Video 9-10* 环保节水型冷却塔简介在线视频

好 下面是我们的拓展内容

是环保节水型冷却塔的一个简介

这个是我们课题组研究的一个成果

首先为什么要做这个东西

我们前面讲能源的时候

我们说中国的人均能源

是世界平均水平的1/2

那么中国的人均水资源

它是世界平均水平的1/4

我们国家大概有1/3的人口

是生活在缺水地区的

所以水资源短缺跟能源短缺是一样的

它是制约我们国家

社会及经济发展的一个瓶颈之一

我们国家工艺冷却水的用量

占整个工艺用水量的80%

而且大多数都是循环水

也就是说循环冷却来用的

那么在电力还有化工以及纺织

还有印刷等等它循环水的冷却

一般都是用我们的湿式冷却塔

那么湿式冷却塔它的一个基本原理

就是通过水分蒸发

一部分的水分蒸发来带走热量

使得其它的水温度降低

包括我们的电力

我们前面讲的火力发电

它用冷却塔来冷却冷凝器里的水

实际上都是这种

只不过化工它是用的机械通风的

那么既然湿式冷却塔是通过水分蒸发

来降低循环水的温度

所以那你就需要进行补水了

那一般来说年均的蒸发水量

或者说它的补水量

大概是循环水量的1.5%到2

你觉得这百分数不是很大

但是因为它的循环总量是非常大的

既然你这水分是蒸发了

所以那么它水分实际上就是浪费了

所以对于湿式冷却塔

那么它这个水的浪费是非常严重的

另外湿式冷却塔还有一个问题

那这个水分蒸发

然后塔的周围那么它的湿度就很大

我们刚刚讲过的湿度 对吧

湿度就很大

那么一些金属的一个设备

它就容易腐蚀 这是一个

还有一个那么对于冬天周边的话

那么路面就容易结冰

这也是它的一个问题

还有对于湿式冷却塔

它这个冬天它进风口的地方

由于环境温度比较低 它容易冻堵

还有湿式冷却塔它需要排污

那么这也是它的一个问题

为什么还需要排污呢 我们一会儿来说

那么我们就来看看湿式冷却塔

它水损失的分类

首先是蒸发水损失

我们刚才说了湿式冷却塔

主要是通过水分蒸发带走的热量

使得其它的循环水温度降低

所以蒸发冷却

那么是它的冷却的基本原理

那么蒸发水损失这个它就没办法避免

这是一个

还有一个水损失是风吹水损失

对于机械通风的冷却塔

它通过风机的抽力

把湿空气给它抽出去

那么一部分水滴可能被带出去

但这个量很小 一般现在有这个

冷却上面都有收水器

那么它一般来说可以达到99.99%

所以风吹水损失相对来说占的比较少

但是还有一个排污水损失

我们刚才说了

湿式冷却塔它通过水分蒸发

对循环水进行冷却

那么循环水里面有药物

还有一些盐分等等

你这个水蒸发但是它里面的药物

或者是盐分的离子是没有办法蒸发的

所以随着水分的蒸发

这个循环水中药物

或者说盐类的浓度怎么样 就增加的

而对于你这工艺线上

无论对你这药物或者说是盐分的要求

它这浓度不能太高的

所以它需要定时的一个排污

当然这是污水了

那排掉污水然后再换进的新水

所以这是它的一个排污损失

所以对于湿式冷却塔水损失有这三类

一个是蒸发水损失 一个是风吹水损失

但是这风吹水损失所占的份额比较小

那么还有一个排污水损失

如果说你的蒸发水损失可以减小的话

那么排污水损失怎么样

也就可以减小的

那我们来看一下常规的湿式冷却塔

我们对它进行一个热力学分析

利用我们刚刚学过的知识

这个是机械抽风式

湿式冷却塔的一个剖面图

那么热的循环水

那么通过布水器然后散到填料层上

那么在填料层从下面进来的环境空气

跟这个水进行一个接触

在填料层上可以充分地接触

那么一部分的水分蒸发

