机械通风冷却塔消雾技术路线分析

机械通风冷却塔消雾技术路线分析

潘慧芳

杭州华电半山发电有限公司 浙江杭州 310000

摘要：南方某电厂为适应城市发展，需将自然通风冷却塔拆除，改为高度更低的机械通风冷却塔，同步进行机力塔出口水汽消雾和噪声治理，创建环境友好型电厂。通过调研，对市场上主流的两种消雾技术进行对比，分析其技术差别及经济性，以寻得最适合该厂实际情况的消雾方式，也为其他消雾机力塔用户选型提供参考帮助。

关键字：消雾，翅片换热管式，冷凝模块，经济性

本次电厂改造，循环水系统利旧，在拆除原址上建造31座5000m³/h机力塔，受周边在用设施限制，机力塔尺寸越小越好，同时考虑降噪和消雾增加的阻力，机力塔风机功率需要增加，因此需综合考虑冷却效果、消雾效果和投资费用，寻找一个平衡点。

1消雾技术

第一代消雾技术是在湿式冷却塔出风口加装热源的方式（干湿串联），由于装置长期暴露在湿空气中，腐蚀、结垢严重，消雾性能下降很快。

七十年代，采用前端预冷技术（干湿并联技术），在收水器上部气室两侧安装翅片换热管束，循环水先进入翅片管束（干式）进行降温，经过填料（湿式）的湿热空气与来自翅片管的干冷空气混合，变成不饱和湿空气再排出塔外，达到消雾效果。

2007年美国马利研发出冷凝模块（气-气换热器）新型消雾技术，塔内湿热空气与干冷空气通过板式叉流气气换热器进行热交换，大大降低了出塔空气的含湿量，回收了冷凝水。

下面对翅片管式和冷凝模块两种主流消雾技术进行对比，分析其性能及经济性。

2性能对比

2.1结构尺寸

5000m³/h的翅片管式消雾塔单塔轴线尺寸大约19m×19m，不考虑出风口降噪高度，塔高15～16米；冷凝模块式塔内阻力大，为保证冷却效果，轴线尺寸约20m×20m，占地面积多10%，高度约18米，比翅片式高2米。

2.2消雾效果

翅片式采用金属管换热器，传热系数高，传热能力好，气-水传热能力也较气-气传热能力要好。但是翅片管长期与循环水接触，腐蚀结垢不可避免，且翅片间距较小（2mm），易被堵塞，消雾性能会逐年衰退。

冷凝模块采用超导碳素PVC材料，传热能力比金属要差，适用于北方低温干燥气候；南方湿度大，消雾效果会受一定影响。但气-气换热，没有腐蚀结垢问题，消雾性能比较稳定。

2.3节水效果

翅片式：循环水在翅片管内加热干空气时传递了一部分热量，进入湿段的循环水热量减少，使水的蒸发减少，达到节水目的。节水能力取决于翅片的面积，投资越大，翅片越多，节水能力越强。若翅片足够多，实现完全干冷，理论上可接近100%节水率。常规翅片式消雾塔节水率在15%左右。

冷凝模块式：在模块内，干冷空气冷却来自湿段的湿热空气，使饱和湿热空气降温，部分水分冷凝后经导流板回收，达到节水效果。一般冷凝模块节水率能达到20%。

夏季温度较高时，为增加冷却效果，一般不投用消雾装置，此时两种技术均不具备节水作用，只有在秋冬季气温较低，冷效富余的情况下才体现节水作用。

2.4冷却效果

机力塔冷却效果与填料布置、配水系统设计、风机风量有关。在填料与配水合理的情况下，冷凝模块布置在塔内，影响塔内流场分布均匀性，对水滴的冷却能力有一定影响，为了保证冷效，冷凝模块式消雾塔风机须选择更大的功率。一般翅片式风机功率220KW，冷凝模块约250KW。

2.5循泵扬程要求

原自然通风冷却塔配水中心高度10.2m，考虑循泵利旧，机力塔上塔压头不应高于该值。冷凝模块式配水中心8m左右，能适应原循泵工况。翅片式为保证消雾，翅片高度至少5m，加上管内水阻及变径损失，局部损失按沿程损失的25%考虑，要增加水泵扬程6～7米，上塔总压头约15m，超过原循泵扬程，因此必须配置抽真空系统，弥补增加的扬程要求。

