节能消雾换热模块在横流冷却塔上的应用

林荣琪 金晓青

传统湿式冷却塔在冬季温度较低时会产生大量白烟，尤其是在北方。同时，其存在着蒸发损失大、结冰、雾霾因子等不良影响。为了解决此问题，经过计算、开发、试验，采用节水消雾模块取代传统填料，同时在原塔的基础上做一定的冷效及防结冰等改造，消除冷却塔“白烟”现象，同时减少水蒸发，保证冷效的同时又能防止结冰，减小雾霾因子等。

关键词：冷却塔 节水 消雾霾

冷却塔是节水消雾霾的重要设备。冷却塔通过把一部分循环水变成水蒸气，从而把工业废热散发到大气中，其中的水蒸气遇冷凝结成小水滴，导致冷却塔出风口雾气。冷却塔的进风口和出风口会有飘滴逸出，形成PM10、PM2.5颗粒，是向大气的排污现象。同时，飘滴会在进风口以及冷却塔下风向形成结冰，东北某化工厂发生过砸冰工伤事故。因此，践行低碳环保政策，节水减排消雾霾已成为我国冷却塔行业热点话题。

1 冷却塔运行中存在的主要问题

进风口结冰

黑龙江紫金铜业有限公司制氧厂共有一排10格冷却塔，设计能力为2000t/h，进水温度37℃，出水温度32℃，进塔湿球温度为28℃。在现有生产条件下，冬季冷却塔进风口结冰，出风口雾气较大。为了安全生产，践行减碳减排，在不改变塔体结构、不更换风机电机的前提下，进行了节水消雾霾的改造实验。

10格冷却塔的进风口，自上到下都有结冰（图1）。经验研判，结冰的直接原因是进风口环境温度长期低于0℃，而0℃是水结冰的温度。观察发现，填料外侧水流下降过程中有小水滴溅出，小水滴在下落过程中逐渐结冰。填料的进风口结冰不但影响进风的均匀性，降低冷却效果，也是检验进风口有无飘滴损失的利器。在日最高气温低于0℃时，只有（近）零飘滴才能在进风口不形成结冰。

冬季冷却塔出口雾气浓密

冷却塔出塔雾气是水蒸气遇冷凝结的必然现象，这一现象在号称“中国冷极”的呼伦贝尔附近尤其明显。雾气会在下风向结冰，可能导致生产事故。雾气会导致冷却塔周围居民和工人的光线受限，影响巡检的安全性以及人们的视觉（图2～3）。

2 改造实验措施

2.1 将填料更换为RP换热器

横流塔薄膜填料顶部喷淋水区域，每两片填料为一组封闭，构成RP换热器。RP换热器内，50%的空间有水流也有气流，称为湿冷空间（简称湿部）。其余空间只有气流通过，自外向内环境气流通过填料薄壁吸收邻侧的水流热量为空冷部分（简称干部）。冷却塔冬季运行时由于湿球温度降低，所需要的风量降低。同时，由于干球温度降低，空气与水流的温差增大，空冷能够完成更大的热负荷。当一部分热负荷的冷却为空冷时蒸发水量会降低，节约了蒸发水量也就相当于降低了出塔空气的水蒸气含量。空冷混新风、加热新风、降低出塔空气所需要蒸发水量，这三者共同作用可以达到冷却塔出风口减雾或消雾的目的。

2.2 冷却塔配水系统改造

将冷却塔的配水系统改造为分区布水，分为冬季配水区域和夏季配水区域。冬季运行时开启冬季配水区域，通过控制RP换热器的淋水区域从而控制换热模式（图4）。

2.2.1 RP换热器迎风侧

在水流下降扩散的过程中，优先考虑防止进风口的飘滴损失和结冰。从换热器的结构上设置有斜向下的蜂窝构造，可以保障在正常情况下的导风收水;另外，从配水系统的设计运行上，水流在下落溅散过程中不会溅落到蜂窝构造以外，也是成功防冰的一个措施。在日最高温度为-5℃以下的实验过程，在整个冬季的运行过程中，进风口没有结冰（图5～6）。

2.2.2 RP换热器中部

RP换热器的中间，优先考虑湿式冷却和气水间壁换热效果。经过理论计算以及试验，为了增加冷却效果，换热器的径深由原设计的1000mm增加到1200mm。同时配水系统也做了相应延伸，这样可使冬季消雾模式下使用更大的换热面积，夏季湿冷的模式下增加原塔的冷却效果，既保证了冬季消雾，又保证了夏季冷效。

2.2.3 RP换热器内侧和出风口

RP换热器内侧和出风口，优先考虑采用湿部饱和空气与干部干空气冷凝换热模式，同时兼顾出风口飘滴损失最小化。

改造后RP换热器的出风口湿段有明顯均匀排布的冷凝小水滴，没有大的水滴。可见出风口并没有较大的飘滴（图7）。

2.2.4 节水效果估算

通过以上对冷却塔的改造，并经2台冷却塔性能数据采集，测试数据见表1，经测算，进塔空气温度为-5℃，相对湿度为45%时，空冷热负荷占全部热负荷的30%左右，即节水率约30%。由于节水意味着排污水的降低，排污水率的降低与蒸发率的降低比例相同，排污水率可以降低30%（表1）。

对冷却塔的改造取得了良好的效果，将逐步对其余循环水场冷却塔进行改造。

3 结 论

通过对冷却塔填料和配水系统改造等措施，解决了冷却塔进风口结冰和飘滴损失问题，降低或消除了冷却塔出口雾气和飘滴损失，具有一定的节水减排效果，相信随着后续对其他循环水场冷却塔的改造，将提升企业环保形象，为蓝天白云低碳环保做贡献。

（林荣琪工作于黑龙江紫金铜业有限公司;金晓青工作于上海厦弘节能有限公司）