煤化工節(jié)能節(jié)水新突破：閉式空冷循環(huán)冷卻水系統

1.閉式空冷循環(huán)冷卻水系統

  為了響應國家節(jié)能減排政策，促進干旱地區(qū)高耗水企業(yè)的發(fā)展，濰坊恒安散熱器集團有限公司自主研制出了閉式空冷循環(huán)冷卻水系統。以創(chuàng)新型“閉式空冷循環(huán)冷卻水系統”替代傳統的“工業(yè)循環(huán)冷卻水系統”，以節(jié)能型水膜式空冷器或聯合式空冷器代替涼水塔，其既能保證冷卻水溫度以滿足各項工藝要求，又可長期穩(wěn)定運行，還能節(jié)水、節(jié)能、減排，減少工藝設備結垢，提高工藝設備壽命。

閉式空冷循環(huán)冷卻水系統將水冷與空冷，傳熱與傳質過程融為一體，是一種新型高效節(jié)能的循環(huán)冷卻水系統。

1.1.工藝特點

  閉式空冷循環(huán)冷卻水系統用軟水或除鹽水充當冷卻水，吸收工藝換熱設備熱量，升高溫度后，進入節(jié)能型水膜式空冷器或聯合式空冷器（見下圖，簡稱空冷器）管內，先進入翅片管段（聯合式空冷器有）預冷，然后進入噴淋管段進一步被管外的空氣和噴淋水吸收熱量，降溫后由循環(huán)水泵加壓，至工藝換熱設備。軟水在閉式循環(huán)系統中循環(huán)使用，不與外界空氣接觸，完成吸熱和放熱的熱量傳遞過程。因為閉式循環(huán)軟化或除鹽水質量穩(wěn)定，基本不損耗，僅補充因系統設備跑冒滴漏而損失的少量軟化水。

氣溫較高時，風機和噴淋水泵同時開啟。噴淋水泵將噴淋水送入換熱管上方的噴淋水布水系統，噴淋水向下噴向換熱管，在換熱管管外形成均勻的水膜，水膜吸收管內的熱量，并向空氣蒸發(fā)汽化。水汽化的潛熱大大超過水升溫的顯熱，故極大地強化整個傳熱過程，減少了換熱面積。由于汽化的水進入空氣，在出口處經收水器捕除夾帶的水后，穿過翅片管排入大氣。大部分噴淋水向下回落至水箱循環(huán)使用，噴淋水本身在下落的過程中，被空氣冷卻。

隨著氣溫的降低，可以減少風機和噴淋泵臺數，或通過變頻降低風機轉速來調節(jié)換熱量，維持出水溫度的穩(wěn)定。通過換熱設計，可以在0℃、5℃、10℃、15℃時停開噴淋水。此時，空冷器相當于一臺引風型的干空冷。

1.2.技術優(yōu)勢

  閉式空冷循環(huán)冷卻水系統與傳統工業(yè)循環(huán)冷卻水系統相比，有許多優(yōu)點如下：

  閉式空冷循環(huán)冷卻水系統的優(yōu)點：廠址選擇不受限制、采用空冷和水冷相結合，有效降低水耗、閉路循環(huán)，水質穩(wěn)定，提高了工藝換熱設備傳熱效率和壽命、維護簡單、運轉費用低、排污量小，有利環(huán)保、電源被切斷后，仍有部分冷卻能力。

傳統工業(yè)循環(huán)冷卻水系統的缺點：廠址的選擇跟水源有很大關系、完全依靠水冷，水耗高、循環(huán)水水質不穩(wěn)定，換熱設備易結垢和腐蝕、維護復雜，運轉費用高、排污量大，污水處理投資大、電源一斷，就要全部停產、

1.3.經濟優(yōu)勢

按常規(guī)設計，某循環(huán)水站規(guī)模為20000m3/h，采用閉式空冷循環(huán)冷卻水系統，其設計規(guī)模、裝置投資、消耗數據等與開式循環(huán)水系統及常規(guī)閉式循環(huán)水系統相比，均具有明顯的優(yōu)勢，見下表。

 注*：運行費用=藥劑費+電費+水費，其中以藥劑10元/kg、電費0.5元/千瓦時、水費12元/m3（內蒙某企業(yè)）計算。
  閉式空冷循環(huán)水系統相對傳統開式循環(huán)水系統每年可節(jié)省運行費用1513萬元，2-3年即可收回投資。

2.公司的研究成果

  多年來，為方恒安不斷堅持創(chuàng)新，在設計和研發(fā)人員的共同努力下，閉式空冷循環(huán)冷卻水系統也得到不斷改進，取得了如下技術成果。

  （1）采用聯合空冷，節(jié)水達到最優(yōu)

  根據我國冬冷夏熱的氣候特點，為達到最佳的節(jié)水效果，通過采用濰坊恒安的專利產品聯合空冷器，降低噴淋水消耗，即夏季的時候開啟噴淋水，干空冷和濕空冷聯合運行，冬季關閉噴淋水，干空冷運行，春季和秋季則根據需要不開或少開噴淋水，并調整風量和角度。

  項目產品的實際運行經驗表明，該系統的耗水率僅為0.9%，而同等規(guī)模的傳統工業(yè)冷卻水系統的耗水率平均為2.5%。系統產品可比傳統的工業(yè)冷卻水系統節(jié)約用水30%-70%。
  （2）噴淋系統的流量調節(jié)

  現有蒸發(fā)空冷器噴淋系統的噴淋管采用主管+支管的配水形式，并且在支管上安裝有噴頭。噴淋水管系安裝的位置位于蒸發(fā)空冷器管束的上部，風與水在管束的外部呈逆流狀態(tài)。在上部管束，水與管束接觸均勻，換熱效果好。在最下部管束，因為水流的原因，水與管束的接觸不均勻，由于空氣的不飽和度和風量大的原因，水在管束下部產生分布不均并出現干點。且水從上部管束到下部管束，因吸收熱量，溫度越來越高，結垢的可能性越來越大，實際運行中也可見下部管束結垢嚴重。

  濰坊恒安通過在原有的基礎上在管束下部增加噴淋管系，對下部換熱管進行直接噴淋，防止下部換熱管束外壁出現干點，也使得下部管束的結垢得到有效的緩解，下噴淋管系的流量可通過流量調節(jié)閥進行調節(jié)；在噴淋水泵出口處增加穩(wěn)壓罐，穩(wěn)定噴淋系統的壓力，使得上下噴淋管因流量調節(jié)導致的系統壓力波動得到有效緩解。
  （3）引入填料，提高換熱效率

  閉式冷卻塔主要以空氣作為熱交換源，難以將冷卻介質的溫度降低至環(huán)境溫度以下。針對這一問題，濰坊恒安設計將冷卻塔填料引入閉式冷卻塔，通過降低噴淋水的溫度來增加熱交換效率---復合流閉式冷卻塔。采用該方法可將冷卻介質溫度在普通閉式空冷循環(huán)冷卻水系統的基礎上降低2-3℃，達到和開式循環(huán)冷卻水系統同樣的冷卻效果。