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无填料雾化冷却塔的应用

作者 :赵臻伟更新时间:2012-11-12

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(河南天方药业股份有限公司 河南驻马店市 463003)
摘要:本文对无填料雾化冷却塔主要构型特点进行综合分析,发现该设备具有冷却效果好、运行费用低、稳定性可靠、维修费用小等特点,在应用过程中产生了良好的经济效益和社会效益。
关键词:冷却塔、高效雾化装置、冷却效果、节能

1、传统填料冷却塔的现状及存在的问题
固体制剂及小针输液生产车间原配置冷却塔各两台,单机冷却水量均为800m3/h的填料式冷却塔,主要用于夏季制冷机工艺冷却用水,其运行的效果对制冷系统是否满足车间工艺环境温度及生产成本起着关键性的作用。但由于该型号塔技术较为落后的,现在处理水量偏小,冷却塔的出水力达不到设计能力的60%,循环冷却水能力已无法满足生产需求,且设备腐蚀率高,系统能耗高,填料碎片堵塞水泵及换热器的现象严重,运行效率低下,运行成本高,严重影响生产连续稳定运行。
原冷却塔参数为:配水系统为旋转式下喷水式水管,填料采用PVC斜波纹逆流式,风筒为圆柱形玻璃钢筒。循环冷却水量为800m3/h×2台,进塔温度为42℃,实际出塔温度38-39℃,设计出塔水温为32℃,大气压力为100.4Kpa,大气干球温度为31.5℃,大气湿球温度为28℃,风机型号为LF47S,叶轮直径为Ф4700mm,风量为620 dam3/h。
1.1 填料经常老化、脆裂、变形,导致水流在塔中呈沟流和束流状态,水喷头脱落,布水不均,堵塞严重,在炎热的夏季,冷却塔的出水力达不到设计能力的60%,造成运行效率低,系统能耗等严重问题;且塔周围飘水严重,造成塔上钢结构、阀门、电机等严重腐蚀,设备腐蚀率高。
1.2 由于填料对微生物来讲,是一座巨大的温床,滋生速度极快,再进行杀菌灭藻,则微生物尸体在系统累积量大,且PVC为降解塑料,PVC单体同微生物尸体结合,产生极易沉降附着在换热器表面的淤泥,其阻热能力比硬垢还高,系统热效率很低。每年大修时,清淤工作量很大,且不易施工,有时还不得不化学清洗,则成本更高,对设备损害大,缩短设备的使用寿命;
1.3 由于塔的降温效果差,而生产装置的热负荷是一定的,则必须加大循环水量来将系统的热量带走,其水泵、风机的能耗相应增大;
1.4 填料老化、脆裂、变形严重,填料碎片堵塞水泵及换热器的现象严重,严重影响生产连续稳定运行。工艺装置的效率低下,生产成本极高;
2. 无填料雾化冷却塔的主要构型及应用特点分析
针对传统填料冷却塔的不良运行状况,我们借鉴国内外先进的相关循环冷水技术,结合其他单位的应用实践经验,对其中的两台传统冷却塔进行更新和改造,改造为800型无填料雾化冷却塔。
2.1新型无填料雾化冷却构型原理
冷却塔冷却效果决定于三个推动要素:
(一) 气水比,即单位时间内冷空气量与冷却水量的比值;
(二) 比表面积,即冷却介质冷空气和被冷却介质接触的比表面积;
(三) 热交换时间,即冷空气与冷却水的热交换时间,亦即水在塔内停留的冷却时间。
无填料雾化冷却塔采用分散理论,在大幅度降低它系统阻力、提高风量的情况下,将水在较低压力下喷射成雾状,与轴流风机抽吸的冷风在极大表面下进行充分(较长)时间的热交换;而填料塔采用成膜理论,在较大系统阻力、较小风量、较小接触面积、较短时间内进行有限的热交换。
2.2主要性能参数:
800型无填料雾化冷却塔在湿球温度t=28℃的冷却水量,其工况如下:当水温降Δt=10℃时,其进水温度t1=42℃,出水温度t2=32℃,水质要求为无大的机械杂质。其冷却水量为800m3/h,雾化装置48套,风机电机功率30kw,风量60.9(104M3/H),进水管压力70.8Kpa。


