无填料喷雾塔在循环水冷却过程中的应用

张存康，冯伟珍，严达攀

（云南云天化云峰化工有限公司，云南 宣威 655413）

1 改造前20万t/a磷酸装置循环水冷却塔运行状况

云南云天化云峰化工有限公司20 万t/a 磷酸装置循环水冷却塔为填料型抽风式，共有4 个室，每个室冷却水量为1 200 m3/h，其主要功能是将热水喷洒在塔内填料上形成水膜，通过水膜与空气的热交换使热水冷却。由于填料塔运行时间过长，填料老化、破碎造成通道堵塞，塔内出现沟流、束流等布水不均现象，循环水冷却前后温差只有6 ～9 ℃，严重影响装置生产负荷；磷酸循环水从冷却塔上部流下，由于其中含有大量杂质，在冷却过程中，杂质由于过饱和在填料上析出，堵塞填料，当积聚的杂质达到一定量后填料不能承受这个重量，会有断裂、塌陷的风险。填料老化、破碎堵塞通道也会造成填料塔阻力增大，增加循环水泵运行电耗；同时造成冷却塔风扇带水严重，导致周围道路湿滑和环境较差，增加了安全环保风险。方格填料的使用寿命一般只有3 年左右，运行成本较高。改用无填料喷雾塔，可一次性解决填料冷却塔存在的一系列问题。

2 填料冷却塔的缺点和无填料喷雾塔的优点

2.1 填料冷却塔的缺点

（1）在填料的选择上存在着通风阻力与散热的矛盾，即散热能力好的填料通风阻力大，通风阻力小的填料散热能力又差。（2）随着运行时间的延长，尤其在水质恶劣的情况下运行时，水中的钙镁无机盐及微生物不断黏附在填料上，堵塞填料，增大气流阻力，影响散热效果，使冷却能力下降。（3）选用的填料为塑料方格填料，塑料填料易变形、压陷、老化、破碎导致通道堵塞，冷却能力下降，需要定期更换填料，运行成本高。（4）当冷却水淋在填料上时，水的表面积固定，增大淋水密度时，水膜增厚，甚至形成雨滴落下，使气流阻力急剧增加，严重影响冷却效果。

2.2 无填料喷雾塔的优点

无填料喷雾塔不用填料，所以传统填料冷却塔因使用填料而产生的问题不复存在，省去了频繁更换填料的费用，降低了运行成本。无填料喷雾塔采用直式喷嘴，降低了通风阻力，增大了进塔空气量。在填料塔中，填料阻力占总塔阻力的40% ～50%，使用无填料喷雾塔，即可使总塔阻力下降40%～50%，风量增大，提高冷却效果。无填料喷雾塔热水成雾状喷出，散热面积增大。喷雾冷却时，进口水管降低4 m，在压力不变的条件下，喷射高度一般在3.5～4.0 m，热水有顺流和逆流2 个冷却过程，使热水冷却更充分，同时在压力为0.15 MPa 时，液态介质被分散的最小粒径在1 mm 左右，粒质量0.523 3 mg 左右，比表面积达4 500～5 500 m2/m3，部分水雾将在塔中悬浮，延长了热水与空气的热交换时间，充分保证热交换；无填料喷雾塔雾化器（见图1）自身具有2 次配气孔，配气孔的总面积达到110 cm2，吸入大量气体后，气液接触更充分，有利于传热、传质和化学吸收。

图1 无填料喷雾塔雾化器结构示意

3 改造方案及设备参数

3.1 改造方案

在不改变原填料冷却塔框架情况下，拆除原方格填料以及收水器、布水器、喷头等；在塔内原填料横梁层安装玻璃钢格栅及新的配水管道，必须保证管道中心高度在同一水平上；由设计制造单位提供设计方案并负责安装冷却喷雾系统、收水器；循环水呈酸性，冷却塔布水管选用缠绕式玻璃钢管道，各玻璃钢管连接处采用现场黏结的方式，与雾化器装置连接处采用耐酸碱腐蚀的聚丙烯（PP）塑料螺栓连接，避免了塔内钢质紧固件的腐蚀，同时也延长了布水管道的使用寿命，更利于冷却塔的长周期运行；所有设备安装完毕后对塔内钢结构作防腐处理。

3.2 设备参数

重新安装收水器（型号SUHL160×45，190 m2/室）；每室新安装1 套雾化装置（由80 套喷头组成，型号WHL0.012/20）；新增配冷却管道（qV≥600 m3/h），进水管高度降低4 m。

4 改造效果

无填料喷雾塔进出水温差比改造前增加2 ～6 ℃（见表1），冷却水量增加10%，冷却塔阻力下降50%，进水管位置降低4 m，阻力降低0.04 MPa，彻底解决填料老化、破碎造成的通道堵塞和布水不均问题；在冷却塔内布置两层直角型优质改性PVC收水器，其一层的高度及收水效果都是变通波形收水器的1.5 倍，可有效解决飘水问题；达到节能降耗的效果。

表1 无填料喷雾塔进、出水温差

5 改造收益

5.1 经济效果

改造前，填料冷却塔要保证冷却能力，方格填料必须3年更换一次，每室填料费用为12万元，人工费用（支付外协单位）为10 000 元。磷酸厂20万t/a装置填料冷却塔共有4个室，每次更换填料费用为52 万元。无填料喷雾塔改造材料费用每室约22 万元，改造费用3 万元，4 室共计费用100 万元。雾化喷头的使用寿命一般为12 年。12 年需要更换填料4 次，费用52 万元×4=208 万元，改造后可节约费用108万元，平均每年节约9万元。

改为无填料喷雾塔后，冷却塔4 室实现三开一备，循环水能耗每小时降低约40 kW · h，按照每年运行355 d 计算，每年节约电费15.3 万元；改造后，每年直接节约费用24.3 万元；由于风阻力减小，风量增大，根据空气动力学原理，风机噪声减小；延长了设备运转周期，减少冷却塔的检修频次，节省检修劳动力。通过本次技术改造，真正意义上实现装置安全、低耗、经济稳定运行。

5.2 社会效果

改造后，显著减少了飘水现象，改善了周围环境，降低了安全环保风险；雾化器喷嘴需要排堵时，只需旋开螺纹丝口即可，简单快捷；冷却塔4室三开一备，更加方便日常维护管理。