蒸发式空冷器
高炉蒸发式空冷器结垢原因分析及运行管理改进
高炉蒸发式空冷器结垢原因分析及运行管理改进
申校忠覃振林方志军
江阴兴澄特种钢铁有限公司，江苏江阴214429
[摘要]蒸发空冷器容易在冷却管束上形成污垢，从而影响换热效率。
通过采取调整工艺运行参数，提高供水流量，调整布水状况，增加软水补充，严格控制循环水水质指标，采用高效、环保水处理药剂，实施科学运行管理，确保了蒸发式空冷器安全高效运行。
蒸发式空冷器；高浓缩倍数运行；出现污垢的问题；运行管理改进
TK223B1006-6764(2012)03-0064-03
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SH EN X i ao-zhong T A N Zhe n-l i n FA N G Zhi-j un
．2012年第3期总第151期
2011-11-22作者简介：刘生沛（1970-），男，1993年毕业于太原工业大学给排水专业，本科学历，工程师，现从事企业给排水技术管理工作。
2011-11-21作者简介：申校忠（1975-），男,1996年毕业于扬州大学给排水专业，工程师，现从事水处理技术管理工作。
表面蒸发式空冷简介
表面蒸发空冷器的工作原理表面蒸发空冷器是一种将水冷与空气冷却、传质传热过程融为一体的高效冷凝冷却设备。
其工作原理，是用泵将下部贮水池中的循环水输送到位于水平放置的光管(或翅片管)管束上方的喷淋分配器，由分配器的喷嘴将冷却水向下喷淋道热管表面，使管外表面湿润并形成连续的水膜。
同时用风机将空气从设备的下部空气吸入窗吸入，自下而上掠过管束。
传热过程一方面依靠水膜与空气间的显热传递来进行；另一方面利用管外水膜的迅速蒸发来强化管外传热。
由于水的汽化潜热很大，水膜的蒸发强化管外表面的传热，使设备总体传热效率较单纯的空冷器或水冷器高许多。
表面蒸发空冷器结构特点：将冷却塔和列管式换热器合为一体，省去了单独的循环水系统，减少了设备的占地面积。
采用光管作为传热管，可大大降低设备的一次性投资。
亦可使用翅片管进一步强化传热。
光管阻力小，风机负荷相应降低。
表面蒸发空冷器传热特点：（1）、表面蒸发空冷器适用于入口温度低于80℃的介质的冷凝冷却，冷后介质出口温度，可接近于环境湿球温度。
（2）、表面蒸发空冷器能同时利用冷却水的潜热和显热。
传热效果比水冷器提高34%。
关于优点：1.表面蒸发空冷由于利用汽化潜热，水的汽化潜热约2400kJ/kg，而壳管式冷凝器中冷却水温升10℃，水只能带走约42kJ/kg 的热量，理论上表面蒸发空冷耗水量只有壳管式的1%～2%，考虑蒸发式冷凝器的效率，实际耗水量约为5%～10%，节水显著。
2.表面蒸发空冷排热能力的大小取决于湿球温度，理论上与干球温度无关，而湿球温度相对稳定，因此夏季运行稳定，对系统是非常有好处的。
关于缺点：1.在喷水时，如果换热管外表金属温度较高（好像是超过70℃），水中的钙、镁离子变成钙、镁盐而结垢影响换热。
需要定期除垢，并且净化水质。
2.空气质量较差，固体颗粒物较多容易使管束结垢。
3.酸雨严重的地区对管束的耐腐蚀性是一个考验。
主要生产厂家：西安大秦，兰州长征，东北的鞍冷，西安化机重庆天瑞化工、兰化机。
蒸发式冷风扇工作原理
蒸发式冷风扇工作原理
蒸发式冷风扇的工作原理是利用水的蒸发过程来实现降温的效果。
首先，蒸发式冷风扇内部有一个水箱，水箱中注入了适量的水。
