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【摘要】本文先对循环水系统及水能回收装置做了简单的概述，然后从循环水系统余压余能、冷却塔改造、水能回收主要技术特点三个方面对循环水冷却塔水能回收技术进行探讨，并提出水能回收的利用方案。
【关键词】冷却塔；水能；回收技术
中图分类号： TV 文献标识码： A
一、前言
随着经济的发展，化工行业内的各家企业也迈开了技术改革的步伐，水、电、煤、气除了供给正常生产使用，在一些节点运行结束后产生的其他能量也是不容忽视。化工企业在对循环水系统进行改造后，所产生的新的水能资源也应及时的加以利用。下文针对循环水冷却塔水能回收技术及其应用进行了探讨。
二、概述
1、循环水系统
当今化工企业内重要的公用工程系统之一就是循环水冷却系统,水冷却系统运行质量的好坏是保证生产装置的设备安全和运行稳定的必备物质条件,是决定化工企业能够长期的周期性运行的关键因素。
2、循环水系统节水的必要性
随着中国近年来化工行业规模的不断扩大,企业的用水量日益增加,而水循环系统的用水量占的比例较高,一般在60%一70%,甚至比例可能更高。由于我国是一个干旱缺水的国家,如今,全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限,水资源开发难度极大。水是生命之源,水也是工业生产的血液。现在我国的节水政策越来越严格, 化工行业作为工业体系中的用水大户,我们必须最大限度地节约用水,更好的开发利用现有的水资源。解决企业的用水和节水问题,这是实现企业可持续发展所必须重视的问题。
3、水能回收装置
水能回收装置的工作原理类似于水轮机,都是将水能转化为旋转的机械能。为了简化装置结构,考虑装置在系统运行时工况基本不变化,不存在流量调节,在结构设计时采用了无活动导叶结构,根据转轮转换能量的进口条件要求,由蜗壳和固定导叶来形成转轮所需要的环量。同时,考虑到回收水能的压力范围和流量,采用轴流式转轮,结构布置采用卧式。主要过流部件有蜗壳、固定导叶、转轮、尾水管及推力轴承和联轴器。在研发过程中,从制造工艺和结构方面,拟定了圆形断面和矩形断面两种蜗壳型式。两种型式在制造工艺、成本和水力性能方面都有一定的差异,矩形断面蜗壳在制造工艺和成本方面有明显的优势.为了优选蜗壳方案,利用CFD技术对蜗壳这两个方案进行比较分析和优化。
三、循环水系统余压余能
1、客观存在的余压余能
众所周知,循环水流中的能量完全来源于循环水泵,也就是完全来源于外在电源。其中,循环水泵的大小主要取决于工艺流程及其控制的指标参数,尤其是流程中的最高位置。一般来说,流程中的最高位置都大于冷却塔喷淋系统距离地面的高度,所以,循环水流在回到冷却塔出水口时仍然具有一定的富余能量。
2、改造后的富余能量
现成的循环水冷却塔有2个明显的设计缺陷:一是大量的余压余能没有被回收利用；二是冷却塔回水管理应采用一字形设计,却全部采用了U形设计。
冷却塔回水管U形设计是指回水管自生产车间出来以后直接伸入地下,再水平延伸至冷卻塔,最后再从地下提升至喷淋系统;一字形设计是指回水管自生产车间出来以后直接水平延伸至喷淋系统。二者的区别在于,前者大大增加了系统的能源消耗。
四、冷却塔改造
1、冷却塔水轮机工作原理
利用冷却循环水系统中富裕水能驱动水轮机转动带动风机转动，从而取消电机和减速机实现节能。 冷却塔水轮机采用涡轮增压水轮技术，利用冷却塔设备原有的循环冷却水推动风机散热。
