冷却塔消雾除白改造方案

    1 技术背景

     如今，工业冷却塔已经被广泛地应用到工业生产之中，为工业发展带来了巨大的便利。然而任何东西都是有两面性的，其可以带来好处，也会带来负面影响，尤其是在应用过程中，工业冷却塔会带来一定的环境问题。对此，我们需要对其进行改造。

    从整体来看，工业冷却塔在使用时存在以下问题：（1）在冬季使用工业冷却塔的时候，它会排出湿热的气体，然后与空中的冷空气相遇，从而形成大量的白雾，浓烟滚滚不但让空气质量变差，并且容易引起附近居民的恐慌；（2）工业冷却塔附近的地面上容易形成水蒸汽，冷凝后结冰会给人们的出行带来不便，尤其是在机场附近，更可能影响到飞机的起降安全；（3）冷却塔排出的水汽是一种温室气体，当它排放到大气中时，会间接地导致温室效应的加剧；（4）在使用过程中，冷却塔的耗水量极大，冷却是依靠水来散热，对水的需求量较大。

    随着社会的进步与发展，人类所处的自然环境也遭到了大量的破坏，因此人们的环保意识也在逐渐加强，对产品的节能性的要求越来越高。所以多年以来，众多的冷却塔行业厂家加大了对冷却塔的投入研发力度，以求研究出消雾型的冷却塔，解决当前冷却塔使用过程中存在的各种问题，因此急需提出一种以低成本改造达到消雾目的的解决方案。所以，本文基于现有的工业冷却塔设备，通过增设一种消雾装置，实现对现有工业冷却塔进行消雾改造的目的，使工业冷却塔在冬季运行时无明显的烟雾排到大气中。

    为了达到消雾的目的，笔者所提出的消雾装置，主要由换热模块、活动风门、轴流风机、支撑框架和外覆板等模块组成。其结构原理如图1所示。

    （1）冷却塔活动风门改造。本文提出的这种消雾装置采用的是活动风门，在冬季寒冷季节使用时，为防止湿热气体与冷空气相遇凝结产生白雾造成空气能见度低，它的活动风门是可以关闭的，从而阻隔湿热气体的扩散，以达到消雾的目的。这样不仅减小了对大气的污染，还给附近居民的生产生活减少了许多麻烦。同时，在夏季炎热季节使用时，工业冷却塔运不需要消雾，其活动风门是开启的，湿热气流直接排放到大气中并不会产生浓烟，这样的运行方式与普通工业冷却塔无异，从而达到了节能的目的、

    （2）换热模块改造。如前文所述，工业冷却塔在冬季运行时会产生大量的白雾，因此最主要的消雾工作是在冬季进行的。工业冷却塔在冬季运行过程中需要进行消雾时，会关闭如图1所示的活动风门，原有的工业冷却塔排出的气流，会强迫性地通过消雾装置两侧面的消雾节水模块，消雾模块有横向和纵向两个气流通道，也就是换热模块，如图2所示。

    换热模块可由下而上通过湿热气流，在此过程中，湿热气流与换热模块风机横向吸入的气流不进行直接接触，两组气流以组成换热模块的基片为传热介质进行热交换。最后所产生的结果就是，湿热气流在通过时经过降温而冷凝，同时当气流通过换热模块后，其含湿量会降低，温度虽然有所降低，但仍然高于外界空气温度，而当外界的空气被换热模块风机吸入并通过换热模块后，它的含湿量没有发生任何改变，且会低于换热模块流出的湿热气流，温度上升但不高于换热模块流出的湿热气流。在两组气流通过换热模块的过程中，通过对湿热气流的冷凝以及通过换热模块后的两股气流的混合，使气流含湿量逐步降低，达到消雾的效果。

    2 改造優势与经济评估

    经过改造后的工业冷却塔，比传统的工业冷却塔有了更多的优势：

    （1）节水。就目前形势来看，我国的水资源是紧缺的，随着工业发展，人类社会对水资源的需求量只会越来越大。但是，经过改造后的工业冷却塔在一定程度上实现了节水的目的，对水资源的紧张问题有一定的缓解作用。

    （2）减少雾霾的产生。我国部分地区雾霾问题严重，给人们生产生活带来极大的不便。而经过改造后的工业冷却塔实现了消雾的目标，对环境的保护起到了一定作用。

    （3）减少对环境的腐蚀。在使用过程中冷却塔需要用到化学物品，这些化学物品都带有一定的腐蚀性，其排出的废气也有一定的腐蚀性，长此以往，会腐蚀冷却塔附近的建筑及冷却塔自身，减少冷却塔的使用寿命。但是，改造后的工业冷却塔减少了废热气体的排出，因此减少了对建筑和机器的腐蚀，延长了冷却塔的使用年限。

    （4）减少能耗。改造后的冷却塔在原有基础上降低了能耗，对能源的保护意义重大。

    结语

    随着社会的发展，工业也在迅速发展，行业间的竞争力越来越激烈。众多领域迅速崛起，在带来巨大经济效益的同时，也加重了自然环境的负担，尤其是会产生大量的工业废水、废气、有毒物质和工业垃圾，其均会对自然环境造成大量的破坏。因此，对工业冷却塔的改造，符合我国节约资源的基本国策和构建节约型社会的战略需要，并且有着很强的推广范围和使用价值，竞争优势突出，前景十分乐观。