2.6运行可靠性

冷凝模块式与常规湿式机力塔基本相同，且PVC材质换热器无腐蚀、结垢问题，换热板间距大，不易卡塞，不需要特殊的运行操作。塑料老化后，模块整体更换也比较方便。

翅片管易堵塞，即使加装清洗装置，也无法完全清理干净，且翅片薄易变形。冬季翅片管内剩水易结冰冻裂管道，增加检修工作量。消雾时需抽真空并切换上水管路，阀门的可靠性、真空系统的严密性和仪表防潮性能直接影响投运成功率。

3经济性对比

3.1土建投资

冷凝模块式消雾塔占地面积大10%，高度高2米，土建成本要比翅片式消雾塔高。

单台翅片式消雾塔用料（钢筋+混凝土）大约400m³。单台冷凝模块式消雾塔增加土建量约60m³，增加费用约10万元。

3.2设备投资

两种技术消雾塔价格均在220～240万，翅片式消雾塔为缓解塔内金属构件的腐蚀结垢问题，若采用316L不锈钢代替304不锈钢，每座塔投资还要增加10万左右。

3.3运行费用

夏季每台机循环水量25688m³/h,需5台机力塔运行；冬季16287m³/h，只需3台机力塔。春秋季数量介于两之间，且考虑多台机组运行时，塔群的优化组合可适当减少机力塔数量，因此单台机组运行所需机力塔数量按设计配置的70%计算。公司6台燃机年度发电1500小时，电价0.547元/度，则

翅片式年耗电费：220×6×1500×5×70%×0.547=379.1万元

冷凝式年耗电费：250×6×1500×5×70%×0.547=430.8万元

耗电差值51.7万元。

3.4辅助投资

1）翅片管消雾塔翅片间距2mm左右，容易堵塞，且长期与循环水接触，结垢比较严重，需加装自动清洗装置，折合每台塔增加约2万元。

2）翅片式必须加装抽真空系统，可以每组塔群布置一套，每套约50万元，8个机力塔群共计400万元，折合每台塔约400÷31=12.9万元。

3）翅片式消雾塔比模块式增加一路干式上水管道及电动阀门。增加D920×10无缝钢管15米（约1.8万元），DN900电动蝶阀一只（约6万元），合计7.8万元。

3.5降噪投资

机力塔进出风口和消雾口需加装降噪装置。两种消雾技术进出风口尺寸相当，降噪费用相当，而消雾口两者布置方式不同，需要降噪处理的面积不同。

单塔翅片管消雾口面积：19×5×2=190m²。

单塔冷凝模块消雾口面积：2.2×4×4×2=70.4m²。

3.6节水效益

每台机循环水量25000m³/h，年发电小时1500，夏季发电量占比约1/3，平均蒸发量1.5%，循环水约1元/吨，则

翅片式节水效益：6×25000×1.5%×15%×1500×2/3×1=33.75万元

冷凝式节水效益：6×25000×1.5%×20%×1500×2/3×1=45万元

4结语

综合考虑初期投资及后期运维各方面因素，对两种消雾技术经济性进行比较。

翅片式增量费用主要有：

1）管道阀门：7.8×31=241.8万

2）降噪费用：（190-70）m³×31×1000元/m³=372万

3）维护费用：1万/台×31=31万

4）节水收益：45-33.75=11.25万

冷凝模块式增量费用主要有：

1）土建投资增加：10×31=310万

2）运行电耗增加：51.7万

按机力塔20年使用寿命，折合至每年度的综合费用：

翅片式总增量（241.8+372）÷20+31+11.25=72.69万/年

冷凝模块式增量310÷20+51.7=67.2万/年

用户可根据自身的冷效要求和成本控制要求选择适合生产实际的消雾技术。

参考文献：

[1] 徐正. 机械通风冷却塔选型影响因素分析 -燃料与化工 2016（1）

[2] 蔡虹. 工业冷却塔消雾节水新技术 -中国设备工程 2017