杨成业

（秦皇岛莱特流体设备制造有限公司，河北 秦皇岛 066004）

0 引言

现阶段我国的人均水资源拥有量只相当于世界人均水资源拥有量的四分之一，并且有约三分之一的国民还生活在缺水的地区和环境之中，特别是在北方区域的一部分城市中，已经出现了严重缺水的状况。因此，如何最大程度地在利用冷却塔的过程中实现节水的目标已经成为了当今各个领域中急需解决的关键性问题[1]。本文主要对瑞丰钢铁（集团）有限公司现有湿式冷却塔的运行情况及存在的耗水问题进行分析，并进行方案对比，最终确定外置式收水方案，经过实施，实现了年均节水率超过 40% 的节水效果。

1 工程概况

瑞丰钢铁（集团）有限公司高炉冷却系统多采用湿式冷却塔，但是湿式冷却塔耗水严重，造成了水资源的浪费，而且湿式冷却塔产生的喷水现象造成局部环境出现水雾、结冰、结霜等现象，给员工的日常维护检修造成麻烦甚至造成安全隐患。湿式冷却塔运行耗水的主要原因有两个方面：

（1）飘水：开式冷却塔均采用顶置式轴流引风机，为保证冷却塔的性能，会保守选取风机的风压、风量，所以在过大的风力下，冷却塔中的喷淋水会被吸出塔体。

（2）冷却耗水：开式冷却塔采用传质传热冷却方式，当空气进入冷却塔给水降温时，空气与水实现传质传热，传质过程中空气从冷却塔中吸收水分逐渐饱和，被空气吸收的水分即为冷却耗水。只要缓解这两方面的耗水，就能实现冷却塔节水[2]。

2 改造方案

2.1 改造目的

在不影响冷却塔工作性能及结构性能的前提下，采用最经济合理的设备及工艺，尽可能减少冷却塔耗水量，达到冷却塔节水的目的。

2.2 工艺方案的选择

目前国内对冷却塔的节水改造的研究通常有两个方向：

（1）采用顶置式冷却塔收水器，对冷却塔排风进行二次冷凝收水，此方案对排放气体中的水汽及凝水捕捉效果好，能够完全杜绝冷却塔喷水，节水效果明显，适合现有冷却塔改造。

（2）采用内置式冷却塔排风冷凝器，对冷却塔排风进行混风冷凝，此方案对冷却塔排放的水汽冷凝效果好，出口温度降低明显，通过混风方式能够有效去除冷却塔排风产生的白气，视觉效果明显。缺点是不能杜绝冷却塔喷水现象，节水效果不明显，只适合新建冷却塔。

根据以上对比，为了更有效地节约水资源，达到更好的节水目的，应选择外置式冷却塔节水设备。

2.3 工艺方案路线

设计采用在冷却塔顶部增设湿式冷却塔节水装置的方式对冷却塔进行节水改造。

图1 顶置式湿式冷却塔节水装置示意图

2.4 工艺原理介绍

节水装置采用的水回收原理为冷凝脱水原理，利用冷源（冷空气）采用间接换热的形式对冷却塔排风进行降温，冷凝出排风中的凝水。同时再经过收水填料回收冷凝及排风中的水滴，达到杜绝冷却塔喷水的目的，同时回收的水滴回流到冷却塔，达到节水的目的。

湿式冷却塔排风在表面冷凝器中走垂直通道，与冷源（冷空气）通过表面冷凝器进行间接换热，排风中的水汽凝结成水滴在板片的回流槽中聚集，依靠重力的作用回流到冷却塔水池。

冷源（冷空气）通过风机被送入表面冷凝器，对湿式冷却塔排风进行冷凝，将排风中的水汽冷凝后，排风中的水分凝结成小水滴，小水滴能够被收水器回收，从而达到杜绝冷却塔喷水的目的[3]。

3 改造效果

3.1 冷却塔运行效果对比

分析：实际运行时冷却塔达到设计负荷，每小时耗水量约14.6m³，风机风量60.3万m³/h。

分析：改造后实际运行时冷却塔达到设计负荷，每小时耗水量约10m³，风机风量接近60万m³/h。

从改造前后数据来看，改造后冷却塔性能基本没有受到影响，风机风量及冷却效果仍然达到设计负荷要求。

3.2 节水效果对比

从表1、表2中数据可以看出，改造后夏季运行时冷却塔的节水量：14.6t/h-10.5t/h=4.1t/h，节水率：4.1÷14.6=28.1%

表1 改造前冷却塔运行参数采集表

表2 改造后冷却塔运行参数采集表

根据设计参数计算冬季冷却塔节水数据：

改造前（排风40℃，有漂水现象）：耗水量=饱和空气含水+冷却塔漂水=1.128kg/m³×60万m³/h×0.049568kg/kg干空气×40%/1000+1300m³/h×0.001≈14.72t/h[4]。

改造后（排风25℃，无漂水现象）：耗水量=饱和空气含水=1.185kg/m³×60万m³/h×0.020356kg/kg干空气×40%/1000≈5.79t/h。

对比后的理论节水量：14.72t/h-5.79t/h=8.93t/h，节水率：8.93÷14.72=60.7%。

全年平均节水率：【60.7（冬季）+28.1（夏季）】÷2=44.4%

3.3 经济效益分析

根据3.2计算数据，计算全年平均节水量：14.6t/h×44.4%×24小时×365天=56785.8吨/年，按照工业用水，水价平均2元/吨计算，全年节水收益：56785.8吨/年×2元/吨=113571.6元。

4 结语

总的来说，当前冷却塔节水设备设计和使用的关键目的就是为了实现工业领域生产过程中水资源的节省和保护[5]。采用外置空冷器改造方案不增加塔内阻力，在夏季不影响换热效果，且安装设备不受塔内空间限制，因此能够更好地实现节水效果。经过瑞丰钢铁（集团）有限公司冷却塔改造的验证，此方案实现了冷却塔年均节水率超过 40% 的节水效果，效果达到预期。