当风扇开启时，水会被抽送到风扇的顶部，形成一个水帘。
接下来，风扇通过电机将外界的空气吸入，并通过一个湿帘进行冷却。
湿帘通常由特殊的纤维材料制成，上面有数百个小孔。
这些小孔能够将通过湿帘的水蒸发进入空气中。
在蒸发的过程中，水分子通过吸热而从液态转变为气态，从而带走了周围空气的热量。
这使得通过湿帘的空气温度下降，并达到降温的效果。
最后，经过冷却的空气通过风扇排出，吹向人体，给人带来凉爽的感觉。
蒸发式冷风扇的原理类似于人体出汗的过程。
当人体出汗时，汗水蒸发会带走体表热量，从而达到散热的效果。
蒸发式冷风扇通过相同的原理，利用水的蒸发来实现空气的降温。
直接蒸发式空气冷却器-
直接蒸发式空气冷却器这类蒸发器通过制冷剂的蒸发直接冷却房间或冷藏间的空气，达到冷却降温的目的，所以称为直接蒸发式空气冷却器，以区别于采用载冷剂的空气冷却器。
用于冷却空气的蒸发器可分为自然对流和强制对流式两大类，自然对流式常称为蒸发排管，广泛使用于冷库，如墙排管、顶排管等，常用于冻结物冷藏间。
强制对流式的空气冷却器称为冷风机，冷风机常用于冷库冻结间等冷间。
一、冷风机冷风机是强制空气循环的冷却设备，按其安装位置可分为落地式与吊顶式两大类。
落地式冷风机按其适用范围又分三种型号，共十几种规格，KLD型适用于冻结物冻藏间，KLL 型适用于冷却物冷藏间，KLJ型适用于冻结间。
这三种型号冷风机的结构基本相同，只是在全风压与空气循环量上有所差别。
吊顶式和落地式冷风机的外形如图6—3所示，技术参数见表6—1，外形尺寸见表6—2。
吊顶式风机装在库房平顶之下，不占用冷间面积，常用于冻结间与冷却间。
吊顶式冷风机型号全国也不统一，多个厂家生产的吊顶式冷风机有DDKLD—FA和SDKLJ—FB型两种型号，有关技术数据见表6—3。
用于氟利昂系统的吊顶式冷风机，有武汉冷冻机厂生产的DL—F型，冷却面积25m2和45m2及150m2三种规格，上海第一冷冻机厂生产的GL—F型，冷却面积由60m2到230m2五种规格。
具体技术数据可参见有关资料。
图6—3 冷风机外形图a）吊顶式b）落地式干式冷风机性能表6—1* 6为风机号，4为叶片数，20为叶片的角度。
冷风机外形尺寸表6—2吊顶式冷风机技术参数表6—3二、蒸发排管蒸发排管根据管道材料有无缝钢管和铝管两类。
传统的冷却排管多用光滑管，一般采用Φ38×2.5、Φ45×2.5、Φ57×3.5等规格的无缝钢管制做，用L50×5角钢加固，管卡采用Φ8圆钢制成U型或L型卡钩，加固角钢的间距为3000mm，两端角钢外侧的排管长度一般不超过500mm。
铝管制作的蒸发排管多用规格为Φ21、Φ25、Φ28或Φ32 mm的铝合金管，管外表面有2～3条加强型换热翼片。
蒸发式空冷器使用说明书
蒸发式空冷器操作使用说明蒸发式空冷器操作使用说明安装、使用和维护本设备前，应仔细阅读本使用说明书！一、作用与用途蒸发式空冷器是甲醇（合成氨）生产系统装置中冷却换热设备的最新换代节能产品，它是甲醇（合成氨）生产系统装置中的主要换热设备之一。
又称甲醇（合成氨）冷却器。
蒸发式空冷器的作用是通过冷却盘管的蒸发换热和冷却翅片的空气换热，将生产系统装置中的高温高压气体进行冷却或冷凝成液体、或对较高温度的液体进行冷却。
从而达到生产工艺的要求。
蒸发式冷却器主要应用于甲醇、合成氨等生产系统的合成工序、精馏工序、压缩及变换工序、冰机系统、蒸汽冷凝等关键工艺过程。