冷却塔散热系统的循环水是由冷却泵根据系统要求以特定的水压、水流量送至冷却塔内进行热交换的，因此进塔后的水流及余压 ，可以充分利用。送达冷却塔的冷却循环水按照一定的压力、流量流过水轮机组，从而使其获得输出功率，并驱动风机散热，完全省去风机电机，达到 100％免除风机电能的目的。 在安装水轮机时，可保留原有冷却塔外型结构、尺寸不改变，水轮机冷却塔的冷效、风机风速、气水比、噪声均比原有电机驱动风机冷却塔有不同程度的改善，各种技术指标均能达到冷却塔设计要求。
2、循环水冷却塔改造前流程
由换热设备来的热水进入热水池后，经热水泵送至冷却塔的布水器，冷却水从喷雾装置大口径喷嘴以高速旋流形式喷出，而空气由装在冷却塔塔顶的由电机带动的风机抽吸，自下而上地与热水进行充分的接触，含水汽的热空气则从冷却塔塔顶排出，热空气夹带的水滴被挡水板收集后往下流。经冷却后的水汇集至冷水池中，经冷水泵加压送至换热设备，换热后循环水再流回热水池循环使用。
3、循环水冷却塔改造后流程
由换热设备来的热水进入热水池后，经热水泵送至冷却塔的布水器，冷却水从喷雾装置大口径喷嘴以高速旋流形式喷出，而空气由装在冷却塔塔顶的由水轮机带动的风机抽吸，自下而上地与热水进行充分的接触，含水汽的热空气则从冷却塔塔顶排出，热空气夹带的水滴被挡水板收集后往下流。经冷却后的水汇集至冷水池中，经冷水泵加压送至换热设备，换热后循环水再流回热水池循环使用。冷却塔改造后水轮机替代电机。
五、水能回收主要技术特点
1、可提高冷凝水的输送温度,当回收的冷凝水温度超过80℃时水泵不会产生汽蚀现象,也不会因为冷凝水温度高而减少装置额定输出量.
2、本密闭式冷凝水回收系统与传统的开式回收方式不同,集水罐带有定压装置,因此减少或避免了二次蒸汽直接排空,二次蒸汽溶解到冷凝水当中去,提高了冷凝水的输送温度。
3、利用原有冷凝水输送干线管,并将2个回收站的冷凝水不经过中间冷凝水箱直接输人除氧器。
4、为了确保水能回收的效果,系统考虑了流量、压力和温度的平衡,并具备一定调节平衡的能力。
5、两个回收站露天布置,考虑了装置和控制部分的防冻措施,同时也考虑了管道防冻措施.
6、回收系统密闭式全自动运行,不用专人看护,仅需定期巡回检查便可。
7、减少了蒸汽冷凝水回收系统的跑、冒、滴,漏,减少了工厂热污染,改善了工厂环境。
六、水能回收利用方案
1、节能原理
对于冷却塔系统回水能量的回收利用已经成熟的解决方案是:将回水能量转化为机械能代替风机系统的电动机直接驱动风机,从而节约风机所耗电能。
2、应用实例
2005年3月,西华大学以自己研制的水能回收装置对川西北矿区甲醇厂10万t装置的循环水冷却塔进行了节能改造。该厂4座冷却塔于1999年8月投入使用,设计水处理能力为4Ｘ1500m3/h,均采用55 kW电动机为冷却塔风机提供动力。
3、方案缺陷
该方案在应用过程中受到的制约因素如下:
(1)许多新的冷却塔系统已经不再使用风机。
(2)使用风机系统的冷却塔,其风机在夜间和冬天往往也不需要启动。
(3)该方案只有在回水能量与带动风机所需能量大致相当的时候才可能是最佳匹配,否则,就会出现回水能量不能完全回收或回收的能量带不动风机的现象。
七、结束语
总之，水能回收技术的应用，在解决了企业的水排放问题的同时还使资源得到了最大化的利用，为企业实现可持续发展做贡献。
参考文献：
[1]赖喜德.一种循环水冷却塔系统余压余能利用的方法.华电技术.2013年3月，第2期，66-68.
[2] 林世强.循环水冷却塔水能回收技术应用.化工技术与开发.2012年4月，第4期,243-247.
