無填料噴霧塔在循環水冷卻過程中的應用

張存康，馮偉珍，嚴達攀

（云南云天化云峰化工有限公司，云南 宣威 655413）

1 改造前20萬t/a磷酸裝置循環水冷卻塔運行狀況

云南云天化云峰化工有限公司20 萬t/a 磷酸裝置循環水冷卻塔為填料型抽風式，共有4 個室，每個室冷卻水量為1 200 m3/h，其主要功能是將熱水噴灑在塔內填料上形成水膜，通過水膜與空氣的熱交換使熱水冷卻。由于填料塔運行時間過長，填料老化、破碎造成通道堵塞，塔內出現溝流、束流等布水不均現象，循環水冷卻前后溫差只有6 ～9 ℃，嚴重影響裝置生產負荷；磷酸循環水從冷卻塔上部流下，由于其中含有大量雜質，在冷卻過程中，雜質由于過飽和在填料上析出，堵塞填料，當積聚的雜質達到一定量后填料不能承受這個重量，會有斷裂、塌陷的風險。填料老化、破碎堵塞通道也會造成填料塔阻力增大，增加循環水泵運行電耗；同時造成冷卻塔風扇帶水嚴重，導致周圍道路濕滑和環境較差，增加了安全環保風險。方格填料的使用壽命一般只有3 年左右，運行成本較高。改用無填料噴霧塔，可一次性解決填料冷卻塔存在的一系列問題。

2 填料冷卻塔的缺點和無填料噴霧塔的優點

2.1 填料冷卻塔的缺點

（1）在填料的選擇上存在著通風阻力與散熱的矛盾，即散熱能力好的填料通風阻力大，通風阻力小的填料散熱能力又差。（2）隨著運行時間的延長，尤其在水質惡劣的情況下運行時，水中的鈣鎂無機鹽及微生物不斷黏附在填料上，堵塞填料，增大氣流阻力，影響散熱效果，使冷卻能力下降。（3）選用的填料為塑料方格填料，塑料填料易變形、壓陷、老化、破碎導致通道堵塞，冷卻能力下降，需要定期更換填料，運行成本高。（4）當冷卻水淋在填料上時，水的表面積固定，增大淋水密度時，水膜增厚，甚至形成雨滴落下，使氣流阻力急劇增加，嚴重影響冷卻效果。

2.2 無填料噴霧塔的優點

無填料噴霧塔不用填料，所以傳統填料冷卻塔因使用填料而產生的問題不復存在，省去了頻繁更換填料的費用，降低了運行成本。無填料噴霧塔采用直式噴嘴，降低了通風阻力，增大了進塔空氣量。在填料塔中，填料阻力占總塔阻力的40% ～50%，使用無填料噴霧塔，即可使總塔阻力下降40%～50%，風量增大，提高冷卻效果。無填料噴霧塔熱水成霧狀噴出，散熱面積增大。噴霧冷卻時，進口水管降低4 m，在壓力不變的條件下，噴射高度一般在3.5～4.0 m，熱水有順流和逆流2 個冷卻過程，使熱水冷卻更充分，同時在壓力為0.15 MPa 時，液態介質被分散的最小粒徑在1 mm 左右，粒質量0.523 3 mg 左右，比表面積達4 500～5 500 m2/m3，部分水霧將在塔中懸浮，延長了熱水與空氣的熱交換時間，充分保證熱交換；無填料噴霧塔霧化器（見圖1）自身具有2 次配氣孔，配氣孔的總面積達到110 cm2，吸入大量氣體后，氣液接觸更充分，有利于傳熱、傳質和化學吸收。

圖1 無填料噴霧塔霧化器結構示意

3 改造方案及設備參數

3.1 改造方案

在不改變原填料冷卻塔框架情況下，拆除原方格填料以及收水器、布水器、噴頭等；在塔內原填料橫梁層安裝玻璃鋼格柵及新的配水管道，必須保證管道中心高度在同一水平上；由設計制造單位提供設計方案并負責安裝冷卻噴霧系統、收水器；循環水呈酸性，冷卻塔布水管選用纏繞式玻璃鋼管道，各玻璃鋼管連接處采用現場黏結的方式，與霧化器裝置連接處采用耐酸堿腐蝕的聚丙烯（PP）塑料螺栓連接，避免了塔內鋼質緊固件的腐蝕，同時也延長了布水管道的使用壽命，更利于冷卻塔的長周期運行；所有設備安裝完畢后對塔內鋼結構作防腐處理。

3.2 設備參數

重新安裝收水器（型號SUHL160×45，190 m2/室）；每室新安裝1 套霧化裝置（由80 套噴頭組成，型號WHL0.012/20）；新增配冷卻管道（qV≥600 m3/h），進水管高度降低4 m。

4 改造效果

無填料噴霧塔進出水溫差比改造前增加2 ～6 ℃（見表1），冷卻水量增加10%，冷卻塔阻力下降50%，進水管位置降低4 m，阻力降低0.04 MPa，徹底解決填料老化、破碎造成的通道堵塞和布水不均問題；在冷卻塔內布置兩層直角型優質改性PVC收水器，其一層的高度及收水效果都是變通波形收水器的1.5 倍，可有效解決飄水問題；達到節能降耗的效果。

表1 無填料噴霧塔進、出水溫差

5 改造收益

5.1 經濟效果

改造前，填料冷卻塔要保證冷卻能力，方格填料必須3年更換一次，每室填料費用為12萬元，人工費用（支付外協單位）為10 000 元。磷酸廠20萬t/a裝置填料冷卻塔共有4個室，每次更換填料費用為52 萬元。無填料噴霧塔改造材料費用每室約22 萬元，改造費用3 萬元，4 室共計費用100 萬元。霧化噴頭的使用壽命一般為12 年。12 年需要更換填料4 次，費用52 萬元×4=208 萬元，改造后可節約費用108萬元，平均每年節約9萬元。

改為無填料噴霧塔后，冷卻塔4 室實現三開一備，循環水能耗每小時降低約40 kW · h，按照每年運行355 d 計算，每年節約電費15.3 萬元；改造后，每年直接節約費用24.3 萬元；由于風阻力減小，風量增大，根據空氣動力學原理，風機噪聲減小；延長了設備運轉周期，減少冷卻塔的檢修頻次，節省檢修勞動力。通過本次技術改造，真正意義上實現裝置安全、低耗、經濟穩定運行。

5.2 社會效果

改造后，顯著減少了飄水現象，改善了周圍環境，降低了安全環保風險；霧化器噴嘴需要排堵時，只需旋開螺紋絲口即可，簡單快捷；冷卻塔4室三開一備，更加方便日常維護管理。