中小型冷却塔的节能环保改造

中小型冷却塔的节能环保改造1 玻璃钢冷却塔在河南神火铝业有限公司的应用河南神火集团有限公司是以煤炭、发电、电解铝生产及产品深加工为主的大型企业集团，中国企业500强，河南省百户重点企业，河南省重点扶持的七家煤炭骨干企业及七家铝加工企业，河南省第一批循环经济试点企业。

现有总资产160亿元，员工26000人,拥有10余家全资、控股、参股企业。

其子公司河南神火铝业公司基础完善、实力雄厚，集铝电解、铝加工、发电、碳素阳极块生产于一体。

拥有电解铝厂3个，铝加工厂2个，自备电厂2个，碳素厂2个，总资产逾70亿元。

几年来公司始终以技术进步引导企业发展，进行了多项科技创新、技术改造，槽控机防雷技术、不停电开停槽技术、给电解槽增加“看门狗”装置等多项科技创新成果均创同行业的先例。

其中于08年，对一台200m3/h的冷却塔进行了两次成功改造，不仅冷却效果明显变好，而且节能环保，经济和社会效益显著。

有着良好的市场前景。

该公司永城铝厂铸造车间于04年6月份建成投产，共有4条铸锭生产线加上辅助设施用水，单小时循环水量约800m3/h，整个循环冷却水系统按循环水量的1.15倍计算约920m3/h，共配置6台开式200m3/h的冷却塔，运行方式为5台运行1台备用，至09年运行近5年，进行设备改造经济划算。

1.1 运行原理介质水在起到冷却作用后进入顶部，湿热的水自淋水系统淋入塔内，到淋水填料上，便分成膜状下落，干燥的空气经过风机的抽动后，自进风网处进入冷却塔内；饱和蒸汽压力大的高温水分子向压力低的空气流动，当水滴和空气接触时，一方面由于空气与水的直接传热，另一方面由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差，在压力的作用下产生蒸发现象，将水中的热量带走即蒸发传热，从而达到降温之目的，满足生产使用。

1.2 冷却塔的组成及功能简介主要构件为：冷却风机（电机、减速器及扇叶）、风筒、收水器、气流分配装置、淋水填料、淋水系统、塔体、进风百叶窗、立柱等，结构简图见图1。

电机及减速器扇叶中塔体进风百叶窗立柱配水系统收水器气流分配装置图 1淋水填料淋水系统风筒1.2.1 冷却风机冷却风机由电机带动减速机，经减速和变向带动冷却风机螺旋桨，将冷却塔周边的空气经由冷却塔底部抽吸进入塔内，通常空气流动速度90～210m/min 。

冷却风机螺旋桨由复合玻璃钢制成，一方面该材质防水不易生锈、腐烂； 另一方面它密度小质量轻。

这样不仅增加了冷却风机的使用寿命而且减少了冷却风机的运行成本。

冷却风机螺旋桨的安装角度可以调整，调整冷却风机的安装角度就可以改变冷却风机的风压和风量，而冷却风机螺旋桨的调整亦用于风机平衡的调整。

1.2.2 收水器收水器俗称隔水板，是由防腐型PVC 弯曲成板条形百叶窗式隔水装置，其作用是均衡分布空气气流，由于曲板百叶窗的阻力作用，风筒的拔风和抽风机的抽风风压被沿着收水器的水平面分布在冷却塔水平截面的各处，使得冷却塔内的风量、风压得以均衡，提高了冷却塔的冷却效果和效率；挡住了在抽风风力作用下的上升水滴，在弯曲挡水板面形成水膜或大水滴，进一步与空气进行热交换，增强冷却效果。

1.2.3 喷淋装置冷却塔中的淋水装置由配水管及喷淋头组成，在循环水回水余压的作用下将循环水分配后进行均匀喷淋，其所用材料不是钢管，均为PVC塑料，这样不仅增加了使用寿命，而且避免了水质污染，还降低了设备购置成本和运行成本。

1.2.4 淋水填料淋水填料是由凹凸不平的聚氯乙烯波纹板制成，其受湿性能良好,保证了水在填料上形成水膜，而不是水流,增强了气水交换的面积，延长了气水交换的时间，加强了冷却塔的冷却效果。