[3] 周本省.废水综合利用的鞍钢高炉煤气洗涤循环水系统的水质稳定处理.工业水处理.2013年10月，第9期，10-12.
【关键词】冷却塔；水能；回收技术
中图分类号： TV 文献标识码： A
一、前言
随着经济的发展，化工行业内的各家企业也迈开了技术改革的步伐，水、电、煤、气除了供给正常生产使用，在一些节点运行结束后产生的其他能量也是不容忽视。化工企业在对循环水系统进行改造后，所产生的新的水能资源也应及时的加以利用。下文针对循环水冷却塔水能回收技术及其应用进行了探讨。
二、概述
1、循环水系统
当今化工企业内重要的公用工程系统之一就是循环水冷却系统,水冷却系统运行质量的好坏是保证生产装置的设备安全和运行稳定的必备物质条件,是决定化工企业能够长期的周期性运行的关键因素。
2、循环水系统节水的必要性
随着中国近年来化工行业规模的不断扩大,企业的用水量日益增加,而水循环系统的用水量占的比例较高,一般在60%一70%,甚至比例可能更高。由于我国是一个干旱缺水的国家,如今,全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限,水资源开发难度极大。水是生命之源,水也是工业生产的血液。现在我国的节水政策越来越严格, 化工行业作为工业体系中的用水大户,我们必须最大限度地节约用水,更好的开发利用现有的水资源。解决企业的用水和节水问题,这是实现企业可持续发展所必须重视的问题。
3、水能回收装置
水能回收装置的工作原理类似于水轮机,都是将水能转化为旋转的机械能。为了简化装置结构,考虑装置在系统运行时工况基本不变化,不存在流量调节,在结构设计时采用了无活动导叶结构,根据转轮转换能量的进口条件要求,由蜗壳和固定导叶来形成转轮所需要的环量。同时,考虑到回收水能的压力范围和流量,采用轴流式转轮,结构布置采用卧式。主要过流部件有蜗壳、固定导叶、转轮、尾水管及推力轴承和联轴器。在研发过程中,从制造工艺和结构方面,拟定了圆形断面和矩形断面两种蜗壳型式。两种型式在制造工艺、成本和水力性能方面都有一定的差异,矩形断面蜗壳在制造工艺和成本方面有明显的优势.为了优选蜗壳方案,利用CFD技术对蜗壳这两个方案进行比较分析和优化。
三、循环水系统余压余能
1、客观存在的余压余能
众所周知,循环水流中的能量完全来源于循环水泵,也就是完全来源于外在电源。其中,循环水泵的大小主要取决于工艺流程及其控制的指标参数,尤其是流程中的最高位置。一般来说,流程中的最高位置都大于冷却塔喷淋系统距离地面的高度,所以,循环水流在回到冷却塔出水口时仍然具有一定的富余能量。
2、改造后的富余能量
现成的循环水冷却塔有2个明显的设计缺陷:一是大量的余压余能没有被回收利用；二是冷却塔回水管理应采用一字形设计,却全部采用了U形设计。
冷却塔回水管U形设计是指回水管自生产车间出来以后直接伸入地下,再水平延伸至冷卻塔,最后再从地下提升至喷淋系统;一字形设计是指回水管自生产车间出来以后直接水平延伸至喷淋系统。二者的区别在于,前者大大增加了系统的能源消耗。
四、冷却塔改造
1、冷却塔水轮机工作原理
利用冷却循环水系统中富裕水能驱动水轮机转动带动风机转动，从而取消电机和减速机实现节能。 冷却塔水轮机采用涡轮增压水轮技术，利用冷却塔设备原有的循环冷却水推动风机散热。
