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無(wú)填料噴霧塔在循環(huán)水冷卻過(guò)程中的應(yīng)用

2020-03-21 07:47:16張存康馮偉珍嚴(yán)達(dá)攀
磷肥與復(fù)肥 2020年1期
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張存康,馮偉珍,嚴(yán)達(dá)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(wàn)t/a磷酸裝置循環(huán)水冷卻塔運(yùn)行狀況

云南云天化云峰化工有限公司20 萬(wàn)t/a 磷酸裝置循環(huán)水冷卻塔為填料型抽風(fēng)式,共有4 個(gè)室,每個(gè)室冷卻水量為1 200 m3/h,其主要功能是將熱水噴灑在塔內(nèi)填料上形成水膜,通過(guò)水膜與空氣的熱交換使熱水冷卻。由于填料塔運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng),填料老化、破碎造成通道堵塞,塔內(nèi)出現(xiàn)溝流、束流等布水不均現(xiàn)象,循環(huán)水冷卻前后溫差只有6 ~9 ℃,嚴(yán)重影響裝置生產(chǎn)負(fù)荷;磷酸循環(huán)水從冷卻塔上部流下,由于其中含有大量雜質(zhì),在冷卻過(guò)程中,雜質(zhì)由于過(guò)飽和在填料上析出,堵塞填料,當(dāng)積聚的雜質(zhì)達(dá)到一定量后填料不能承受這個(gè)重量,會(huì)有斷裂、塌陷的風(fēng)險(xiǎn)。填料老化、破碎堵塞通道也會(huì)造成填料塔阻力增大,增加循環(huán)水泵運(yùn)行電耗;同時(shí)造成冷卻塔風(fēng)扇帶水嚴(yán)重,導(dǎo)致周?chē)缆窛窕铜h(huán)境較差,增加了安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。方格填料的使用壽命一般只有3 年左右,運(yùn)行成本較高。改用無(wú)填料噴霧塔,可一次性解決填料冷卻塔存在的一系列問(wèn)題。

2 填料冷卻塔的缺點(diǎn)和無(wú)填料噴霧塔的優(yōu)點(diǎn)

2.1 填料冷卻塔的缺點(diǎn)

(1)在填料的選擇上存在著通風(fēng)阻力與散熱的矛盾,即散熱能力好的填料通風(fēng)阻力大,通風(fēng)阻力小的填料散熱能力又差。(2)隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),尤其在水質(zhì)惡劣的情況下運(yùn)行時(shí),水中的鈣鎂無(wú)機(jī)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(dǎo)致通道堵塞,冷卻能力下降,需要定期更換填料,運(yùn)行成本高。(4)當(dāng)冷卻水淋在填料上時(shí),水的表面積固定,增大淋水密度時(shí),水膜增厚,甚至形成雨滴落下,使氣流阻力急劇增加,嚴(yán)重影響冷卻效果。

2.2 無(wú)填料噴霧塔的優(yōu)點(diǎn)

無(wú)填料噴霧塔不用填料,所以傳統(tǒng)填料冷卻塔因使用填料而產(chǎn)生的問(wèn)題不復(fù)存在,省去了頻繁更換填料的費(fèi)用,降低了運(yùn)行成本。無(wú)填料噴霧塔采用直式噴嘴,降低了通風(fēng)阻力,增大了進(jìn)塔空氣量。在填料塔中,填料阻力占總塔阻力的40% ~50%,使用無(wú)填料噴霧塔,即可使總塔阻力下降40%~50%,風(fēng)量增大,提高冷卻效果。無(wú)填料噴霧塔熱水成霧狀噴出,散熱面積增大。噴霧冷卻時(shí),進(jìn)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(gè)冷卻過(guò)程,使熱水冷卻更充分,同時(shí)在壓力為0.15 MPa 時(shí),液態(tài)介質(zhì)被分散的最小粒徑在1 mm 左右,粒質(zhì)量0.523 3 mg 左右,比表面積達(dá)4 500~5 500 m2/m3,部分水霧將在塔中懸浮,延長(zhǎng)了熱水與空氣的熱交換時(shí)間,充分保證熱交換;無(wú)填料噴霧塔霧化器(見(jiàn)圖1)自身具有2 次配氣孔,配氣孔的總面積達(dá)到110 cm2,吸入大量氣體后,氣液接觸更充分,有利于傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)吸收。

圖1 無(wú)填料噴霧塔霧化器結(jié)構(gòu)示意

3 改造方案及設(shè)備參數(shù)

3.1 改造方案

在不改變?cè)盍侠鋮s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(nèi)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(shè)計(jì)制造單位提供設(shè)計(jì)方案并負(fù)責(zé)安裝冷卻噴霧系統(tǒng)、收水器;循環(huán)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(xiàn)場(chǎng)黏結(jié)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(nèi)鋼質(zhì)緊固件的腐蝕,同時(shí)也延長(zhǎng)了布水管道的使用壽命,更利于冷卻塔的長(zhǎng)周期運(yùn)行;所有設(shè)備安裝完畢后對(duì)塔內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)作防腐處理。

3.2 設(shè)備參數(shù)

重新安裝收水器(型號(hào)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(hào)WHL0.012/20);新增配冷卻管道(qV≥600 m3/h),進(jìn)水管高度降低4 m。

4 改造效果

無(wú)填料噴霧塔進(jìn)出水溫差比改造前增加2 ~6 ℃(見(jiàn)表1),冷卻水量增加10%,冷卻塔阻力下降50%,進(jìn)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(wèn)題;在冷卻塔內(nèi)布置兩層直角型優(yōu)質(zhì)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(wèn)題;達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

表1 無(wú)填料噴霧塔進(jìn)、出水溫差

5 改造收益

5.1 經(jīng)濟(jì)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(fèi)用為12萬(wàn)元,人工費(fèi)用(支付外協(xié)單位)為10 000 元。磷酸廠20萬(wàn)t/a裝置填料冷卻塔共有4個(gè)室,每次更換填料費(fèi)用為52 萬(wàn)元。無(wú)填料噴霧塔改造材料費(fèi)用每室約22 萬(wàn)元,改造費(fèi)用3 萬(wàn)元,4 室共計(jì)費(fèi)用100 萬(wàn)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(fèi)用52 萬(wàn)元×4=208 萬(wàn)元,改造后可節(jié)約費(fèi)用108萬(wàn)元,平均每年節(jié)約9萬(wàn)元。

改為無(wú)填料噴霧塔后,冷卻塔4 室實(shí)現(xiàn)三開(kāi)一備,循環(huán)水能耗每小時(shí)降低約40 kW · h,按照每年運(yùn)行355 d 計(jì)算,每年節(jié)約電費(fèi)15.3 萬(wàn)元;改造后,每年直接節(jié)約費(fèi)用24.3 萬(wàn)元;由于風(fēng)阻力減小,風(fēng)量增大,根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理,風(fēng)機(jī)噪聲減小;延長(zhǎng)了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期,減少冷卻塔的檢修頻次,節(jié)省檢修勞動(dòng)力。通過(guò)本次技術(shù)改造,真正意義上實(shí)現(xiàn)裝置安全、低耗、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

5.2 社會(huì)效果

改造后,顯著減少了飄水現(xiàn)象,改善了周?chē)h(huán)境,降低了安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn);霧化器噴嘴需要排堵時(shí),只需旋開(kāi)螺紋絲口即可,簡(jiǎn)單快捷;冷卻塔4室三開(kāi)一備,更加方便日常維護(hù)管理。

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