1.2.5 钢结构冷却塔的钢结构由各种型钢和部分标准件组成，安装成功后,应做好防腐处理。

其作用是构造塔体骨架，支撑和连接冷却风机及其它相应零部件。

1.2.6 百叶窗百叶窗由玻璃钢外向斜叠而成，其作用一方面可以遮挡空气中的杂物;另一方面可以起导风的作用。

1.2.7 集水池集水池是由钢筋混泥土构成的水池，承接冷却塔喷淋下来的水滴，汇集导流冷却后的循环水，供系统循环换热使用。

1.2.8 外壳冷却塔的塔体四周外壳均为玻璃钢预制成块状部件，运输到现场后再拼装而成，顶部由δ= 3的钢板进行无缝焊接。

拼接处均用胶水粘接后固定,防止冷却塔渗水漏风，维持冷却塔的负压状态，从而保证冷却塔的冷却效果。

1.2.9 风筒风筒材料为玻璃钢拼装而成，并用胶水粘接进行了防渗漏处理。

风筒垂直剖面为双曲线型，其水平截面最小处为螺旋桨水平中心截面，以确保冷却风机运行时的风口形成,从而保证冷却塔的运行效率。

1.3 设备技术参数设备名称：玻璃钢冷却塔设备型号：ZNDL；流量Q=200m3/h；进水温度为60～80℃时，△t=10～20℃；电机功率7.5KW；冷却塔框架为钢材焊接成型，全部采用优质钢材镀锌处理，表面涂漆；紧固件都采用镀锌处理；整体牢固、耐用；围护结构采用聚脂玻璃钢构件，玻璃钢板表面有均匀的胶衣层，厚度为0.3-0.4㎜；收水器收水效率高，通风阻力小，能保证飞溅水量小于总循环水量的0.001%；收水器材质为FRP材质，具有足够的强度，耐腐蚀、抗老化；色泽鲜亮，外观颜色为草绿色；设备噪音低，冷却效率高；正常使用寿命保证5年。

1.4 运行过程中各处压力参数水泵出口管道处压力0.40MPa；车间内管道压力0.35MPa；冷却塔进水管道底部压力0.3MPa，上部压力0.1MPa。

1.5 运行中存在的缺陷1.5.1淋水填料每年更换一次，存在一定的材料消耗和劳工量；淋水填料作用是降低冷却水的水温，淋水填料产生的温降达到整个塔温降的60％～70％，可见淋水填料的质量与性能在很大程度上决定了冷却塔的冷却能力。

但淋水填料更换时，材料选择往往得不到保证。

1.5.2水气在淋水填料中进行热交换，因为填料的结垢，堵塞而引起冷却效率差；1.5.3淋水填料老化，坠落水池或混在循环水中，对水污染严重，无法满足生产工艺需要，因而水池中的每年至少需更换4次。

1.5.4淋水填料安装密集，对冷却风的阻力很大，影响风机抽风效果，风机工效降低，导致冷却塔冷却能力降低。

1.5.5由于靠风机强冷，需配备一定功率的电机，且长期运行，存在较大的电能消耗。

1.5.6由于风机的运行，产生一定的噪音污染，尤其是在夏季，6台风机经常同时运行，噪音叠加，严重影响从业职工的身心健康。

1.5.7淋水填料在使用过程中，一会结垢，二会粘附水中的杂质（泥沙）。

冬季停用期间，又会经常发生结冰现象，势必增加冷却塔的载重负荷，造成塔体压塌事故，以至于影响正常生产，给厂家带来经济损失。

神火铝业公司永城铝厂曾于07年发生两期冷却塔压塌事故。

针对上述冷却塔在运行过程中存在的缺陷，重点围绕节能环保和减少安全隐患的目的，经过专业技术人员科学分析，严密论证，探索实践，组织进行了两次成功改造，达到了预期目的。

