吉祥　李木青　袁丁玲　刘莹　辛玲

摘要：通过对国内某公司循环水厂冷却塔运行状态分析，研究了影响冷却塔运行效率的主要因素气液接触面积和接触时间，并提出了增加合适填料或者直接采用无填料喷雾形式的解决方案。

关键词：冷却塔运行状态；气液接触面积；气液接触时间

国内某公司循环水厂设计规模为1400 t/h，循环水系统有循环水池、冷集水池、XNPWT1400冷却塔一座及相应的配套设备。目前，公司使用循环水厂处理量大概为900 t/h左右，但是处理效果却不甚理想。因此，本文通过对一系列循环水厂运行数据的分析，寻找循环水系统存在的问题，并由此制定解决方案，以延长循环水使用周期，从而达到降本增效的目的。

1 冷却塔运行原理

1.1 冷却塔的基本原理

冷却塔是一种水冷却设备，它的使用在浸出过程中进入热水和空气温度和湿度的湿度差，和相对运动的水和气体相当表面的速度梯度，热传递通过接触冷却和蒸发冷却，从而达到降低水温度的目的。

冷却塔是根据夏季温度设计的。在冷却过程中，两种散热方式的总散热率随季节不同而不同。冬季气温低，高温空气、接触热有时总热50～70%；夏季水温与空气温度之间的温差降低，蒸发量很小，散热量减少，总热量约为80～90% [1]。

1.2 冷却塔的冷却机理

冷却塔夏季运行效率低尤为突出，因此有必要对蒸发散热机理进行分析。水分子在常温下逸出，变成自由蒸汽分子，这种现象被称为水的蒸发。水的蒸发是由于分子的热运动，在不同位置的分子的布朗运动速度的差异，水分子相互碰撞，使分子动能和衔接部分克服水来自水的表面，水分子脱离与超越的水分子的平均动能水，降低水分子的平均动能的休息，在宏观上体现在温度降低。各種水分子逃逸中，水分子与空气分子的碰撞和接触，使水分子可以返回到水面，当水分子单位时间内的水分子从超过回到水面，水不断蒸发，降低水温。

1.3 影响冷却塔运行效率的因素

从冷却塔的构成和工作原理可得出影响凉水塔传热速率的因素有：

（1）水与空气接触的表面积。根据填料的结构，足够的填料高度可使水和空气充分接触，并增加传热面。

（2）空气和水的相对速度。这取决于风扇的转速。通过记录风机的电流值，结果表明风扇在正常情况下工作，并满足冷却要求。

（3）空气和水之间的接触时间。这取决于塔的相对速度和高度。这两个因素基本上是固定的。

（4）进口空气湿球温度与回水温度之间的差异取决于气候。

总之，对冷却塔的运行原理的了解有利于对所收集的数据的分析，从而便于寻找出设备运行中存在的问题，制定有效的、低成本的解决方案。

2 凉水塔运行状态分析

2.1 冷却塔的运行数据

收集了冷却塔自2015年9月10号至2015年10月10日之间每日00：00、03：00、06：00、09：00、12：00、15：00、18：00、21：00八个时间点的进出口温度，共计248组数据，分别绘制了供水出口温度和进出口温差变化趋势图，如图1、图2所示。

2.2 数据分析

从图1可以看出，供水出口温度主要集中在27～29℃，并且温度分布范围较窄，说明冷却塔性能稳定，完全符合公司对循环水温度的需求。

从图2不难看出，供水进出口温差多发区在1～2℃，少量在1℃以下，极少情况高于2℃。按工业开放式冷却塔正常运行状态，一般进出口温差应当在5～10℃之间，可见虽然公司冷却塔供水出口温度达到要求，但是冷却塔的运行效率却处于低水平。

经过现场对公司冷却塔实际的考察，风机的运行是在正常工况内的，能够满足冷却需要；在泰州气候情况下，进口空气的湿球温度与回水温度之间的差也能满足冷却塔工作条件。但是冷却塔内无填料，仅通过冷却塔四周塔壁的多孔结构来增加空气与水的接触面积和接触时间，明显达不到需求。因此，针对该情况，提出两种解决方案。

3 解决方案

方案一：在现有的冷却塔内，选择并购置合适填料，从而增加空气与水的接触面积和接触时间。例如采用多层新型淋水填料[2]，该填料具有较好的综合性能，通道面积大，粘接牢固，整体组装钢度好等优点。

方案二：直接采用无填料喷雾形式，该工艺克服了传统填料老化、变形、破损及微生物滋生等现象，不会造成后工序设备堵塞，减少了其它设备的维修费用。例如采用GPL高压离心喷雾装置[3]，工作压力为0.42～0.45 MPa，水可以喷到0.5～1mm微小液滴，增加气液接触面积，和水有两顺流、逆流塔中的冷却过程中，一些小的液滴悬浮在塔中，扩展的塔停留时间的水，以保证充分的热交换，达到降温要求。

4 结论

（1）国内某公司冷却塔目前运行状态基本能满足生产装置用循环水需求。

（2）冷却塔供水出口温度主要集中在27～29℃，供水进出口温差多发区在1～2℃，运行效率较低。

（3）建议在现有的冷却塔内，增加合适填料或者直接采用无填料喷雾形式，增加空气与水的接触面积和接触时间。

参考文献：

[1]栗婷.凉水塔运行状况综合分析方法研究[J].医药工程设计，2007，（01）：3335.

[2]温铜川，周文华.循环水凉水塔性能优化[J].广州化工，2011，（18）：151152.

[3]严永江，许彦春，庞春虎，等.填料式凉水塔系统的节能改造[J].化工进展，2011，6（6）：13881390.