分为压缩机级间冷却、甲醇（合成氨）合成气冷却冷凝、甲醇精馏工序冷却（冷凝）、天然气或焦炉煤气转化工序气体冷却、净化工序冷却（冷凝）等。
为年产10万吨及以下、18万吨及以下、30万吨及以下成套设备。
蒸发式空冷器系列产品还适用于炼油、化工、冶金、制冷、轻工、电力、食品、饮料等行业。
二、产品结构与工作原理蒸发式空冷器由空冷式冷却翅片部件、蒸发式冷却盘管部件、水箱及自动补水喷水和水处理装置（包括水泵、自动补水浮球阀、专用喷嘴等）、进风百页窗及轴流风机和自动变频控制器装置（包括进口变频控制器、大口径轴流风机）、热浸锌底座及框架、静电喷塑外壳、工艺管口等组成（见图一）。
采用不锈铝或热浸锌翅片、304不锈钢无缝钢管或10＃碳钢无缝钢管热浸锌、钢板为热镀锌板或冷轧钢板静电喷塑，水泵、风机配套电机采用防爆户外型，所有螺栓及固定件均进行防腐防锈处理。
蒸发式空冷器是以水和空气为冷却介质，利用循环冷却水的蒸发潜热和含水蒸气的空气带走被冷却（冷凝）气体中或被冷却液体中的热量。
工作时循环冷却水由水泵送至冷却盘管部件上部的喷淋水管中，经喷嘴均匀地喷淋在冷却盘管的外表面，形成一层很薄的水膜。
高温高压气体或高温液体从盘管部件和翅片部件上部集管进入，分配给每一根冷却管，冷却管内的热量通过管壁传给管外表面的水膜，使水膜蒸发，从而实现热量的交换。
闭式冷却塔的介绍
闭式冷却塔的介绍闭式冷却塔（也叫蒸发式空冷器、密闭式冷却塔或封闭式冷却塔）是将管式换热器置于塔内，通过流通的空气、管外喷淋水与管内循环水的热交换保证降温效果。
由于循环水是管内闭式循环，其能够保证水质不受污染，很好的保护了主设备的高效运行，提高了使用寿命。
外界气温较低时，可以停掉喷淋水系统，起到节水效果。
闭式冷却塔实际上是一种蒸发式冷却塔，冷却器和湿式冷却塔的组合，它是卧式的蒸发式冷却塔，工艺流体在管内流过，空气在管外流过，两者互不接触。
闭式冷却塔是传统冷却塔的一种变形和发展。
塔底蓄水池内的水由循环泵抽取后，送往管外均匀地喷淋下来。
与工艺式流体热水或制冷剂和管外空气并不接触，成为一种闭式冷却塔，通过喷淋水增强传热传质的效果。
闭式冷却塔的分类：按水流方向与风向不同可分为：逆流式闭式冷却塔、横流式闭式冷却塔、混流式闭式冷却塔。
按外壳材质不同可分为：镀锌钢板闭式冷却塔、镀铝锌板闭式冷却塔、不锈钢闭式冷却塔、玻璃钢闭式冷却塔等。
按换热器材质不同可分为：铜管闭式冷却塔、不锈钢管闭式冷却塔、碳钢管闭式冷却塔、钛管闭式冷却塔、铝管闭式冷却塔等。
按风机类型不同可分为：引风式闭式冷却塔、鼓风式闭式冷却塔。
闭式冷却塔的特点：1、风机：电机外壳为铝合金材质,电机采用优质进口滚珠轴承,在使用时振动小,噪音低,寿命长；风机叶片也为铝合金材质,叶片体设有加强筋，从而使叶片有较高的强度，大大提高生产的成品率,叶片自重轻，风能的利用效率高，不仅有实用经济价值，也具有较好的社会效益，有利于环保，节约能源。
2、喷淋系统：采用PVC管制作而成,PVC材料具有轻质、隔热、保温、防潮、阻燃、施工简便等特点,由于选择了喷水流量和喷嘴间距以确保在各种操作条件下对整个盘管表面进行加湿，因此降低了水垢在盘管上形成的可能性。
取得专利的360度喷嘴由于孔口大，可防止堵塞，并且由于独特的喷水方式，使需要的喷淋嘴数量有所减少。
喷嘴和喷水支管之间为丝口连接，方便对喷嘴的拆卸与维护。
空冷技术介绍