2 河南神火铝业有限公司冷却塔的应用改造2.1 初步改造2.1.1 改造的背景节能减排指的是降低能源浪费和降低废气废水等污染物排放，是全世界长久以来一直关注的焦点问题，人们已思考了很多方案，采取了很多措施，投注了很多精力与财力。

我国更是大大加强了节能减排工作，发布了加强节能减排工作的决定，制定了促进节能减排的一系列政策措施，各地区、各部门相继做出了工作部署，节能减排工作取得了一定的进展，但整体工作面临的形势依然十分严峻，因而需把此当作影响民生的头等大事，提出明确的目标，制定严格的措施。

同时其本身也是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路；是维护中华民族长远利益的必然要求。

冷却塔电动风机是消耗电能的主要设备之一，而我国在用冷却塔技术落后，许多企业风机电机选型偏大；循环水泵系统因严重汽蚀或多年失修而效率低下；风、水、热交换介质三者未能很好匹配等，凡此种种直接导致了冷却塔冷却效果的降低和能耗的增加。

因此，在目前能源紧张的严峻现实中，全方位的对冷却塔进行节能改造已成为当务之急。

河南神火铝业公司永城铝厂工业用水总循环水量约5000m3/h，拥有冷却塔近20台，均存在上述1.5中所述的缺陷，导致水资源流失过多、电能消耗较大和环境污染严重，有悖于国家和地方的节能环保政策，影响企业的健康发展，亟待解决。

2.1.2 改造的目的冷却塔的高效低耗能是冷却塔技术发展历程中永恒不变的目标，因而改造的主要目的体现在2个方面：1.提高冷却塔的冷却效果；2.降低冷却塔的电能消耗。

同时兼顾考虑以下3个方面：1.减少水资源的流失；2.降低对自然环境的污染程度；3.冷却塔运行更加安全稳定。

2.1.3 改造的探索方向提高冷却塔的冷却效果，减少电能消耗有两种方向：一是从设计上节能，强调冷却塔的研究，优化冷却塔配件（如填料、配水、收水器等），改善和完善冷却塔的设计方法（如流场的分析、配水配风的均匀性、等），从而提高效率、降低能耗。

二是对目前正在运行的数量庞大的冷却塔进行挖潜改造，提高效率降低能耗。

目前主要通过以下途径，实现冷却塔的高效节能。

1.提升冷却塔的换热效率高效率的冷却塔，为完成设计任务所需的气水比就低，风量小，耗功就小，以往研究提高冷却塔效率，着重点放在淋水装置（填料）上，如填料的构形（孔隙率、比表面积）、材质（亲水性、强度），而忽略了获得填料特性时的边界条件及模化试验时受到试验边界条件的制约，使填料特性Ka = Agm·qn或N = Aλm 性能发挥受到限制的情况，在冷却塔的设计时无论边界条件和气象、水温变化情况如何，均把热力特性方程中的“A”作为常数考虑，加上工业塔中的配水条件和配风条件与实验室的条件相差甚远，所以未能充分体现出填料特性的潜力。

对比国内外同类填料的热力特性发现，虽然都是薄膜式填料，单位体积的质量相近，比表面和孔隙率相近，仅细部构形有别，但热力特性相差较大，性能高的填料为完成相同的设计任务，所需的气水比则小得多，风机功率就低得多。

因此除了继续开发新的填料品种外，也要注重现有填料的潜力，改进试验装置及方法，在进行热力测试的同时，也应对试验时的配水均匀性及进气的均匀性以及不同淋水密度和不同风速下的特征给予区分，并在不同的气象条件与不同的运行区段加以论证，使填料的特性能得以充分和有效的运用。

2.降低冷却塔的供水扬程冷却塔的能耗除电机外，还有热水送上配水系统的水泵功耗，其耗电量远大于风机，以4000m3/h（Δt＝10℃τ＝28℃）循环水为例，风机轴功率耗电为137kW/h，而把4000m3／h的水提升至10m 扬程的水泵所耗电能为：1.06×（4000/3600）×1000 ×10 /（102 × 0.8×0.86）＝167.8（kW/h）比风机耗电多了22.4％，若能降低2.0 m 的扬程，可节约电耗约33kW/h，这是个不小的数值。