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造气循环水冷却塔的优化改造与效果分析山东华鲁恒升化工股份有限公司 张哲 刘理新 李洪锋 摘要：本文介绍了一种新型循环水降温设备水分散无填料冷却塔，详细阐述了其工作原理和应用情况，对生产中存在的问题进行了评述。关键词：填料 工作原理 运行状况 喷头1. 问题的提出机械通风填料冷却塔由于具有一次投资少、施工周期短等优点，在我国氮肥企业中得到广泛的应用。我公司是一个年产合成氨48万吨的氮肥企业，其中老系统的5台3.3m造气炉循环水系统配备了三座同类型的冷却塔，处理能力分别为1#600 T/h，2#3#400 T/h。经过十几年的连续运行，降温性能呈逐年下降的趋势，表现为处理水量减小、冷却效果差、运行周期短等方面，随着操作水平的不断提高，半水煤气产量却在逐年增加，造成半水煤气温度偏高，已经成为制约夏季生产的瓶颈问题。众所周知，半水煤气温度是影响合成氨产量的重要指标的之一，因此提高冷却塔的运行效果已势在必行。2. 解决思路2.1 经计算，新增一台400 T/h机械通风填料冷却塔完全可以满足生产要求。但因为场地受限、投资较大等原因未能实施。2.2 对原有三座冷却塔进行维修，恢复其设计能力。2.3 改造为水分散无填料冷却塔。该类型冷却塔是近几年才出现的一种新产品，由于应用单位较少，要承担技术风险。原样恢复冷却塔虽然不会承担技术风险，但在冷却塔的降温性能方面也不会有太大的提高。改造为水分散无填料冷却塔的情况恰恰相反。通过对两种冷却塔的工作原理、运行效果、投资大小等方面综合考虑，我们确定执行第三种方案。考虑到我公司的某一车间曾经改造过同类型的冷却塔，但未达到设计要求。我们根据3#塔综合性能最差的现状，决定先选定改造3#塔。改造之前与厂家签订技术协议，如果达不到技术要求，厂家则无偿提供材料改为填料塔。另外通过对供货厂家的技术能力筛选，我们选择了另一家实力较强的供货单位成都华能佳源应用技术研究所。这样改造失败的风险基本就不存在了。3. 工作原理3.1 机械通风填料冷却塔的工作原理，如图1所示。循环热水由收水器下部经喷头向下喷淋，在填料层中与逆流而上的冷空气充分接触而降温。热水的降温途径主要由两个：一是接触传热过程，通过水和空气的直接接触，高温水将热量传递给低温的空气。二是蒸发传热过程，部分水由于被蒸发而带走大量的气化潜热；同时也将其它的水冷却。夏季气温较高时，冷却塔以蒸发传热的方式为主。3.2 水分散无填料冷却塔的工作原理，如图2所示。 布水管安装在风筒下部，热水经喷头底部切向进入，高速旋转后由喷头上部呈雾状喷出，接近收水器处回落。可以看出，水与空气的接触时间延长一倍，由于该种喷头雾化性能很好，液滴直径约为填料塔的1/31/4，所以换热效果明显增大。喷头结构如图3所示。4. 施工：为了节约改造费用、压缩施工时间，我们保留了原集水盘和风筒立柱。4.1 新风筒组装4.2 旧塔拆除，割开中心管、风筒下缘支撑后，整体吊下4.3 安装布水管及喷头4.4 安装风筒4.5 试车为尽量缩短施工时间对生产的影响，安排施工人员倒班作业，24小时不间断施工。从2004年9月12日7：00停车到9月13日13：00开车，共用了30小时，比厂家预计时间提前了18小时。5. 性能对比5.1 降温效果对比下表为改造前后的测试数据对比日期热水温度出水温度湿球温度风机电流9.10584126.534A9.115841.52733A9.1457332730A9.1556.53327.530A 从上表可以看出，3塔的出水温度大约下降了8,降温效果是明显的。由于风筒内没有布水填料，塔内空气流动阻力减小，风机电流下降了10左右，节约电耗的同时，现场风机运行噪音也有所降低，具体数据未测。5.2 改造费用对比 水分散无填料塔的专用喷头费用较高，但是省去了120m3PVC方格布水填料，最终与填料塔相比改造费用还是略微低一些。6. 存在问题6.1 操作问题 原来冷却塔在遇到需要调小水量时只要减小水阀门开度即可，随着水量的减小，出水温度呈下降趋势。改造后的情况就不同了，随着上水阀门开度的减小，出水温度却是逐渐升高的，原因是喷水高度逐渐下降、水的雾化性能随之降低所致。为解决这一问题，我们在集水盘上增加了一个溢流管。当循环水系统用水量减小时，多余的冷水就会从溢流管流回热水池，从而进一步增强了对循环水的降温效果。6.2 喷头堵塞问题 由于造气循环水水质差，水中颗粒性杂质含量高，主要是煤灰、木片等。水分散无填料塔喷头的最小孔径只有13mm，比原冷却塔30mm的喷头内经小了许多。因此，3塔改造投运初期，喷头几乎每天都有堵塞的现象，既影响了降温效果，又增加了疏通清理的工作量。 解决这一问题只能在喷头前面安装过滤器，但考虑到购买过滤器费用高，采购时间长。因此我们在车间内自己制作了8mm的孔板式过滤器，过滤器的底部设计了反冲洗用的排污口，安装后效果非常好，冲洗也很方便。解决喷头堵塞的同时，还净化了水质，有利于防止洗气塔、细小管道等的堵塞。7. 结束语 3塔自2004