循环水冷却塔水能回收技术应用

林世强

（南宁化工股份有限公司，广西 南宁530031）

目前化工企业普遍采用的循环水冷却塔按通风方式，可分为自然通风冷却塔、机械通风冷却塔和混合通风冷却塔；按水和空气的接触方式可分为湿式冷却塔、干式冷却塔和干湿式冷却塔；按热水和空气的流动方向可分为逆流式冷却塔和横流（直交流）式冷却塔。

无论采用哪种冷却塔，循环冷却水在冷却塔内有上升、悬浮、下降三个过程。同时冷却也有顺流冷却与逆流冷却两个过程，因此与冷、干空气接触时间更长、更充分，带走的热量就更多。随着技术的发展，冷却塔由原来的填料式冷却塔改为无填料式冷却塔，空气阻力现象不存在，雾化后水与空气的接触面积远远超过填料式冷却塔水与空气的接触面积，降低了带动风机旋转的电机的功率，达到了降低运转费用和提高进出水温差的效果。南宁化工股份有限公司化合厂循环冷却水冷却塔采用的是喷雾冷却塔，虽然达到一定节能效果，但仍需要电机带动风机转动。为了达到节能降耗的目的，我公司拟采用某节能科技有限公司提供的高效反击式水轮机代替电机驱动风机，利用冷却塔设备原有的循环冷却水推动风机散热，废除在传统的冷却塔中用电机驱动风机的散热方式，省却机械减速装置和电机，从而实现“零”电能消耗新节能环保型冷却塔。

1 原有的喷雾冷却塔

1.1 喷雾冷却塔结构

我厂现采用的喷雾冷却塔，主要由冷却塔动力装置（风机、减速装置、电机、安装支架及联接件）、冷却塔塔体支架、填料支架、立柱、进出水装置、爬梯、冷却塔FRP上塔体、FRP中塔体、百页窗、冷却塔布水系统及喷雾装置（布水管、不锈钢旋流喷雾器及联接件）、冷却塔收水装置（FRP收水器、收水器支承及联接件）组成。

风机配套的减速装置机为皮带减速；风机叶片由高强度环氧玻璃钢模压成型；采用低压管式网状布水系统；喷头采用S2－5－6.7型高效低压旋流雾化装置代替传统的PVC填料，彻底克服了填料老化、变形、脆列、堵塞、沟流现象及填料碎片对工艺系统设备和管道的堵塞，冷却水雾化效果好，在0.05MPa下可将水喷射成0.25mm以内的雾滴，布水十分均匀，冷却水从喷雾装置大口径喷嘴以高速旋流形式喷出，无堵塞，不结垢，运行可靠，无需维护；冷却塔采用顺向喷雾，冷却过程具有顺流和逆流两个过程，且气水接触比表面积较传统填料塔大10%以上，冷却塔效率高。采用BO160／30型不对称收水器，通风阻力小，收水效果显著，使冷却塔风机在高速运行时，飘水损失低于0.001%；收水器采用高强FRP材质，机制成型，强度高、耐老化性能好。

1.2 喷雾冷却塔的工作原理

采用上喷型喷雾通风雾化装置，利用液力驱动，低压（0.16～0.25MPa）液流通过旋流雾化喷头产生雾流，雾流的作用力启动密封传动机构和风叶作反向旋转，产生由下部导向雾流的空气，气水比可达 1.0～1.3，雾化滴与进塔空气在雾状条件下进行热交换，以取得预期的降温效果。采用上喷型喷雾通风雾化装置改变了机械通风冷却塔的传统结构。

1.3 喷雾冷却塔特点及不足

（1）喷雾冷却塔特点：降温效果好。塔内热水在雾状条件下与进塔空气进行热交换，传热面积和气水比大，气水间的传热与传质路线长，传热与传质充分，使塔的冷却能力增强，从而使降温效果显著。