空冷技术介绍煤化工闭式循环水空冷技术介绍空冷式换热器，简称空冷器，作为一种冷凝冷却设备，广泛地应用于炼油、化工、电力及冶金行业，它是工业装置的主要工艺设备之一。
按冷却方式可分为：干空冷、增湿空冷、表面蒸发空冷、联合空冷，考虑技术经济性，干空冷适用于传热温差较大的场合，增湿空冷、表面蒸发空冷适用于传热温差较小的场合。
1 、干式空冷器干式空冷是以环境空气作为冷却介质，依靠翅片管扩展传热面积来强化管外传热，靠空气横掠翅片管后的空气温升带走热量，达到冷却、冷凝管内工艺流体的目的。
它可使管内工艺流体出口温度冷到比环境干球温度高15～20℃。
2 、湿空冷器湿空冷器又分为增湿型湿空冷器和喷淋型湿空冷器。
a. 增湿型湿空冷器增湿型湿空冷的典型结构如图1 所示。
其工作特点是在空气入口处喷水雾，利用雾状水的蒸发使空气入口处的干燥空气增湿，以此降低空气入口温度，使空冷器入口风温由干球温度降低到湿球温度,增大空气入口温度与管内工艺流体出口温度之间的温差来强化传热。
增湿降温的空气经过挡水板除去夹带的水滴后横掠翅片管束，它仍完全依靠空气温升来冷却或冷凝管内工艺流体。
入口处空气相对湿度愈小，空气增湿后降温愈多，其冷却效果也愈显著。
b. 喷淋蒸发型空冷器喷淋蒸发型空冷器的典型结构如图2 所示。
喷淋蒸发型空冷器的作用原理是依靠喷淋在管束翅片管表面形成的水膜，空气以一定的速度掠过管束，翅片表面的水膜在气流和管内热介质的双重作用下强制蒸发，取热能力很大。
管外膜传热系数要比普通的干式空冷器大3-5倍。
此外，水的喷淋蒸发，不仅使空冷器入口风温由干球温度降低到湿球温度，而且因水的汽化潜热很大，导致空冷器出口风温温升很少，传热温差要比普通的增湿空冷器大。
增湿型湿空冷器和喷淋蒸发型空冷器对于一些管内热流介质终冷温度要求较低的空冷工艺是十分有利的，喷淋蒸发型空冷器由于翅片表面的水膜在气流和管内热介质的双重作用下强制蒸发使其效率明显高于增湿型湿空冷器。
蒸发式冷风机的工作原理
蒸发式冷风机的工作原理
蒸发式冷风机是一种利用水的蒸发来降低空气温度的设备。
它的工作
原理是将水喷洒在特殊的蒸发芯片上，通过风扇将空气吹过蒸发芯片，使水蒸发，吸收空气中的热量，从而达到降温的效果。
蒸发式冷风机的蒸发芯片通常采用多孔陶瓷材料，具有较大的表面积
和良好的透气性，能够使水分子充分接触空气，加速水的蒸发。
同时，蒸发芯片表面的水膜也能起到过滤空气的作用，净化空气中的灰尘和
细菌。
在蒸发过程中，水分子从液态转化为气态需要吸收热量，这个过程称
为蒸发潜热。
因此，蒸发式冷风机在降温的同时也会增加空气的湿度。
当空气中的水分饱和时，蒸发过程就会减缓，因此蒸发式冷风机的降
温效果受到环境湿度的影响。
蒸发式冷风机相比传统的空调设备具有多种优点。
首先，它不需要使
用制冷剂，对环境没有污染，也不会产生噪音和震动。
其次，蒸发式
冷风机的能耗较低，运行成本更加经济。
此外，蒸发式冷风机的体积
较小，移动方便，可以在室内和室外使用。
然而，蒸发式冷风机也存在一些缺点。
由于其降温效果受到环境湿度
的影响，当环境湿度较高时，蒸发式冷风机的降温效果会降低。
此外，蒸发式冷风机的降温范围较小，适用于局部降温，而不适合整个房间
的降温。
总之，蒸发式冷风机是一种环保、经济、便携的降温设备，其工作原
理是利用水的蒸发来吸收空气中的热量，从而达到降温的效果。
虽然
它存在一些缺点，但在一些特定的场合下，蒸发式冷风机仍然是一种