1.风机 2.收水器 3.雾化装置 4.储水池
图1. 无填料雾化冷却塔结构简图
2.3构型特点分析
2.3.1 800型无填料雾化冷却塔采用防堵型高效喷雾装置(喷头出口压力0.03Mpa),取代填料塔的填料和布水装置,使整塔几乎成为一个空塔,结构简单。
2.3.2 无填料雾化冷却塔取消填料和布水器后,将防堵型高效喷雾装置安装在进风口上沿且均匀布置,水在塔内的流向与轴流风机抽吸的冷风同向,冷却水与空气接触有顺流逆流和悬流三个过程,冷却也有顺流冷却,逆流冷却和悬流冷却三个过程。填料塔只有逆流冷却一个过程。
2.3.3 无填料雾化冷却塔通过防堵型高效喷雾装置将水喷成微小雾粒,是空气和水的微粒均匀接触,冷却面积提高近30%,填料塔是将水分布在填料上以膜状与空气接触。
2.3.4 无填料雾化冷却塔取消填料和布水器,使塔体载荷大大减小,减少了填料支撑设施,基础结构简化。
2.4无填料雾化冷却塔的运行特点
2.4.1冷却温差大、阻力小、逼近度小:
无填料雾化冷却塔取消了填料后使冷却塔的系统阻力风机的全压值降至填料塔的 57%,塔阻力降低,在风机相同的情况下,风量增至原来的120%,气水比也增至原来的120%。实践证明其气水比为900:1,填料塔为750:1。
无填料雾化冷却塔采用防堵型高效喷雾装置,在较低的压力下(装置工作压力仅为0.03-0.05MPa,进风道零平面处压力0.08-0.15 MPa),将水分散成0.3-0.7mm微小颗粒,比水被填料分散的膜状比表面积大8%,气水传热传质表面积大,能连续快速地更新传热传质表面,迅速将水流的显热和潜热带走,且布水均匀。
2.4.2无堵塞、运行稳定可靠。
无填料雾化冷却塔取消填料和布水器后,采用上喷式,将防堵型高效喷雾装置合理分布安装在进风道上沿,使水的雾粒在塔内有顺流、逆流和悬流三个过程,水在塔内的停留时间大大延长,充分保证了冷空气和水的热交换时间。无填料喷雾塔彻底的消除了因填料老化、变形、脆裂、布水喷头堵塞及冲落、填料脆片赌赛管道、水泵和热交换器等影响塔和制冷系统设备的性能。同时也避免了因堵塞而产生的死区、束流、沟流等导致冷却点温度分布不均匀,冷却效果差等现象。
2.4..3冷却水量大:
无填料雾化冷却塔系统阻力为填料塔的1/2,在冷却水量风机相同时,配套电机功率降至填料塔的70%,节能效果显著,加之消除了清洗更换填料和布水喷头的费用,运行维护费仅为填料塔的5%。在同风机同温差下,塔系统阻力减小,风量增大,冷却水量比填料塔提高10~20%。
2.5.经济效益分析
2.5.1由于无填料雾化冷却塔采用防堵型高效喷雾装置(喷头出口压力0.03Mpa),取代填料塔的填料和布水装置,使整塔几乎成为一个空塔,系统阻力风机的全压值降至填料塔的 57%,塔阻力降低,在风机相同的情况下,风量增至原来的120%,气水比也增至原来的120%
实际运行功率:
N=QHρ/(102ХηХ3600)= 1.2 Q1Х0.57H1ρ/(102ХηХ3600)=0.684 Q1 H1ρ/(102ХηХ3600)
由此可见风机节电32%左右,该塔风机配套电机为30KW,按80%有效运行功率来计算,
则每年节电:30×2台×80%×32%×24h×210d=7.74144万度
2.5.2由于冷却水温差由<8℃提高到10℃,水泵运行电流降为原来的80%,配套水泵的电机功率为55KW,则水泵电机节电:55KW×2台×75%×20%×24h×210d=8.316万度
2.5.3由于新型冷却塔的冷却水温差提高了2~3℃,制冷机在满负荷工作的情况下,冷却塔的出水温度每降低1℃,制冷机能耗下降约3-4%,则全年制冷机节电:322KW×2台×80%×8%×24h×210d=20.7728万度
全年较填料塔总节约用电约36.83万度电,按现行工业用电电费0.63元/度计,则年节约电费:23.26万元。
2.5.4传统填料塔为了保证冷却效果,一般5年内换一次填料,填料按计算为1.2万元/吨计算,塔体尺寸
8.5×8.5×1.5m高,填料的比重0.035t/m3,则更换一次填料的费用(更换填料破损率案8%计)为:
108 m3×0.0355t/m3×1.2万元/ 吨×108%×2台=9.83万元
按五年计算:每年填料费用为:1.966万元。
全年较填料塔节约的费用约为:25.23万元。同时可省去清洗、更换填料的人工费、喷头更换费、处理费、飘水及随飘水带走的药剂费等。大大的降低了生产成本,节能效果显著,具有可观的经济效益。
2.6环保效益分析:
2.6.1 由于新型冷却塔采用了专用的收水器,有效的防止飞水现象的发生,避免了液态水损失,同时也避免了冷却水中药剂的损失,由于去除填料,则系统淤泥在系统中可以消除,仅沉降在池底。保护了生态环境,节约水资源。
2.6.2 由于新型冷却塔风机静压值降低,使冷却塔的噪音比填料塔低8dB,根据空气动力学原理,风机噪音L=101gQ*H2+ΔLA 可知,风机的噪音L与阻力H的平方成正比,阻力越高,噪音越大,反之噪音越小。理论与实践证明风机的噪音比填料塔降低8 dB
3.结论
总之,本文通过对800型无填料雾化冷却塔主要结构特点的分析及其在生产运行结果表明,该设备具有结构简单、冷却效果好,降温和处理能力的运行性能稳定提高系统效率、节能效果显著等特点,且维护检修工作量和费用不到填料塔的6%,年节约费用约25.23万元,既能满足了生产的需要,节能降耗效果显著,产生了良好的经济效益和社会效益。值得进一步推广和应用。

作者简介:赵臻伟(女),工程师,制药工程硕士,从事设备工程管理及研究工作,
作者工作单位:赵臻伟 (河南天方药业股份有限公司 驻马店市光明路2号 邮编:463003)


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