高效节能环保系列蒸发式冷却设备的研制及应用.doc

高效节能环保系列蒸发式冷却设备的研制及应用 中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号： 【摘要】本文阐述了高效节能环保系列蒸发式冷却设备的特点，介绍了蒸发式冷却设备的工作原理，并与传统的壳管式冷却设备进行了比较，分析了蒸发式冷却设备的优点。通过对不同行业中实际推广应用的总结，提出了我国推广应用蒸发式冷却设备及配套换热技术的必要性和可行性。 一、引言 热污染当前正引起严重关注，用水冷却化工设备、发电透平机或冷冻和空调设备，随后再把热水直接排放掉是不容许的，热工艺用水应该冷却后在排放，或者冷却后在循环。冷却用水占工业用水的70%以上，冷却用水直接排放不仅造成热污染，还会造成较大的经济和资源浪费，需要将这些冷却用水循环重复利用，缓解当前水资源短缺的状况。另外，在工业生产过程中，我国的耗能现象十分严重，生产同样的产品，往往得比国外多消耗几倍的能量，这样就是我们的产品和国外同类产品相比缺少竞争力。蒸发式冷却设备就是冷却水重复利用的创新产品，蒸发式冷凝器节能、节水的效果不仅在理论上是明显的，在实际应用中也得到了很好的证明。我国水资源十分紧张，能源危机和节水环保促进了有关蒸发式冷凝器的研制和应用。 河北威力制冷设备有限公司组织科技人员，引进吸收国外先进技术，针对我国水资源贫乏等国情，研制成功了以节水、节电、节约占地为主要目的的高效节能环保系列蒸发式冷却设备，可广泛应用于食品、发酵、化工、医药、冶金、水利水电和煤矿建设等行业的工程制冷，与同类传统的壳管式冷却设备相比，蒸发式冷却设备可节水90%、节电50%、节约设备占地60%，大大降低了运行成本。研制的蒸发式冷凝器已于2007年5月16日获得了中国实用新型专利（专利号：ZL200620024243.X），蒸发式空冷器已于2008年3月19日获得了中国实用新型专利（专利号：ZL200820076555.4），具有十分广阔的应用前景。 二、我国制冷设备及配套技术的现状 制冷系统由制冷剂压缩机、膨胀阀、冷却器和蒸发器四大部分组成。压缩机是制冷剂循环的心脏，膨胀阀使制冷剂由液态变成气态，冷却器使系统中制冷剂蒸汽冷却，蒸发器使周围环境变冷，四大部分由密封的钢管连接，从而形成完整的系统，整个制冷系统的效率取决于热交换效率的高低。 我国是世界上制冷技术的应用大国，也是制冷设备的制造大国，其中制冷压缩机技术处于较先进水平。影响制冷效果的主要因素是冷却器。我国恰恰在冷却器制造上落后于发达国家。美国巴尔迪摩公司早在十几年前就发明了蒸发式冷凝器，现已在发达国家普及应用，而我国绝大部分企业依然沿用老式的风冷式或水冷式冷凝器，是形成企业高能耗、高耗水的主要原因。因此，在冷却器制造上采用新技术已成为改变我国制冷技术现状、达到节能减排、降耗增效目标的关键。 近年来清华大学、西安交大、上海交大、江苏荣兴公司等大专院校、科研单位研制成功了高效强化换热的波节管、ACC管（钢铝复合管）、纳米亲水材料等一系列新技术、新材料。由此对美国的蒸发式冷凝器加以改进。可创造出优于巴尔迪摩蒸发式冷凝器的高效节能新产品，对我国制冷设备和配套技术的改进起到了重大的促进作用。 三、蒸发式冷却设备的运行机理及其优点 冷凝冷却设备和配套技术按其使用的冷却介质不同，分为空冷式、水冷式和蒸发式三种，空冷式虽有不耗水、易维护等优点，但换热效率较低，体积庞大，初始投资过大，能耗高且冷却温度较空气干求温度高1220。水冷式主要有壳管式和套管式等形式，需要大量的循环水，致使能耗增高，耗水增大，而且需要循环水处理高排污。蒸发式冷却器使一种融合了空冷式、水冷式和冷却塔的紧凑型换热器，利用水膜蒸发的潜热换热，换热效率高，循环水系统为设备本体小循环，水泵功率为水冷式+冷却塔系统的1/81/4，耗水量一般为水冷式的10%30%，冷却温度比水冷式低36，由于系统能耗少和换热效率高而日益受到用户青睐，成为近几年国内发展最快的冷凝冷却设备。 河北威力制冷设备有限公司研制成功的专利产品蒸发式冷凝器是一种高效节能环保的换热设备，主要是在水蒸发时利用潜热进行换热，它以水或空气等为冷却介质，利用循环冷却水的蒸发潜热和含水蒸气的空气带走被冷却（冷凝）气体或液体中的热量。