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Φ3.3m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1/3~1/4，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
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年9月改造为水分散无填料冷却塔以来，至今已稳定运行半年多时间，实践表明，改造是成功的，循环水温度有了明显的下降，降低了半水煤气温度，为后工序合成氨的稳定生产奠定了基础，同时也降低了电耗。

我们将继续对其它冷却塔进行改造。

图1布水填料喷头
收水器
图2
喷头
收水器
集水盘集水盘
溢流管欢迎您的下载，资料仅供参考！。