zhì)的干凈，換熱效率更高，節(jié)水環(huán)保，因而在鋼鐵、冶金、電子、機(jī)械、空調(diào)系統(tǒng)等行業(yè)得到了更加廣泛的運(yùn)用。

1 逆流封閉式冷卻塔的結(jié)構(gòu)和工作原理

封閉式冷卻塔是作為管式間接蒸發(fā)冷卻器的一種應(yīng)用形式，其工作原理是：封閉式冷卻塔工作時(shí)，分為三部分循環(huán)：

1.1 一次側(cè)換熱循環(huán)

一次側(cè)的循環(huán)熱水流過封閉式冷卻塔的盤管時(shí)，分為四個(gè)階段進(jìn)行熱傳遞：首先載熱溶液的熱量通過對(duì)流換熱傳遞給盤管的內(nèi)表面；經(jīng)過管壁熱傳導(dǎo)至盤管外表面；由盤管外表面對(duì)流傳熱給管外流動(dòng)的水膜；最后從水膜籍由蒸發(fā)與對(duì)流換熱傳給空氣。

1.2 二次側(cè)預(yù)冷循環(huán)

二次側(cè)噴淋水籍由噴淋水泵從冷卻塔下部水盤，抽至布水系統(tǒng)，經(jīng)過特殊的均量散水頭噴灑至散熱材上，與空氣進(jìn)行潛熱及顯熱交換，進(jìn)行預(yù)冷卻后流至盤管組，在管外壁形成穩(wěn)定的水膜，吸收管內(nèi)介質(zhì)傳遞出之熱量，最后又回到水盤中，如此循環(huán)不已。

1.3 空氣循環(huán)

風(fēng)機(jī)將冷卻塔外的不飽和空氣吸入塔內(nèi)，氣流經(jīng)過盤管、散熱材與二次側(cè)的噴淋水進(jìn)行潛熱及顯熱交換吸收熱量，再經(jīng)過特殊的擋水器進(jìn)行氣水分離，并最終將接近飽和濕空氣排出塔外。

通過以上的三項(xiàng)循環(huán)和四階段換熱，封閉式冷卻塔將一次側(cè)載熱溶液冷卻至所需的溫度，以送回系統(tǒng)，維持其正常運(yùn)行。

2 逆流封閉式冷卻塔在使用中出現(xiàn)的問題及解決辦法

2.1 使用中暴露出的問題

上海金日冷卻設(shè)備有限公司逆流封閉式冷卻塔運(yùn)行不到一年時(shí)間，風(fēng)機(jī)的電機(jī)相繼出現(xiàn)問題，表現(xiàn)在：電機(jī)的密封防水性能不好，電機(jī)軸承內(nèi)進(jìn)入水氣，軸承損壞，聲音大，無法繼續(xù)使用。另外風(fēng)機(jī)的V型皮帶易脫落，磨損快，使用壽命短，導(dǎo)致皮帶的調(diào)整、更換太頻繁，加大了維修工作量。在車間的領(lǐng)導(dǎo)和組織下，多次與中國(guó)中材集團(tuán)有限公司、上海金日冷卻設(shè)備有限公司進(jìn)行溝通交流，制定了封閉式冷卻塔優(yōu)化改造設(shè)計(jì)方案。

2.2 具體改造方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，將電機(jī)全部換為防水性能好、質(zhì)量有保證的電機(jī)；設(shè)計(jì)改變大、小皮帶輪的尺寸比例，徹底改變皮帶容易脫落的狀況；更換皮帶生產(chǎn)廠家，選擇質(zhì)量有保證的皮帶，滿足使用要求；隨著電機(jī)、皮帶輪的改變和更換，電機(jī)支座、減速機(jī)支座、支撐鋼梁等結(jié)構(gòu)件也要作相應(yīng)變動(dòng)，皮帶的尺寸也要有所改變。

2.3 方案的實(shí)施

將七臺(tái)電機(jī)全部換為了防水性能好、質(zhì)量有保證的電機(jī)，其生產(chǎn)廠家為：LIANGCH1MOTORCO.LTD，防護(hù)等級(jí)為IP55，絕緣等級(jí)為F級(jí)；設(shè)計(jì)改變了大、小皮帶輪的尺寸比例，大皮帶輪的直徑變?yōu)?60mm，小皮帶輪的直徑變?yōu)?70mm，較以前皮帶輪相應(yīng)增大。此次共更換大小皮帶輪十四個(gè)；根據(jù)防滑、耐磨等要求，選擇了質(zhì)量有保證的皮帶生產(chǎn)廠家–上海威歐特皮帶，皮帶的尺寸由原來的SPB–3850變?yōu)镾PB–3875，共更換皮帶二十八條；設(shè)計(jì)更換了新的電機(jī)支座七套、皮帶減速機(jī)支座七套及其固定鋼梁結(jié)構(gòu)件七套。

