煤化工節能節水新突破：閉式空冷循環冷卻水系統

1.閉式空冷循環冷卻水系統

  為了響應國家節能減排政策，促進干旱地區高耗水企業的發展，濰坊恒安散熱器集團有限公司自主研制出了閉式空冷循環冷卻水系統。以創新型“閉式空冷循環冷卻水系統”替代傳統的“工業循環冷卻水系統”，以節能型水膜式空冷器或聯合式空冷器代替涼水塔，其既能保證冷卻水溫度以滿足各項工藝要求，又可長期穩定運行，還能節水、節能、減排，減少工藝設備結垢，提高工藝設備壽命。

閉式空冷循環冷卻水系統將水冷與空冷，傳熱與傳質過程融為一體，是一種新型高效節能的循環冷卻水系統。

1.1.工藝特點

  閉式空冷循環冷卻水系統用軟水或除鹽水充當冷卻水，吸收工藝換熱設備熱量，升高溫度后，進入節能型水膜式空冷器或聯合式空冷器（見下圖，簡稱空冷器）管內，先進入翅片管段（聯合式空冷器有）預冷，然后進入噴淋管段進一步被管外的空氣和噴淋水吸收熱量，降溫后由循環水泵加壓，至工藝換熱設備。軟水在閉式循環系統中循環使用，不與外界空氣接觸，完成吸熱和放熱的熱量傳遞過程。因為閉式循環軟化或除鹽水質量穩定，基本不損耗，僅補充因系統設備跑冒滴漏而損失的少量軟化水。

氣溫較高時，風機和噴淋水泵同時開啟。噴淋水泵將噴淋水送入換熱管上方的噴淋水布水系統，噴淋水向下噴向換熱管，在換熱管管外形成均勻的水膜，水膜吸收管內的熱量，并向空氣蒸發汽化。水汽化的潛熱大大超過水升溫的顯熱，故極大地強化整個傳熱過程，減少了換熱面積。由于汽化的水進入空氣，在出口處經收水器捕除夾帶的水后，穿過翅片管排入大氣。大部分噴淋水向下回落至水箱循環使用，噴淋水本身在下落的過程中，被空氣冷卻。

隨著氣溫的降低，可以減少風機和噴淋泵臺數，或通過變頻降低風機轉速來調節換熱量，維持出水溫度的穩定。通過換熱設計，可以在0℃、5℃、10℃、15℃時停開噴淋水。此時，空冷器相當于一臺引風型的干空冷。

1.2.技術優勢

  閉式空冷循環冷卻水系統與傳統工業循環冷卻水系統相比，有許多優點如下：

  閉式空冷循環冷卻水系統的優點：廠址選擇不受限制、采用空冷和水冷相結合，有效降低水耗、閉路循環，水質穩定，提高了工藝換熱設備傳熱效率和壽命、維護簡單、運轉費用低、排污量小，有利環保、電源被切斷后，仍有部分冷卻能力。

傳統工業循環冷卻水系統的缺點：廠址的選擇跟水源有很大關系、完全依靠水冷，水耗高、循環水水質不穩定，換熱設備易結垢和腐蝕、維護復雜，運轉費用高、排污量大，污水處理投資大、電源一斷，就要全部停產、

1.3.經濟優勢

按常規設計，某循環水站規模為20000m3/h，采用閉式空冷循環冷卻水系統，其設計規模、裝置投資、消耗數據等與開式循環水系統及常規閉式循環水系統相比，均具有明顯的優勢，見下表。

 注*：運行費用=藥劑費+電費+水費，其中以藥劑10元/kg、電費0.5元/千瓦時、水費12元/m3（內蒙某企業）計算。
  閉式空冷循環水系統相對傳統開式循環水系統每年可節省運行費用1513萬元，2-3年即可收回投資。

2.公司的研究成果

  多年來，為方恒安不斷堅持創新，在設計和研發人員的共同努力下，閉式空冷循環冷卻水系統也得到不斷改進，取得了如下技術成果。

  （1）采用聯合空冷，節水達到最優

  根據我國冬冷夏熱的氣候特點，為達到最佳的節水效果，通過采用濰坊恒安的專利產品聯合空冷器，降低噴淋水消耗，即夏季的時候開啟噴淋水，干空冷和濕空冷聯合運行，冬季關閉噴淋水，干空冷運行，春季和秋季則根據需要不開或少開噴淋水，并調整風量和角度。

  項目產品的實際運行經驗表明，該系統的耗水率僅為0.9%，而同等規模的傳統工業冷卻水系統的耗水率平均為2.5%。系統產品可比傳統的工業冷卻水系統節約用水30%-70%。
  （2）噴淋系統的流量調節

  現有蒸發空冷器噴淋系統的噴淋管采用主管+支管的配水形式，并且在支管上安裝有噴頭。噴淋水管系安裝的位置位于蒸發空冷器管束的上部，風與水在管束的外部呈逆流狀態。在上部管束，水與管束接觸均勻，換熱效果好。在最下部管束，因為水流的原因，水與管束的接觸不均勻，由于空氣的不飽和度和風量大的原因，水在管束下部產生分布不均并出現干點。且水從上部管束到下部管束，因吸收熱量，溫度越來越高，結垢的可能性越來越大，實際運行中也可見下部管束結垢嚴重。

  濰坊恒安通過在原有的基礎上在管束下部增加噴淋管系，對下部換熱管進行直接噴淋，防止下部換熱管束外壁出現干點，也使得下部管束的結垢得到有效的緩解，下噴淋管系的流量可通過流量調節閥進行調節；在噴淋水泵出口處增加穩壓罐，穩定噴淋系統的壓力，使得上下噴淋管因流量調節導致的系統壓力波動得到有效緩解。
  （3）引入填料，提高換熱效率

  閉式冷卻塔主要以空氣作為熱交換源，難以將冷卻介質的溫度降低至環境溫度以下。針對這一問題，濰坊恒安設計將冷卻塔填料引入閉式冷卻塔，通過降低噴淋水的溫度來增加熱交換效率---復合流閉式冷卻塔。采用該方法可將冷卻介質溫度在普通閉式空冷循環冷卻水系統的基礎上降低2-3℃，達到和開式循環冷卻水系統同樣的冷卻效果。