蒸发到湿空气中去了

然后湿空气向上走 从塔就出去了

然后这水一部分水分蒸发了

所以另一部分水分的温度就降低了

然后回到工艺线上

然后我们对它来进行分析

比如说我们环境空气

是我们从下面进的

它的状态点我们用a来表示

然后过了收水器

在这冷却塔接近出口那地方的那点

我们用b来表示

我们把这两个状态点

画在我们前面刚刚讲过的焓湿图上

我们右侧的图

首先是环境空气

它是一个未饱和的湿空气

有一定的温度 有一定的相对湿度

我们用a点来表示

然后我们来看b点

b点是环境空气

跟热水经过一个充分的一个混合

对于热水来说被降温

而对于环境空气经过这个过程之后

它是一个什么过程

一个加热加湿的过程

那么它出口一般来说

是一个饱和状态的

对于化工上来说它出口的温度

几乎就等于需要冷却的循环水的温度

大概四十几度的

一般来说化工上四十二三度的样子

那么是个饱和的

所以我们用b点来表示 在这

这是冷却塔 湿式冷却塔出口的状态

b点 它是一个饱和状态

那么利用我们刚刚学过的知识

这个b点是个饱和状态

它的露点温度是多少

露点温度

对于饱和湿空气露点温度就是它

自身的温度

而环境空气呢

环境空气在什么地方 在a点那

对吧 环境空气的温度远远低于

冷却塔出口湿空气的露点温度

那么你这冷却塔出口怎么样

那就要有大量的水雾 是吧

所以我们看到常规的

湿式冷却塔的出口有大量的水雾

冬天的话这个现象更明显 因为什么

因为环境温度

离你的露点温度差的更多

所以结的水雾也就更多

所以对于我们常规的湿式冷却塔

那么它的问题就是我刚才说的

一个水损失严重 为什么水损失

因为你要蒸发

水分蒸发

散到大气中不就损失掉了吗 这是一个

第二个水雾污染

这塔出口全是水雾 刚才说的 是吧

然后排污水分蒸发了

下面那水浓度 盐分的浓度

药物的浓度就要增加

那么达到一定程度之后你这工艺线上

不允许超过这个浓度

那你就必须要排出去 所以要排污

还有冻堵指的 这个图就很明显 对吧

湿空气入口那地方

等冬天的时候环境空气低于0度

零下20度 零下30度东北那是常（事）

冬天的

是吧 很容易出现这样的天气

那么你这塔入口的时候就要结冰的

空气就进不来了

所以它有这些问题

这是常规的湿式冷却塔的问题

从我们刚刚学过的

利用我们刚刚学过的湿空气的知识

我们进行一个分析

塔出口 必须 肯定有水雾的

那肯定有水损失的

那么再来看一下

我们所研发的环保节水型冷却塔

我们来看我们的示意图 左侧那

原来是一个密闭的一个空气腔那块

然后我把那个给它打开

然后里面放着一个换热器

我这是为了表示 示意地来展示

这换热器它跟水的换热

所以把这换热器画的比较宽

实际上它也就二三百毫米

所以不是很宽的 占的位置并不是很宽

那么我们需要冷却的循环水

首先进到换热器里面

进到换热器里头跟空气

进行一个逆流的一个换热

也就是说循环水走换热器的管内

然后环境空气是从上面那进来

略过换热器的管外 通过管壁

当然有磁片

然后与管子里面的循环水进行换热

对于循环水而言

通过这换热器它可以被降温

然后对于这部分空气而言它被加热的

而且是一个单纯的一个加热

因为跟里面的水不接触

然后我们接下来再看

那个循环水在上面的换热器

被冷却了一些温度之后

然后再喷到下面来

跟刚才是一样 蒸发 然后

冷却循环水

然后我们再来看

在目前这种情况下两股空气流

一个是从上面换热器那个口进来的

经过换热器被单纯地加热

比如说我们那一点