★冷凝除湿再加热

对于冷凝除湿再加热的消白方式，通常要采用热泵，即通过热泵的运行，将低温水在电除雾器前冷凝湿烟气，消除一定的含湿量，然后再用热泵的高温水加热，所需要的升温幅度较小。但要获得较大的温差，热泵的运行功率是比较大的，系统复杂，设备投资也大，因此经济性未必好。对于小的热电机组，脱硫塔与电除雾器往往是一体化的，也很难布置冷凝换热器。

本方案拟采用的除盐水冷却原烟气、蒸汽加热湿蒸汽的方案，有工程与经济性双重可行性。除盐水的温度是常温，如果原烟气的温度高于120℃，则烟气冷却器的温差很大，只需要少数几排换热管，就可以使原烟气温度降低20-30℃，所增加的烟气阻力比较小，还能够减少脱硫塔的水蒸发量，提高脱硫效率。如果连排水的余热没有完全利用，还可以增加一台连排水冷却器，回收更多的余热。通常烟气温度降低20℃，可使除盐水温度提高10℃，相应地减少了除氧器的蒸汽消耗量。而加热段以供热蒸汽对湿烟气进行加热，蒸汽的饱和温度一般高于170℃，与45-50℃的湿烟气存在很大的温差，因此蒸汽加热器的换热面积也很小，烟气阻力增加也很少。因此虽然有冷却与加热两段换热器，全流程烟气所增加的阻力通常可以控制在400Pa左右，只有引风机压头的5%左右，可以不改造引风机。由于前段有降温，后面的升温幅度就可以比较小，所消耗的蒸汽能量与所利用的烟气余热相当，理论上不增加能耗。因此，本方案设备小、阻力小、能量平衡等特点，非常适合烟气消白。

2）加热温度的选择

经验表明：将脱硫后的 45-55℃湿烟气加温到 70-80℃，可以消除白色烟羽。加热温度，与环境温度、环境湿度、脱硫出口湿烟气温度有关。

　　50℃的湿烟气、在 10℃的环境下、加热到 71.4℃;

　　50℃的湿烟气、在 5℃的环境下、加热到 86.2℃;

　　45℃的湿烟气、在 10℃的环境下、加热到 57.9℃;

　　55℃的湿烟气、在 10℃的环境下、加热到 87.9℃。

可见，在环境温度相同时，低温湿烟气只需要加热到较低的温度，就能消除白色烟羽。

从理论上来说，通过前段烟气冷却，脱硫后的湿烟气温度通常在48℃以下，加热到80℃可保证在冬季环境温度下，也看不见白色烟羽。因此，设计温度设定在80℃是能满足严格的环保要求的。当环境温度比较高时，排烟温度可能在70℃就能消白，这时只要降低蒸汽压力，就能控制加热温度，从而减少蒸汽消耗量。

3）材质的选择

用于酸性烟气的冷却和加热设备的材质是不多的，常用的有ND钢、2205双相不锈钢、氟塑料等寥寥数种。本方案采用SS2205不锈钢。

ND钢是一种耐硫酸露点腐蚀的特种钢，在烟气露点温度附近使用，具有良好的耐腐蚀性。有试验表明，ND钢的硫酸（70℃50%浓度）腐蚀速率，分别是20#钢的1/14，SS316L不锈钢的1/3、日本CRIR钢的1/1.8、考登钢的1/9。但ND钢的使用范围非常狭窄，适合中温（70℃以上）中高浓度（50%以上）硫酸的场合，对于稀硫酸，其耐腐蚀性能大打折扣。MGGH中的冷却段大量使用了ND钢。本方案中冷却器的管壁温度很低，低于水露点温度，硫酸的浓度也会较低，因此不能使用ND钢。

SS2205双相不锈钢是一种耐腐蚀性能非常好的不锈钢，强度是普通不锈钢的2倍，非常适合制作酸性环境的换热器。很多烟气消白项目采用了SS2205不锈钢为换热器。SS2205换热元件可以制作成翅片管，大大减小换热器的体积，在无粉尘无沾污的烟气环境下使用是较为理想的。目前烟气都已经达到了超净排放标准，特别是加装了电除雾器后，换热器被沾污的可能性大大降低了。

氟塑料主要是PTFE，即聚四氟乙烯，是最好的耐腐蚀材料，只能在150℃以下的温度使用。氟塑料换热器管内介质是液体，不适合蒸汽加热。以PTFE制作的烟气-水换热器，尺寸较小，阻力较低，重量很轻，不粘灰，不结垢，不腐蚀，因此特别适合制作MGGH。本方案中的烟气冷却器，也是可以用氟塑料制作的。但氟塑料的导热系数极低，只有0.2J/mK，因此管子很细，管壁很薄，管子的数量和回程很多，使得烟气阻力较大。

另一种结合氟塑料和不锈钢管的塑钢复合管，可以用蒸汽加热，具有氟塑料的耐腐蚀耐沾污特性。但由于聚四氟乙烯的热膨胀系数是不锈钢的10倍以上，很难保证在较大的温度范围内复合紧密，况且聚四氟乙烯还具有一定的蠕变特点，如果松脱，就会传热恶化。因此存在较大风险。