冷却塔与节能

冷却塔与节能摘要:回顾了冷却塔的发展历程,从冷却塔设计时工艺参数的选择、气动特性的优化、老塔的挖潜改造、风机的选型与匹配等方面,阐述了冷却塔的节能方法,认为老塔的挖潜改造和水泵扬程的正确选取是冷却塔节能的重要方面。关键词:冷却塔;节能;循环冷却水中图分类号:TU991.42文献标识码:B文章编号:!1009-2455(2006)增刊-0021-04李德兴(上海科利源环保工程设备有限公司,上海200070)19世纪初,随着石油加工业和发电业的发展,自然通风塔的冷却能力越来越不能满足需求,导致了机力鼓风式冷却塔的诞生,这在当时可以说是冷却塔工业在技术上的一次重大突破,也是现代机力通风冷却塔的奠基。由于鼓风式冷却塔出口风速较低,排出的接近饱和的潮湿空气很容易受到外界影响而回流到冷却塔内,降低了冷却塔效率,因此机力抽风冷却塔在30年代末期开始出现并流行至今。机力抽风可分为横流、逆流和混流。如果按热力和空气接触方式分有:湿式冷却塔、干式冷却塔及干湿冷却塔。近几年进入市场的还有:①流力冷却塔:无风机,有填料,在文丘里室内喷射诱导抽风。②喷雾推进通风冷却塔:无风机,无填料,水力驱动喷嘴旋转及喷射配水。③水动风机冷却塔:水轮机驱动风机转动取代电机。④机力喷射冷却塔:无填料,有风机辅助抽风,又称为节能无填料冷却塔,该塔综合功耗较通常的填料冷却塔低。从上述冷却塔进展历程来看,推动冷却塔技术发展有二个因素:一是市场的需求;二是为了进一步提升效率节省能耗。例如:五六十年代横逆流冷却塔的运用各有所好,从70年代中期起,石油、化工行业新建冷却塔几乎清一色的横流塔,不久爆发的能源危机,使冷却塔工业面临着严峻的考验。为了节约能源,需要大幅度降低冷却塔的能耗,薄膜填料在这种背景下应运而生。到90年代初,新建的工业用冷却塔几乎又是清一色的逆流塔,就因为它比横流冷却塔节能。喷射塔等的出现,除了为寻找一种新的冷却方式外,更重要的是希望提升冷却效率和节约能耗。但亦可能是这些新式的冷却设备还不能在节能这个关键环节上体现出其优越性,所以将近半个世纪来,它的进展并不是很快,从这里可以看到冷却技术的发展和节能的内在联系。1冷却塔与节能工业冷却水80%以上采用循环冷却水,每冷却10000m3/h水(Δt=10℃)时,水泵及风机的耗电每年约六七百万度。就全国范围来说,这个电耗十分可观,给冷却塔的节能留下很大的空间,也提出迫切的期望。据保守的测算,全国每年新增循环水量约为5亿m3,则每年约耗电3亿度。倘若每一位冷却塔工作者(用户、研发、设计与产品制造方)都能着眼于节能,相信冷却塔的品质能空前的提升,节能的效果也会不可估量的。本人仅从几个习以为常的设计环节上去探索节能的可行性。1.1冷却塔工艺设计参数的选择冷却塔工艺设计参数流量Q,进水温度t1,出水温度t2,气象湿球温度τ1,干球温度θ1等的确定决定了冷却塔的造价和能耗的规模,一般情况下气象参数的选择是按不利的气象条件下,根据不同行业习惯,分别考虑保证率为97.3%(即最热10d昼收稿日期:2006-09-26工业用水与废水INDUSTRIALWATER&WASTEWATERVol.37增刊Nov.,2006·21·工业用水与废水INDUSTRIALWATER&WASTEWATERVol.37增刊Nov.,2006夜平均值除外)和保证率为98.6%(最热5d昼夜平均值除外),作为冷却塔热力计算的干球温度θ1和湿球温度τ1,但因为顾及每年最不利气温的那几天,而导致冷却塔高度增加,横截面积加大,造价增加,及常年操作及能耗的长年浪费。从图1的温焓图中可见,设t1-t2=t1′-t2′,提高τ1值为τ1′,采用相同的气水比(λ),即两操作线有同样的比率,虽然冷却范围相同,排除工艺热负荷相同,但由于入口空气状态不相同,t2-τ1亦不同于t2′-τ1′,饱和曲线和操作线h1′-h2′间面积大为减少,因此所得推动力较小,冷却塔的造价增加,常年的管理费和能耗增加,也可以说是浪费能源。有时还将湿球温度再提高0.5～1.0℃,作为冷却塔周围小气候的影响。这从冷却塔的安全运行而言,可以理解,但从常年的能量浪费来看,它加剧了非控温时段能量的浪费额度。建议采取其它途径来克服为数不多的时段气温高出设计值时冷却塔水温超标的问题,这就要求我们从节能这一命题出发,从新研究作为冷却塔工艺计算的重要手段,即τ1和θ1的选用频率慎重考虑,是否可以配套调速风速甚至于设备用塔以满足高温时段的要求,反过来气温较低时亦可减少风量,或停运某组套,以达到节能的目的,又满足了工艺生产的需要,这就需要进行详尽的技术经济分析比较来确定。此外,冷却塔的进水温度t1和出水温度t2与工艺介质的温度及换热器的设计有关,t1和t2是热量设备中的温差驱动力,而t2-τ1对冷却塔效率的发挥和能耗大小关联