造气污水冷却塔技术改造

陈 伟

(福建三明三钢集团三化公司，福建 三明 365000)

1 前言

三明化工有限责任公司在热电厂内新建16 台造气炉，原造气26#造气循环水岗位地皮公司另有他用，因此26#造气循环水岗位整体搬迁;原污水系统循环水量2000m3/h，新建16台造气炉循环水量共4000m3/h，总循环水量为6000m3/h，为满足生产工艺要求，结合原污水冷却塔问题及现有冷却塔技术对热电厂两台原冷却塔处理量为2000m3/h 改造及新建一台处理水量2500T/h 的冷却塔，原水从初沉池沉淀处理后进入塔内，经冷却冷却处理后出水达到设计要求。

2 改造前电厂两台清水冷却塔存在的问题

2.1 飘零损失水量大

由于冷却塔为90年代建，使用年限长百叶窗变形严重，并严重老化，收水性能下降严重且冷却塔周围的墙体缝隙漏水严重导致冷却塔飘零损失严重。

2.2 填料严重老化

淋水填料使用年限长，填料严重老化且有部分填料脱落，碎片到循环水系统内，严重堵塞换热器。

2.3 布水不均

冷却塔布水形式采用老式布水渠，由于喷头直接安装在布水渠上且高于布水渠50mm，造成大量杂物沉积在布水渠底部且较大颗粒杂物堵塞喷头，清理难度大，容易造成布水渠布水分布不均，局部区域内的淋水填料较小，而部分填料的淋水量又较大，从而造成部分淋水量较大的填料被冲坏，影响冷却塔冷却效果。

3 热力计算

为保证改造两台冷却塔和新建冷却塔满足生产要求，通过热力学计算为冷却塔选型提供可靠依据。

3.1 原始数据

空气干球湿度:θ1=32℃;空气湿球湿度:τ=28℃;大气压力:P=99.7kpa;进水温度:t1 =50℃;出水温度:t2 =35℃;塔宽:B=17m;风量:G=2950000m3/h 冷却水量:Q=2500m3/h。

3.2 热力性能计算

3.2.1 各参数的计算公式

(1)进塔干空气密度r(kg/m3):

(3)进塔空气焓i1(KJ/kg):

式中;θ1—干球温度32℃ 得:i1=21.5 KJ/kg

(4)出塔空气焓i2(KJ/kg):

代入出水温度t2=40℃得:K =0.945Δt—水温降15℃;Cw—水的比热，Cw=4.187KJ/kg·℃得:i2=30.3KJ/kg

(5)塔内空气的平均焓im(KJ/kg):

(6)温度为t 时饱和空气焓i″(KJ/kg):

3.2.2 逆流式冷却塔热力计算基本公式

式中的积分可以采用辛普森两段近似积分公式计算:

计算交换数得:Ω=1.2;由式(A8)计算得βXV=10003;淋水填料片距为40mm。

其试验公式为1.725λ0.578;考虑工业塔与试验塔有一定的误差，故取比例系数为0.9。

则Ω1=0.9 ×1.725λ0.578=1.21;与冷却塔计算值误差不超过5%，说明冷却塔计算结果正确。这种情况下冷却水量为;故冷却塔在目前工况下能够满足Q=2500 m3/h 使用要求。

3.3 阻力计算

3.3.1 冷却塔设计参数

进风口高:h=5.0m;填料片距:40mm;风筒出口直径:10.78m;水器片距:45mm;淋水密度:q=8.7m3/m2·h;塔宽:b=17m。

3.3.2 阻力计算

(1)进风口阻力计算:

进风口阻力系数ξ1=0.55 F1=2 ×b ×h1;V1=G/3600/F1

(2)填料下雨区气流的阻力计算:

填料下雨区气流的系数ξ2=(0.1 +0.025q)B/2 =2.79;F2=2 ×b2V2=G/3600/F2

(3)水平转向进入填料的阻力计算:

水平转向进入填料的阻力系数ξ3=0.5;F3=2 ×b2V3=G/3600/F3

(4)气流在填料中的阻力计算:

根据水科所的试验报告计算，填料段的阻力为:

A =1.027 ×10－2q－1.232 ×10－2q +0.51m =－2.598 ×10－3×q2－4.062 ×10－2×q+1.917

V4=V3;ΔP4=P4=γ×A×Vm=5.155(mmh2O)

(5)布水装置的阻力计算:

布水装置的阻力系数ξ5=0.5;F布=n ×L ×bs =F5/b/b;V5=G/3600/F5;ΔP5=ξ5×γ×/2/g=0.60(mmh2O)

(6)收水器的阻力计算:

收水器的阻力系数ξ6=［0.5 +2 ×(1－F6/F3)2］×(F3/F6)2

F6=B×B－n ×δ;V6=G/3600/F6;ΔP6=ξ6×γ/2/g =0.149(mmh2O)

(7)进风口气流阻力损失计算:

进风口气流阻力系数ξ7=0.5;F7= π/4 × d2;V7= G/3600/F7

ΔP7=ξ7×γ×/2/g=1.79(mmh2O)

(8)风筒出口气流阻力损失计算:

风筒出口气流阻力系数ξ8=1;V8=G/3600/F8;ΔP8=ξ8×γ×/2/g=3.819(mmh2O)

故计算得冷却塔的总阻力ΔPz=ΔPi=18.1(mmh2O)

由上述计算可知，冷却塔阻力小于风机全压183pa，风机能满足要求。

4 改造方案

造气污水碱度高、硬度高、温度高、腐蚀性高，并且带有煤灰、絮凝剂等，容易在系统内析出结垢，所以必须选择适合造气污水的填料内件，防止其结垢、腐蚀根据原冷却塔存在问题及新建污系统水气象条件和热工性能要求，结合冷却塔现场的实际情况特作如下方案:一、现有两台2000m3/h 清水冷却塔改造，利用现有的框架、塔池、上水管、回水管、风机，对塔内填料、布水系统、收水系统改造，改造方案与新建污水冷却塔一致。二、新建一座2500m3/h 污水冷却塔。

4.1 冷却塔参数

4.1.1 气象条件:干球温度θ=32℃;湿球温度τ=28℃;年平均气压P=99.70kpa。

4.1.2 冷却塔温度差:冷却塔进水温度:t1=50℃;冷却塔出水温度:t2=35℃水温差:Δt=15℃。

4.1.3 选用风机参数:改造冷却塔两台风机型号:L80A;直径:φ=8000mm;风机风量:Q =248 ×104m3/h;电机功率:160kW;其中一台改为变频风机;新建风机型号:L92L;直径:φ=9140mm;风机风量:Q=295 ×104m3/h;电机功率:200kW;配套变频风机。

4.2 塔体结构

旧冷却塔利用原有框架，对填料内件进行改造;新建冷却塔均为(采用)钢筋混凝土框架结构。

4.3 风筒

新建风筒型式为动能回收型风筒。风筒原材料采用高质量的聚酯树脂和玻璃纤维布，防紫外线。

4.4 淋水填料及支承架

4.4.1 淋水填料。根据造气污水水质情况，本次改造采用BR 型半软性填料，材质为聚乙烯混合物一次注塑成形。该填料具有耐腐蚀、耐老化、耐生物降解，比表面积大，散热性能高，通风阻力小等优点。在使用过程中，每当上层水滴向下层填料滴落时，每个单元的填料花片都对水滴作一次重新切割分布，使布水更均匀，延长了水在填料中心的停留时间，增加热交换表面，提高了填料散热效果，长期不易堵塞，生物膜能及时脱落更新，又是降低氰化物和氨氮的最佳填料。本次选择规格直径Φ150mm，片距40mm，有效长度3000mm，每片填料重量为5 克，中心套管为0.4 克，中心绳为304 不锈钢丝，直径为Φ0.8mm。

4.4.2 填料的支承架。根据冷却塔现有的结构和造气污水水质的特点，塔内材料应采用不锈钢，玻璃钢塑料制品。本方案建议采用固定式钢构支承架，所有材料采用304 不锈钢。