3 改造效果及新思考

改造后，良機(jī)逆流封閉式冷卻塔已經(jīng)運(yùn)行一年多了，風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)故障；皮帶使用壽命大都在六個(gè)月以上，未出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期目的。但是，在對(duì)良機(jī)逆流封閉式冷卻塔檢修維護(hù)的過程中，也遇到了一些新問題，諸如：皮帶的調(diào)整更換不方便，電機(jī)、皮帶減速機(jī)、皮帶輪的檢修更換不方便，銅盤管以后的維修問題等等，因此良機(jī)逆流封閉式冷卻塔仍有進(jìn)一步優(yōu)化改造設(shè)計(jì)的空間。這促使去思考，去進(jìn)一步熟悉和認(rèn)識(shí)逆流封閉式冷卻塔。現(xiàn)在封閉式冷卻塔的技術(shù)發(fā)展很快，不僅有逆流封閉式冷卻塔，還有了橫流封閉式冷卻塔、復(fù)合流封閉式冷卻塔，它們的結(jié)構(gòu)、配置以及新的設(shè)計(jì)思路很值得學(xué)習(xí)借鑒。尤其需要關(guān)注的是，橫流封閉式冷卻塔與逆流封閉式卻塔價(jià)格成本相差不大，但它在結(jié)構(gòu)布置、噪音、漂水、維護(hù)保養(yǎng)等方面都優(yōu)于逆流封閉式冷卻塔，其發(fā)展和應(yīng)用前景越來越廣泛。

4 進(jìn)一步優(yōu)化改造設(shè)計(jì)的想法及建議

4.1 空間設(shè)置問題

上海金日冷卻設(shè)備有限公司封閉式冷卻塔屬于逆流封閉式冷卻塔，銅盤管、填料基本上占據(jù)了塔內(nèi)整個(gè)空間，中間無維修通道，若需檢修銅管、更換填料或檢修風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，非常不方便。應(yīng)該借鑒橫流封閉式冷卻塔的空間設(shè)置，其內(nèi)部空間充裕，盤管和填料設(shè)置于塔內(nèi)兩邊，中間留有維修通道，易于接近填料、銅盤管和風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，便于對(duì)設(shè)備的維護(hù)和修理。

4.2 風(fēng)機(jī)的設(shè)置和檢修問題

良機(jī)逆流封閉式冷卻塔的電機(jī)、皮帶減速機(jī)、皮帶輪等風(fēng)機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)置在出風(fēng)筒的下面，一直籠罩在塔內(nèi)的水汽和霧汽里，長(zhǎng)此以往，電機(jī)和減速機(jī)的軸承就會(huì)出現(xiàn)故障，維修率會(huì)大大提高；另一方面，若需要更換皮帶、皮帶輪或檢修電機(jī)、減速機(jī)時(shí)，必須鉆進(jìn)冷卻塔上部狹窄的空間內(nèi)，踩在填料上，進(jìn)行維修工作，特別不方便。應(yīng)該借鑒一下橫流封閉式冷卻塔的設(shè)置方法，將電機(jī)、皮帶減速機(jī)等風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部件設(shè)置于出風(fēng)筒鋼網(wǎng)的上面，這樣就可以大大地減少水汽、霧氣對(duì)電機(jī)和減速機(jī)軸承的損壞；同時(shí)塔上面空間大，更換調(diào)整皮帶、皮帶輪，檢修電機(jī)和減速機(jī)非常方便。

4.3 銅盤管與集管的連接方式

良機(jī)逆流封閉式冷卻塔內(nèi)銅盤管組與循環(huán)水進(jìn)水、出水集管的連接，均采用了焊接方式，拆卸、檢修不方便。現(xiàn)在橫流封閉式冷卻塔銅盤管與集管的連接都采用法蘭盤式連接，安全可靠，安裝、拆卸、維修方便；與盤管接觸的法蘭采用玻璃纖維強(qiáng)化尼龍注塑成型，強(qiáng)度高，并且能保護(hù)盤管，避免電化學(xué)腐蝕。同時(shí)，銅盤管式交換器采用了立體傾斜技術(shù)，徹底解決了排水不暢及殘留問題。

4.4 銅管與填料的布置方式

良機(jī)逆流封閉式冷卻塔采用的是多層填料與多層盤管的組合，每組盤管之間留有間隙，一部分進(jìn)風(fēng)從盤管之間通過，噴淋水下落速度快且不勻速，造成每層盤管的溫差不一致，所以冷卻效率偏低。現(xiàn)在多數(shù)的橫流封閉式冷卻塔都采用一層銅管一層填料的布置組合，盤管與填料接觸緊密，通過填料和盤管的風(fēng)速相同，噴淋水下落速度緩慢且勻速，蒸發(fā)得以充分實(shí)現(xiàn)，所以，每一組合的冷卻溫差相同，冷卻效率大大提高。

4.5 塔頂安全護(hù)欄的設(shè)置問題

良機(jī)逆流封閉式冷卻塔塔頂四周未設(shè)安全護(hù)欄，存在安全隱患，人員在上面巡檢、維修時(shí)，有點(diǎn)提心吊膽，尤其是在雨雪風(fēng)霜的季節(jié)，這種不安全感會(huì)更明顯。因此建議在塔頂四周增設(shè)安全護(hù)欄，以確保設(shè)備巡檢人員、維修人員在塔上工作時(shí)的安全。

5 結(jié)語

各類型的冷卻塔在實(shí)際使用中，都會(huì)顯現(xiàn)出自己的優(yōu)勢(shì)，暴露出自己的缺點(diǎn)，這無疑將促進(jìn)冷卻塔的改進(jìn)和發(fā)展，封閉式冷卻塔的發(fā)展也是這樣。只要能從實(shí)際出發(fā)，勇于鉆研，善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，努力做到揚(yáng)長(zhǎng)避短，在冷卻塔的維修和管理上就會(huì)做到游刃有余，這對(duì)今后此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選型等工作大有裨益。

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