（2）喷雾冷却塔不足：需要电机带动风机转动。

2 改造后的冷却塔

2.1 冷却塔水轮机工作原理

利用冷却循环水系统中富裕水能驱动水轮机转动带动风机转动，从而取消电机和减速机实现节能。冷却塔水轮机采用涡轮增压水轮技术，利用冷却塔设备原有的循环冷却水推动风机散热。冷却塔散热系统的循环水是由冷却泵根据系统要求以特定的水压、水流量送至冷却塔内进行热交换的，因此进塔后的水流及余压，可以充分利用。送达冷却塔的冷却循环水按照一定的压力、流量流过水轮机组，从而使其获得输出功率，并驱动风机散热，完全省去风机电机，达到100%免除风机电能的目的。在安装水轮机时，可保留原有冷却塔外型结构、尺寸不改变，水轮机冷却塔的冷效、风机风速、气水比、噪声均比原有电机驱动风机冷却塔有不同程度的改善，各种技术指标均能达到冷却塔设计要求。

2.2 循环水冷却塔改造前流程

由换热设备来的热水进入热水池后，经热水泵送至冷却塔的布水器，冷却水从喷雾装置大口径喷嘴以高速旋流形式喷出，而空气由装在冷却塔塔顶的由电机带动的风机抽吸，自下而上地与热水进行充分的接触，含水汽的热空气则从冷却塔塔顶排出，热空气夹带的水滴被挡水板收集后往下流。经冷却后的水汇集至冷水池中，经冷水泵加压送至换热设备，换热后循环水再流回热水池循环使用。具体流程见图1。

2.3 循环水冷却塔改造后流程

图1 循环水冷却塔改造前流程

由换热设备来的热水进入热水池后，经热水泵送至冷却塔的布水器，冷却水从喷雾装置大口径喷嘴以高速旋流形式喷出，而空气由装在冷却塔塔顶的由水轮机带动的风机抽吸，自下而上地与热水进行充分的接触，含水汽的热空气则从冷却塔塔顶排出，热空气夹带的水滴被挡水板收集后往下流。经冷却后的水汇集至冷水池中，经冷水泵加压送至换热设备，换热后循环水再流回热水池循环使用。冷却塔改造后水轮机替代电机。

图2 循环水冷却塔改造后流程

3 冷却塔水能回收技术特点

（1）节能。利用循环水系统浪费的机械能推动水轮机带动风扇，取消配备风机用的电机，并确保水轮机安装后不另增水泵电耗，达到节能目的。

（2）高效。水轮机配备的减速器功率有富余时，可以通过增开水泵解决夏天高温救急，使冷却塔发挥最高效作用。

（3）可调节。由于水轮机靠水能推动转轮传动风机，因此，可以通过水轮机的水量调整风机转速。

（4）安全。传统冷却塔所配用的电机是在高危条件下进行工作，存在漏电伤人，火花爆炸等潜在危险。水能回收冷却塔不用电机，可在高危环境下使用，危险隐患得到极大的消除。

（5）操作简单。可以直接通过控制水泵来开停风机。

（6）减少维修费用，降低生产成本。使用水轮机的冷却塔系统故障少，以一台水轮机代替电机、减速器和传动部分，可以实现长时间无故障运行，为使用单位节省大量的维护和更换冷却塔的电机和减速器的费用和人力。

4 经济效益分析

我厂循环水系统一台冷却塔，冷却塔流量为500m3·h-1，冷却塔风机电机的功率为11kW，系统运行时间按每天使用24h，每年使用300d计算，则 改 造 后 每 年 节 电 为 ：11kW ×24h×300d＝79200kWh·a-1，电价按企业实际电费 0.7 元·kWh-1计算，每年可节能电费55440元。

5 结论

由上述分析可见，冷却塔的水能回收技术给企业带来可观的经济效益。该技术先进、切实可行；降低电耗，提高安全性；提高了技术水平；降低了生产成本。该技术在别的企业应用成功为化工企业提供了一个更经济合理与节能的方法。