4.5 配水槽

4.5.1 冷却塔布水系统为管式与槽式相结合的布水方式。两根DN450 进水管与主布水槽连接;主布水槽分出10 根支布水槽，每根支布水槽两侧都配有三溅式喷头。支布水槽与一根平压槽连接，整个布水系统形成环路;平压槽设有1 根DN150 排污管，方便污泥排出。

4.5.2 布水管及布水槽材质均为高强度玻璃钢，采用法兰和玻璃钢连接，螺栓均为不锈钢，材质为304。

4.5.3 布水槽设有可拆卸的玻璃钢盖板，并用不锈钢螺栓锁紧，以防水溢出。

4.6 喷头

喷溅装置是冷却塔配水均匀的首要部件之一，其功能发挥良好与否，直接影响全塔配水均匀程度，影响塔的冷效。根据处理水量和配水槽的分布，确定喷头所需的数量。根据实际情况，选用三溅花篮式喷头，材质ABS 工程塑料，规格D40，因该喷头无需压力，不堵塞，布水均匀，服务面积大，适用配水槽和机力通风塔。

4.7 收水器

在冷却塔中，由于布水装置和填料的作用产生一定数量的细小水滴，在运行过程中被上升气流夹带而飘出塔外，造成环境的污染和循环水量的损失，所以本次改造中，选用多波双功能收水器。该收水器具有收水和导水的双重功能。采用改性PVC、阻燃，厚0.6mm，质轻，阻力少，除水效果好，拆装方便，抗冲击，耐老化，耐腐蚀，飘水损失十万分之一。

4.8 进风口

进风形式采用两面进风。进风口上部设置玻璃钢导风板，减少塔内涡流及阻力，使气流可以更通畅。很好的克服了冷却塔进风口上角引起的尖端效应，使进风口上侧涡流区缩小，提高了冷却塔的冷却效果。

进风口处设置玻璃钢材质的导水板，减少塔内水下落时外溅及减少气流涡流及阻力，使填料面配风均匀气流可以更通畅。很好地克服了冷却塔进风口上角引起的尖端效应，使进风口上侧涡流区缩小，提高了冷却塔的冷却效果。

5 效果

5.1 改造后污水循环水系统最高时进口温度52℃，出水水温35℃进出口温差17，℃平均温差在12—17℃，悬浮物:≤35mg/l;供水压力:0.28～0.40Mpa;实际最高时运行循环水量4500 m3/h;从生产运行后数据可以看出，改造后冷却塔均达到设计要求，满足生产需求。

5.2 布水装置使用寿命原来老系统3—4年，提高到10—15年;污水循环水系统为腐蚀性水质，塔内材质均采用防腐材质，延长冷却塔的使用年限，保障了系统长周期、安全、稳定运行。

5.3 由于污水系统悬浮物较多，布水槽内容易沉积污泥，现加装了排污管，可以及时清理槽内污泥，防止污泥堵塞喷头，确保布水均匀。

5.4 三台冷却塔风机中有二台改为变频风机，节电效果明显，特别是在低气温月份(11月—3月)每台风机预计可节约电耗20%，2 台风机节约电耗=(160kwh +200)×24h ×150天×20% =259200kwh;除此之外采用变频调速装置后，风机启动时可以从0 转/分逐渐平稳的升到所需转数，减少了电机直接起动损耗、启动冲击和机械摩擦、震动，延长电动机使用寿命且风机在变频状态工作，风机转速降低，减少了减速箱的磨损，延长设备使用寿命。

6 结束语

2010年6月份污水冷却塔运行到现在，冷却塔一直运行良好，水温差新系统对比劳系统得到了较大的提高，系统阻力小，布水均匀;随着厂内对节电越来越重视，污水循环水系统原旧水泵改为节能水泵后，上塔压力下降，造成各个塔池之间的水量不均，如关上塔阀调节，则会造成供水量不足，因此如何控制节电和水压之间的平衡是我们下一步攻关的重点。