喷雾通风冷却塔在张钢冷却水系统中的应用.doc

喷雾通风冷却塔在张钢冷却水系统中的应用1 冷却塔应用概况 山东张店钢铁总厂(简称张钢)工业水系统有3座1981年投入使用的500m3钢混结构逆流机械通风冷却塔，配用4.7m轴流风机，30kW电机，平均每年风机开机时间200天。在实际应用中，由于循环水水质硬度较高，布水喷头和混凝土格网板结垢严重，1989年拆除更换了全部填料，1997年再次更换了全部填料，并更换了部分布水管。冷却塔轴流风机在使用过程中，由于风机直径和叶片质量大，其转动惯量也较大；同时，因叶片质量差异、安装精度不易控制等原因，振动较大，易造成轴承使用寿命缩短，紧固螺栓松动。加之风机运行时不易进行设备监测，曾多次发生设备事故，造成风机叶片损坏，影响了生产。在实际生产中，只能采用计划维修，每年投入运行前全部拆检，更换轴承、润滑油，每台风机检修、调试，须45名钳工工作4天左右。由于风机直径较大，风机叶片与导流风筒壁之间的配合间隙不易调整,为避免风机叶片碰撞导流风筒,往往调整为较大间隙, 在一定程度上影响了风机效率。1991年，张钢安装了3台玻璃钢逆流机械通风冷却塔，后因结垢严重，填料无法正常布水，重量增大造成壳体变形，1994年被迫拆除。机械通风冷却塔从设计上都没有脱离利用填料延长冷却时间、加大气水接触面积的思路，存在着运行重量大、耗电较多、维护及维修工作量大等问题。2 喷雾通风冷却塔的应用2001年,张钢将原有128m3高炉扩容改造为420m3高炉。在工业水冷却系统设计中,采用了冷却塔降温工艺。在冷却塔设备选型上,经过多方面论证,选择了喷雾通风冷却塔。2.1 喷雾通风冷却塔的结构喷雾通风冷却塔由喷雾推进雾化装置、塔体、导风筒、淋水筛网、收水器等部分组成。其核心是喷雾推进雾化装置，它由雾化喷头、水室、密封传动机构及喷头同步旋转的风叶组成，将雾化喷头和液力风机融合为一体，兼有喷雾和通风的双重效果。该装置解决了布水、风机运行和空气来源三个问题。喷雾通风冷却塔主要通过热传导及蒸发的形式带走热量来完成热水的降温过程。结构简图见图1。图1 喷雾通风冷却塔的结构1 导风筒 2 收水器 3 塔体 4 进风道 5 侧筛网 6 平面筛网7 百叶窗 8 集水盘 9 出水管 10 喷雾推进装置 11 进水管2.2 工作原理(1)循环水由进水管进入，经水室均匀地分配到喷头上，旋转的细雾流从收扩型喷嘴高速喷出，在喷嘴末端周围形成负压，带动空气流动，完成水与空气的第一次热交换。(2)喷头在水平方向和垂直方向存在倾角，雾流在水平方向的反推力推动旋转机构及风叶旋转；布水喷头在垂直方向的喷射倾角，保证了雾流的喷射高度，即有效的热交换路程和热交换时间。(3)雾流脱离喷嘴在塔体内上升的过程中，雾流具有较高的流速，并且雾流与空气之间有很大的作用面积，因而产生了相当大的反作用力，使喷头快速向反方向运动，喷头的运动带动旋转机构及风叶转动，产生风力。风从下部吹向雾流，加大了气水比，从而增强了雾化效果。雾化效果的增强，反过来又促进了喷头推力的增加。旋转喷头的射流受到水的压力和旋转离心力的双重作用，使低压液流通过喷头时，旋转机构和风机获得了合理的转速和风力。在0.1MPa的进口水压下，就能形成良好的雾流，并产生0.81.2的气水比；当接管处水压在0.14MPa时，喷嘴水流速为16m/s左右，风筒内风速为23.5m/s，形成较高的速度差，促使水的热量以风速逸出，提高蒸发量。(4)雾流在喷射过程中，循环水主要以水雾、小水滴、水泡三种状态与空气进行热交换，单位体积的水在空气中展开面积大大增加，使气水热交换得以充分进行，通过空气传导和水的蒸发进行了第二次冷却。(5)在水滴回落过程中，依次经过侧筛网和平面筛网，使二次冷却的水滴在空气中的停留时间延长，增加了热交换的时间，使水得到了第三次冷却。2.3 性能特点(1)喷雾通风冷却塔使用多组风机，塔内布风比较均匀。(2)风机叶片采用不锈钢板模压成型，刚性好，不易变形，不锈蚀，安装、维修时无须人工调整角度，操作简便。(3)风机转速约300r/min，其转动部件结构简单，使用高分子材料滑动轴承，利用水润滑、冷却，无须加油。设备检修成本低，只须更换高分子材料滑动轴承，每组风机2名维修工1h即可完成。(4)液力风机的噪音明显低于机械风机。(5)喷嘴直径达14mm，不易堵塞。(6)喷雾通风冷却塔淋水筛网采用不锈钢材料，无腐蚀，不易堵塞。综上所述，采用喷雾通风冷却塔的主要优点是：无电机、无减速机、无电控设备、无填料、冷却效能稳定、运行重量轻、节能、运行维护管理方便。机械通风冷却塔和喷雾通风冷却塔技术性能对比情况见表1。表1 不同冷却方式冷却塔技术性能对比2.4 应用效果张钢420m3高炉于2001年11月投产至今，喷雾通风冷却塔运行良好,在环境温度为35C时，回水水温为28C，给水水温低于25C，优于炼铁生产工艺指标。喷雾通风冷却塔运行管理方便，维护简单，液力风机结构简单，运行可靠,杜绝了设备事故的发生,避免了因设备事故造成的损失,从技术上保证了生产的安全性和连续性。以冷却水量600m3/h的冷却塔为例，机械通风冷却塔和喷雾通风冷却塔年综合经济效益对比情况见表2。表2 不同冷却方式冷却塔经济效益对比万元3 结 语喷雾通风冷却塔是水冷却设