冷却塔散热系统的循环水是由冷却泵根据系统要求以特定的水压、水流量送至冷却塔内进行热交换的，因此进塔后的水流及余压 ，可以充分利用。送达冷却塔的冷却循环水按照一定的压力、流量流过水轮机组，从而使其获得输出功率，并驱动风机散热，完全省去风机电机，达到 100％免除风机电能的目的。 在安装水轮机时，可保留原有冷却塔外型结构、尺寸不改变，水轮机冷却塔的冷效、风机风速、气水比、噪声均比原有电机驱动风机冷却塔有不同程度的改善，各种技术指标均能达到冷却塔设计要求。
2、循环水冷却塔改造前流程
由换热设备来的热水进入热水池后，经热水泵送至冷却塔的布水器，冷却水从喷雾装置大口径喷嘴以高速旋流形式喷出，而空气由装在冷却塔塔顶的由电机带动的风机抽吸，自下而上地与热水进行充分的接触，含水汽的热空气则从冷却塔塔顶排出，热空气夹带的水滴被挡水板收集后往下流。经冷却后的水汇集至冷水池中，经冷水泵加压送至换热设备，换热后循环水再流回热水池循环使用。
3、循环水冷却塔改造后流程
由换热设备来的热水进入热水池后，经热水泵送至冷却塔的布水器，冷却水从喷雾装置大口径喷嘴以高速旋流形式喷出，而空气由装在冷却塔塔顶的由水轮机带动的风机抽吸，自下而上地与热水进行充分的接触，含水汽的热空气则从冷却塔塔顶排出，热空气夹带的水滴被挡水板收集后往下流。经冷却后的水汇集至冷水池中，经冷水泵加压送至换热设备，换热后循环水再流回热水池循环使用。冷却塔改造后水轮机替代电机。
五、水能回收主要技术特点
1、可提高冷凝水的输送温度,当回收的冷凝水温度超过80℃时水泵不会产生汽蚀现象,也不会因为冷凝水温度高而减少装置额定输出量.
2、本密闭式冷凝水回收系统与传统的开式回收方式不同,集水罐带有定压装置,因此减少或避免了二次蒸汽直接排空,二次蒸汽溶解到冷凝水当中去,提高了冷凝水的输送温度。
3、利用原有冷凝水输送干线管,并将2个回收站的冷凝水不经过中间冷凝水箱直接输人除氧器。
4、为了确保水能回收的效果,系统考虑了流量、压力和温度的平衡,并具备一定调节平衡的能力。
5、两个回收站露天布置,考虑了装置和控制部分的防冻措施,同时也考虑了管道防冻措施.
6、回收系统密闭式全自动运行,不用专人看护,仅需定期巡回检查便可。
7、减少了蒸汽冷凝水回收系统的跑、冒、滴,漏,减少了工厂热污染,改善了工厂环境。
六、水能回收利用方案
1、节能原理
对于冷却塔系统回水能量的回收利用已经成熟的解决方案是:将回水能量转化为机械能代替风机系统的电动机直接驱动风机,从而节约风机所耗电能。
2、应用实例
2005年3月,西华大学以自己研制的水能回收装置对川西北矿区甲醇厂10万t装置的循环水冷却塔进行了节能改造。该厂4座冷却塔于1999年8月投入使用,设计水处理能力为4Ｘ1500m3/h,均采用55 kW电动机为冷却塔风机提供动力。
3、方案缺陷
该方案在应用过程中受到的制约因素如下:
(1)许多新的冷却塔系统已经不再使用风机。
(2)使用风机系统的冷却塔,其风机在夜间和冬天往往也不需要启动。
(3)该方案只有在回水能量与带动风机所需能量大致相当的时候才可能是最佳匹配,否则,就会出现回水能量不能完全回收或回收的能量带不动风机的现象。
七、结束语
总之，水能回收技术的应用，在解决了企业的水排放问题的同时还使资源得到了最大化的利用，为企业实现可持续发展做贡献。
参考文献：
[1]赖喜德.一种循环水冷却塔系统余压余能利用的方法.华电技术.2013年3月，第2期，66-68.
[2] 林世强.循环水冷却塔水能回收技术应用.化工技术与开发.2012年4月，第4期,243-247.
[3] 周本省.废水综合利用的鞍钢高炉煤气洗涤循环水系统的水质稳定处理.工业水处理.2013年10月，第9期，10-12.