循环水冷却塔蒸汽回收除雾技术

间冷开式循环水冷却塔上应用CRECT蒸发水汽回收系统探讨

我国是一个水资源十分贫乏的国家，一些地区水资源已成为制约经济发展的主要因素之一。石油化工、发电等行业是工业耗水大户，其中循环水冷却塔的耗水量约占整个耗水量的45%以上。冷却塔内水量散失主要是因蒸发散热使部分水相变为水蒸气散入空气中，不但造成水的流失，有时因水雾大还造成很多环境问题。因此回收降低冷却塔的蒸发水耗，意义重大。多年来，人们采取了很多技术措施，实现冷却塔的节水。目前有冷却塔内加设高效收水器、高压静电收水和水轮式旋转布水器消除飘水现象等收水措施。但大多只是收回空气中携带的水滴，高压静电收水也是只收集粒径小于200～300μm的小水滴。CRECT蒸发水汽回收系统工业试验装置可实现对饱和空气中的水蒸气进行回收，这部分蒸发水汽水量大，同时达到了蒸馏水的水质标准。

1.CRECT蒸汽回收技术原理

1.1冷却塔蒸发水汽回收原理介绍

冷却塔主要靠从塔底抽进的塔外冷空气与冷却热水通过接触进行热量的交换。塔外冷空气是低度水蒸气和干空气的混合物，进塔前冷空气中的水蒸气含量较少。在冷却塔运行过程中，水经过冷却塔填料层时，气水充分接触混合，气中水的分压达到了当时温度所对应的饱和压力，进入冷却塔的冷空气便成为了饱和热湿空气。在冷却塔内除水器上部基本上是以饱和热湿空气的形式存在的。

在冷却塔内除水器上部，饱和热湿空气在塔内逐渐上升，与塔外进入的冷空气进行接触，热湿空气温度逐渐下降，并逐步呈过饱和状态，形成小水滴，开始凝结成水雾;至塔顶处，水汽凝结达到最大程度，这便是通常在塔顶看到的雾气团。当具备了充足的水汽，上升过程中遇到凝结核以后，形成的小水滴会凝结形成大水滴。在蒸发水汽出塔前，采用一定的设备，就可以回收冷却塔饱和蒸发水汽，达到节水和保护环境的双重目的。

CRECT蒸发水汽回收装置是利用环境大气与冷却塔塔顶饱和蒸发水汽的温差，核心部件冷凝

模块采用合成热导新材料，集降温、凝水、亲水聚结、疏水集水等新技术于一身，实现了塔顶蒸发水汽的回收。

CRECT间冷式冷却塔蒸发水汽回收系统主要通过具有特殊结构的冷凝模块经过以下两个工艺过程进行蒸发水汽的收集:一是给饱和蒸发水汽降温;二是提供水蒸气凝结的核。将冷凝模块置于冷却塔内除水器上部的过饱和高温湿空气中，通过冷凝模块中热导新材料导热的高效性在环境冷风和高温饱和湿空气之间快速、高效地传递热量，从而在冷凝模块中实现饱和蒸汽的冷凝和凝结水的收集，实现塔顶蒸汽的回收。原理示意如图1。

2.CRECT系统设计

2.1应用设计依据

(1)CRECT冷却塔蒸发水汽回收率设定为20%。

(2)CRECT蒸发水汽回收工业试验装置应用于循环水运行水量4000t/h循环量的冷却循环水系统。冷却塔基础数据如表1所示。

3)冷却塔设计规范。

2.2CRECT冷却塔蒸汽回收装置冷源计算根据推荐蒸发量计算公式，计算冷却塔的蒸发量。公式如下:

式中:E———水的蒸发量，m3/h;

R———循环水量，m3/h;

θ———进塔空气干球温度，℃;

T1，T2———进塔和出塔水温，℃。

取当地全年平均温度(以2008年计):θ=14.1℃，温差△T=T1－T2=8.3℃

计算:E=1.064%R

即蒸发量为循环水量的1.064%，其占补水量的80%。以2000t/h的循环水为例，小时蒸发量:

2000×1.064%=21.3t

其中20%回收，小时回收水量4.3t。

水蒸气40℃气化潜热:2401kJ/kg

总的冷源需要量:

△总冷源量=4300kg×2401kJ/kg

=1032×104kJ。

2.3冷风冷却系统计算

根据公式△H=Ht1－Ht2

计算得:△H=10.2kJ/kg

△总热量=1032×104KJ/h

HJ=H=1.004t+d×(2501+1.88t)

△H=(1.004+1.88d)△t=1.1△t

地区平均温差:40－15=26℃

计算冷却风量:40×10m3/h

3.CRECT冷却塔蒸汽回收装置运行

装置运行测试主要是检查收水效果并计算回收水率。首先根据收水量、上下塔水温的温差和上塔温度与环境温度的温差及循环量，推荐蒸发量计算公式计算冷却塔的蒸发量，水回收率趋势如图2所示。

当化工生产装置的负荷不发生变化时，上下水温差Δt1变化较小，冷却塔蒸发量变化不大。水的回收率主要与上塔水温和环境干球温度的差值Δt2有关。从图2中可以看到，如要达到20%以上的水回收率，要求Δt2在8℃以上。在运行检测期间，工况在Δt2≥8℃时，小时回收水量占冷却塔蒸发量的比例均值为22.2%。因此，可以设定本CRECT装置达到20%的水回收率的运行条件为Δt2应该保持在8℃以上。

4.结果讨论

(1)CRECT蒸发水汽回收装置试运行测试结果表明:该装置适用于上塔水温与环境干球温度

的温差在8℃以上工况下，回收量占冷却塔蒸发量的比例平均为22.2%，达到本项目水回收20%的设计要求。在北方地区，冷却塔回水温度在冬季可以达到32～36℃，夏季可以达到35～39℃，除了八、九月份的白天，全年大部分时间可以满足上塔水温与环境干球温度的温差在

8℃以上的工况。因此，利用CRECT冷却塔蒸发水汽回收装置进行蒸发水汽回收在条件上是允许的，技术上是可行的。对节约水资源和保护环境能起到双重效果。

(2)CRECT蒸发水汽回收装置回收水水质达到二级蒸馏水标准。回收水的用途非常广泛。由于优良的水质，其回收价值是存在的，回收效益是可观的。

(3)根据冷却塔出塔风速的测定显示，CRECT收水装置对进出塔风量有影响但并不明显。同时塔原有结构没有发生改变，回收节水装置对风量存在的影响，可通过提高风机电机功率和调整风机扇叶角度进行弥补。

5.工业化前景

工业冷却塔从诞生到今天已有百年历史，到现阶段为止，机力通风湿式冷却塔冷效最高，成本最低。在石油、化工、电力等各个行业运行的成千上万座工业冷却塔中，基本都是通过水的蒸发来实现换热的。一旦系统得以推广，每年可为国家节约的水资源将是十分巨大的。