离开换热器那一点

状态我们用c来表示

然后下面刚才 跟刚才完全类似的

也是水分蒸发 然后是空气被加热加湿

然后是b的点的位置

然后这两股空气流

到风机那地方被搅在一起

那就是一个混合

我们假设它是一个绝热混合

然后就出去了

这就是我们这种新式的冷却塔的

空气里面的大概一个过程

然后我们把这过程

画在我们的焓湿图上 还是我们这图

那么空气的状态点还是a点

那么如果说你下面这一段

我们一般把它叫做湿段

然后换热器那段叫做干段

所谓的湿是由水蒸气

参与在里面有变化

干是水蒸气没有参与变化的

水蒸气没有变化的

那么我们来看对于干段

也就是上面换热器那段我刚才说了

水是走管内 空气走管外

对于水而言它被冷却

而对于空气来说它是被加热

而且是一个单纯的加热过程

那么单纯的加热过程

在焓湿图上应该是怎样的一个线呢

我们刚刚讲过 对吧

湿空气的几个基本过程

第一个过程就是单纯加热或者是冷却

那么它应该是什么 含湿量没有变

所以它应该是向上的一条垂线 是吧

所以这c点应该是

离开a向上的这条垂线 我们画在这

然后刚才说那b点

还是我们出口的 饱和的是b点

然后你这个整个冷却塔

出口的d点的状态是什么

是c和b

绝热混合之后出去的

那么绝热 c和b绝热混合

那个点应该在什么地方呢

绝热混合后那个点在什么地方

我们湿空气的最后一个过程

是绝热混合

绝热混合两股空气流

绝热混合的话它的终态在什么地方

在这两个点的连线上

连线中间的某一个点

具体在什么位置

跟你这两股空气流的比例

质量流量的比例正好是成反比的

也就是说在这连线上

比如说我们是在d点

那你再看这d点是一个什么空气

它是未饱和湿空气

它的露点温度呢

用到我们前面刚刚学过的东西 是吧

露点温度在什么地方

水蒸气 这点的水蒸气的分压

所对应的饱和温度 是吧

那就是100%的相对湿度的这条线

所交的那个温度的那个点的温度

那就是我们用t露来表示 就是这一点

然后你再看目前的这个情况下

这个塔出口的状态

它的露点温度跟环境温度有什么关系

跟原来相比

那比原来要低多了

所以它在这种情况下

它塔的出口的水雾那肯定是要少的

毫无疑问是少的

所以我们环保节水型冷却塔

它有什么特点 一个是节水

为什么说节水呢

因为你上面

需要冷却的循环水首先先经过换热器

在这换热器里头被冷却

而且在这个过程中是没有蒸发的

空气通过地面冷却管子内的水

这份是没有蒸发的

降温了 没有蒸发

那你这水就要节省下来

你上面换热器这块

承担了一部分冷却负荷

是非蒸发的冷却

那么你上面蒸发冷却的负荷

不就减小了吗

所以它可以节水的

然后可以除雾 那就刚才说的

我出口的水雾少了

那不就可以除雾了吗

然后可以减排是啥意思呢

你蒸发少了

那你下面排污的量怎么样

相应地就少了

为什么要排污 因为蒸发变浓了

我现在蒸发少那我排污不就少了吗

当然它应该综合性更好 对吧

对了 还有一个防冻

为什么说可以防冻

如果说我上面

空气冷却 非蒸发冷却这块

它已经达到了你工艺线上要求的话

那么你下面就没有必要去

再喷出来 再去蒸发冷却

我直接一个管子就可以导回去了

就回到工艺线上了

所以它可以防冻

实际上我们后面还有二代塔

这叫做一代塔技术 还有二代塔

那么它实际上在下进风口

也建了一个换热器

那就完全可以杜绝

冻堵的现象的发生

当然冷却塔的节水技术

是从热力学的角度

它的根本思想是这样

但是冷却塔本身

它是一个非常复杂的一个设备

它实际上涉及到

