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

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。