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冷却塔消雾除白改造方案

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  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。。
  
  (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。
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