热力学 流体力学还有传热学

它的基本思想是基于热力学的湿空气

但是它的整个设计

要依据流体力学还有传热学

那么我们来看

我们实际上包括这几块

大概列了一下

一个是我们的空气预冷器

来承担部分的冷却负荷

然后还有一些其它的部件

比如说上喷水系统

还有收水器它的收水率达到

百分之九十九点后面有三个九以上

然后高比表面积的淋水填料

那么它可以节省这个

填料的用量

这是下面有几个示意图 有喷头

有配水系统 还有收水器

还有这淋水填料这块

这我就不去展开了

那么这个是我们

空气遇冷器的一个性能实验

你这空气遇冷器

要跟整个塔的性能要匹配起来的

跟下面这填料的蒸发冷却这要匹配的

然后我们这喷头

要进行一个性能的实验

然后填料要进行一个性能实验

空气遇冷器性能实验 填料性能实验

然后还有喷头性能实验

它们的性能参数

要用到后面的一个设计当中去

这就是我们新型冷却塔

热工设计智能软件的一个界面

也就是说这是一个复杂的计算

你单靠人工手的计算是没有办法算的

那么我们软件它的主界面

实际上看上去很简单

我们的右侧有这几个大模块

一共是有七个模块

进行一个计算

在这我就不展开了

那么这个技术

或者说冷却塔节水技术的研发

当初实际上是热能系

大四的一个本科生参与一起来做的

然后我们这东西

在实际的工程中也有用

比如说中石油的这个

吉林石化公司的乙烯厂

这个是它的照片 我们前面有放过

它实际上就是一个老塔的一个改造

这是三个塔出口水雾的情况

左边的两个是它的常规塔

那右边这个就是我们

对它老塔的一个改造

最后三个塔同时运行的时候

你可以看到新型塔右侧的塔

出口的水雾比它的常规没有改造的

也就是它常规的

湿式冷却塔的水雾要少很多

这一张图是中石油

庆阳石化炼油厂的项目用的

左侧是我们新式塔 水雾很少

然后右侧是它的常规塔

综合来看我们环保节水型冷却塔

它节水可以20%以上

当然根据你所处的地域不同 有所不同

越往北的话效果会更好 原因是什么

通过环境空气来冷却

环境空气温度如果越低的话

当然这效果就更好

然后可以除雾大概70%以上

那么它可以改善气候

减缓周边装置因水雾的腐蚀

然后还可以减少

冬天周围地面等的结冰等等

然后可以防冻堵

这是刚才我们也提到

还有减少污水的排放

还可以减少药的用量

那么在 它的应用面也是很广的

在石油 化工 石化 煤化工 化肥

冶金 纺织 造纸等等都可以来用的

包括一些常规老塔的改造

实际上吉化项目

就是对老塔的直接改造

这个是西安热工研究院

对刚才我们说的

吉化一代环保节水型冷却塔的

一个性能的一个测试

那么它在不同的环境条件下

看右侧就可以

右侧是干段的冷却温差

与总温差的一个百分比

你可以给它看成节水也可以 是吧

大概20%左右

这只是从降温的角度来说

我们还没有考虑因为减少了蒸发损失

可以减少的那部分排污节省的水

我们还没有统计起来

然后这第二代技术

那么它实际上

是在下进风口也加了换热器

这个实际上也有用

是在内蒙古伊东集团已经用上了

这个节水肯定比一代还要更好一些

大概35%以上

这个是我们的知识产权

我们有发明专利的

当然还有一些获奖 大概是这些

有着北京市发明专利奖

还有中石油和石化

自动化行业的科技进步奖等等

大概是这样的一个情况

简单介绍一下

跟我们的湿蒸汽的关系非常密切

所以大家也容易理解

所以我简单地给大家介绍一下

那么到这

第九章的所有的内容我们都结束了

期待下一章与大家的再会 到此再见