其工作运行原理是：工作运行时由水泵将循环冷却水送至冷却盘管部件上方的喷淋水管中，经喷嘴均匀地喷淋在冷却盘管的外表面，形成一层很薄的水膜。高温高压气体或液体等介质从盘管部件上部集管进入，分配给每根冷却管，冷却管内的热量通过管壁传给管外表面的水膜，使水膜蒸发，从而实现热量交换。水膜蒸发成为水蒸气后与空气混合成为湿空气，由轴流风机引抽至设备外进入大气当中，没有被蒸发的的循环冷却水吸热后滴落（滴落过程又被冷却）到下部的水盘内，与内浮球阀控制自动补给的新鲜水混合后，供水泵循环使用。蒸发式冷却器结构及工作原理见下图。 蒸发式冷却器结构及工作原理 与传统的壳管水冷式加冷却塔系统换热设备相比，河北威力公司研制的蒸发式冷却设备具有以下优点： 技术先进 蒸发式冷却设备采用先进的水膜蒸发传热技术，将水冷与空冷、传热与传质融为一体，通过管外水膜的蒸发强化管外传热，比封闭式用水带走热量传热效率高出几十倍。一般水冷式冷却器中每kg冷却水带走16.725.1KJ的热量，而1kg水常压下蒸发能带走约2400KJ热量，因此蒸发式冷却器理论耗水量只为水冷式冷却器的1%，通常补充的水量仅为水冷式的1/251/50. 制造材料先进 蒸发式冷却设备选用了先进的高科技制造材料，用椭圆管、不锈钢波节管、铜内外翅片管、ACC管等新型材料。增大传热面积，提高导热系数，提高了热交换效率，同时碳钢管采用了整体热镀锌，耐腐蚀、寿命长。 换热工艺先进 蒸发式冷却器是工艺介质走管内，水和空气走管外，循环水温度相当于当地湿球温度，运行水温低，所以不结垢。壳管式是工艺介质走壳体，水走管程，水温高，易结垢，易腐蚀。 设备结构先进 蒸发式冷却器改变了传统壳管式冷却器加冷却塔的结构形式。他将水池、冷却塔、冷却器、水泵、连接管道、阀门集结于一体，结构紧凑，风机小功率大流量，噪音低。水泵小功率低扬程，喷水嘴选用先进的材料和技术，喷水均匀不堵塞。由于去掉了庞大的冷却水塔和大水池，降低了投资费用，减少了设备占地。同时由于结构的先进性，在制造方面还不属于压力容器，运行安全可靠，维护简便易行，在水质较差时不结垢。 另外，该设备还具有广泛的适应性，尤其在干旱缺水的地区，经济和社会效益更加明显，在北方，冬天可不用冷却水循环，可停水干运行，春秋可减少轴流风机的运行台数，而用传统的壳管式冷却器加冷却塔的换热系统是要不停的开机运转，才能达到工艺要求。 四、应用 蒸发式冷却设备研制开发近十年来，已成功地推广应用于食品、发酵、化工、医药、冶金、发电、水利水电和煤矿建设等行业的工程制冷，应用范围辐射到河北、河南、山东、湖北、云南、贵州、江西、天津、陕西、山西等省市区的500多家单位，根据用户反馈的情况表明，和同类的传统壳管式制冷设备相比，节电50%，节水90%，节约设备占地60%以上，普遍取得了显著的经济效益和社会效益。中国水利水电四局、湖北广济药业、河北元氏宏升化工等单位，在安装使用我公司研制的蒸发式冷却设备后，节能降耗增效明显，并追加投资，增加新的设备以扩大产能。 五、工程运行实际效果 华北制药集团华栾药业有限公司于2008年安装使用河北威力公司的ZNXA-1000KW蒸发式空冷器一台，用于发酵工艺的空气冷却，设计技术指标为空气流量240m3/min,进口温度120，出口温度35，选用2组铜内展翅片管，一台2.2KW循环水泵，2台3KW轴流风机，共需8m3水用以连续循环，总功率为8.2KW，设备造价为二十万元。蒸发式冷却器部件采用框架结构，并进行了先进的防腐处理，不腐蚀，基本免维修。 原来用气体冷却器用空压机L5.580/2.2型3台，每台流量80 m3/min，共240 m3/min ,用水泵17KW，一台铜外翅片冷却器，管程走水，管壳走气，进口温度120，出口温度35，水冷却器两台串联使用，换热面积为428m2,两台造价为27万，另外需要庞大的循环水系统装置和设备投资，地下、空中管道、阀门、循环水泵、泵站、大的冷却塔和水池，共投资100万元，用水量每台每小时100 m3，深井水补充量为每小时3 m3，壳管式空冷器结垢严重，腐蚀严重，二、三年就需更换。新旧设备投资、能耗及运行费用对比情况见下表。 蒸发式空冷器和壳管式空冷器投资、能耗及运行成本对照表(m3) 六、结论 经过近十年的研发和应用