不错的选择。
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蒸发式空冷器
蒸发式空冷器(以下简称蒸发空冷) 蒸发式空冷器是一种将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体且兼有两者之长的高效节能冷却设备，它具有结构紧凑、传热效率高、投资省、操作费用低、安装、维护方便等优点。
在炼油、冶金、电力、制冷、轻工等行业中有着广阔的应用前景，是空冷技术发展的新方向。
蒸发空冷的研究始于六十年代，主要应用于发动机引擎夹套水冷却、压缩机级间冷却、润滑油冷却等。
我国在八十年代初从国外引进的十几套石蜡成型装置中均采用了蒸发空冷作为氨气的冷凝器。
发式空冷器是将管式换热器置于塔内，通过流通的空气、喷淋水与循环水的热交换保证降温效果。
由于是闭式循环，其能够保证水质不受污染，很好的保护了主设备的高效运行，提高了使用寿命。
外界气温较低时，可以停掉喷淋水系统，起到节水效果。
推着国家节能减排政策的实施和水资源的日益匮乏，近几年密闭式冷却塔在钢铁冶金、电力电子、机械加工、空调系统等行业得到了广泛的应用。
蒸发式空冷器，也叫做闭式冷却塔、封闭式冷却塔或密闭式冷却塔。
蒸发空冷器循环冷却水系统在冶金、石化、电力、化工、建材等行业都有应用。
上世纪九十年代以来，我国炼铁高炉开始应用闭式空冷循环水系统，对防腐、减轻结垢，从而提高换热装置和设备的运行效率与使用寿命均有明显效果。
这个系统采用了板式换热器。
高炉回来的热软水（55℃）被板式换热器冷却后，经升压再送高炉使用；而冷却水通过板式换热器后温度升高，送
冷却塔降温，降温后经加压再送板式换热器作冷却介质使用。
软水循环量与冷却水循环量之比，一般为1:1。
节能型水膜式蒸发空冷器
水膜式蒸发式空气冷却器闭式循环水系统
该系统采用节能型水膜式空冷器替代原板式换热器和冷却塔，运行效率高，冷却水循环量可减少4/5，其运行电量亦可减少4/5。
同时，在该系统中采用了常温除氧设备和脱气装置，可进一步减小腐蚀，且可确保系统的稳定安全运行。
节能型水膜式空冷器的结构和流程如下图所示
节能型水膜式空冷器的主要特点是通过管外水膜的蒸发来强化传热，其工作过程是利用循环水泵将循环水水箱中的循环冷却水输送到位于管束上方的喷水系统，由喷水系统将冷却水向下喷淋到管束表面，使管束外表面形成薄水膜；与此同时，用轴流风机将空气从百叶窗吸入，使空气从管束下面向上横掠倾斜放置的管束。
节能型水膜式空冷器主要依靠管外表面水膜的迅速蒸发来强化管外传热，从而达到冷却管内软水的目的。
这主要是因为水具有比较高的汽化潜热(水在一个大气压下的汽化潜热为570kcal/kg)，使得总体传热效率大大的提高。
设备运行时，管外表面水膜的蒸发使得空气穿过管束后湿度大大增加而接近饱和状态，轴流风机将湿空气抽吸并使其穿过位于喷水系统上方的捕雾器，除去湿空气中夹带的水滴后从空气出口排入大气。
因为轴流风机位于设备上部，向上抽吸空气时在轴流风机下部形成了负压区域，加速管外表面水膜的蒸发，所以强化了管外传热。
在运行过程中，软水在管内流动，空气、冷却水走
管外，空气由下往上流动，喷淋水则由上向下流动，冷却水、空气与软水为交叉错流形式，而冷却水与空气为逆流形式。
就整个流程的布置而言，也强化了传热传质的过程。
新建五泵站采用的既是这种新型技术，以上是针对此类冷却塔的技术支持。