浅谈循环水系统改造问题

尚俊法

(山西阳煤丰喜〔肥业〕集团有限公司技术中心 山西运城044100)

1 排管式水冷凝器水池溅水的处理

许多企业的排管式水冷凝器(冷排)水池在运行中四周经常溅水，尤其遇到有风的天气，溅水更加严重，一般仅采取简单的措施，即在其四周用石棉瓦或玻璃钢板挡板围住或用砖块将池壁砌高。

1.1 原因分析

排管式水冷凝器的换热过程：管内温度较高的气体与管外温度较低冷却水经过热传递，将热量传给冷却水后，使冷排管附近的空气温度升高，热空气因密度增大而变轻，热压差使冷排管附近的空气由低处向高处流动，流动的空气同时带走了冷却水部分热量，减轻了循环水冷却塔的负荷。如果冷排管内的气体温度超过100 ℃，还会有少量的冷却水汽化，这些水汽也随流动的空气上升散去。冷排水池溅水原因：①冷排水池设计偏小；②水量调节不当；③淋水槽齿形降水板有水垢，降水不均。

如果冷排水池四周被遮挡住以后，冷排管附近的空气流动性减弱，势必造成换热后的冷却水温度升高，增大了循环水冷却塔的能耗。假如 1 000 t/h的循环水，循环水温升高1 ℃，系统的水约增加4.186 8 GJ/h的热量，要移走这些热量，大约需要消耗4.186 8 GJ/h能量(折每小时耗14.286 kg标煤)，每天大约消耗100.483 2 GJ能量(折342.864 kg标煤)。如果年生产天数按300 d计，约消耗30.145 MJ能量(折10.285 9×104kg标煤)，亦是一个不小的数值。如果这些热量不被移走，将使被换热的气体体积增加1/273，会使系统产量下降、消耗增大。

1.2 处理措施

对于冷排水池溅水处理的正确措施：在水池壁四周添加宽800～1 000 mm、坡度为2%～5%的钢筋混凝土收水板或用玻璃钢瓦制作成此形式收水板，将溅水收集回流进入水池。

改进后冷排水池示意见图1。

图1 改进后冷排水池管示意

2 在冷排池上装冷却塔

有些企业在扩大循环水系统处理能力时，因场地受限，将冷却塔设置在冷排水池上方，原冷排水池改为热水池。

冷却塔的工作原理：换热器来的热水从冷却塔上部的填料层均匀淋下。经通风机抽取的空气从冷却塔的填料层自下而上通过，两者在填料层逆流接触，冷空气带走了水的热量，使热水温度降低；空气中少量的水汽遇冷空气而凝结成水，进入循环水中。

将冷却塔设置在冷排水池上后，冷排上升的湿空气被冷却塔的通风机吸入，与热水逆流接触传质、换热。而冷排上升的空气温度较高、湿度较大，使冷却塔的换热、传质效果下降，循环水温升高，能耗增大。此措施只是节省了场地，但对生产并无益处。

3 冷却塔通风机的风筒选型不慎重

传统的冷却塔通风机风筒均为双曲线形，目的是利用文丘里效应来提高冷却塔内的风速。最近几年，一些厂家推出1种新型风筒(即能量回收型风筒)，由双曲线结构变为单曲线。

根据文丘里效应的原理，气体流经风筒最窄处时，截面积减小，压强降低、速度增大；气流通过最窄处后，截面积增大，压强提高，速度下降，从而增大了冷却塔的通风量。

根据“工业循环水冷却设计规范”要求，机械通风的冷却塔、双曲线风筒扩张筒的作用：①减少冷却塔的出口动能损失；②减少出塔湿空气向塔进风口的回流。即出扩张筒的空气还具备一定的流速，这些湿空气冲向较高的空间，从而减少其又很快进入冷却塔进风口的可能。双曲线结构冷却塔示意见图2。

图2 双曲线结构冷却塔示意

所谓能量回收型风筒实际是一个单曲线风筒，取消了扩张筒，湿空气出风机后即消失了动能，无处可去，有可能又进入冷却塔进风口，从而影响了冷却塔的换热效率。单曲线结构冷却塔示意见图3。

笔者认为：单曲线风筒可以降低设备造价以及减轻冷却塔的风载负荷，但会对冷却塔的效率造成负面影响，同时缺乏可以回收能量的理论依据，应该慎重使用。

4 冷却塔水池的容积过大

冷却塔水池的容积大小应以水泵不抽空、保证水处理剂在循环水系统内允许的停留时间为标准而确定。如水处理剂在循环水系统内的停留时间太短，水处理剂与水未完全反应，起不到除垢、除藻的作用，水泵很容易抽空；如停留时间过长，则需增大水池容积，使土建投资增加。而水和水处理剂在池中的停留时间长短与冷却塔的换热效率无关。

图3 单曲线结构冷却塔示意

根据GB/T50102—2003(工业循环水冷却设计规范)的要求，水池的容积一般为系统循环水最大流量的1/3～1/5。按此推算，1 000 m3/h冷却塔的热水池或凉水池的容积为200～333 m3，水和水处理剂在池中的停留时间为12～20 min。

有的化肥企业将水池容积设计得过大，水深超过2 000 mm，水和水处理剂停留时间≥30 min，不仅使投资增大、占地面积扩大，而且造成了水池中的部分水形成滞留层，除藻剂的含量低而使藻类快速滋生，水送至冷凝器后，使水冷凝器的换热管和水池壁长满大量藻类，换热效率大幅降低，被迫增大除藻剂的用量，使除藻剂消耗增大，结果得不偿失。

5 结语

循环水系统虽然比较简单，但任何改造都必须有理论根据和科学依据。即使循环水的温度变化1 ℃，也会影响着生产的能耗，绝对不能轻视。对新技术的使用要经过认真考察、比较，并慎重使用。

(收到修改稿日期 2013-05-26)

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