无填料冷却塔在钛白生产中的应用

[编者按]为加快钛白粉生产节奏，降低生产成本，对传统钛白粉生产的填料冷却塔进行系统改造，使填料冷却塔变为无填料冷却塔。通过提高热交换速率，增大循环水温差，提高了生产循环水利用效率，加快了钛白粉生产节奏，降低了设备运行维修费用和钛白粉生产成本，保证了设备运行的稳定、可靠，延长了设备的使用寿命。
　　钛白粉生产用水量较大，生产1t钛白粉要消耗100t左右的自来水。虽说现在大部分企业已启用循环水装置，但由于所使用的填料冷却塔冷却水效果较差，水循环利用率较低，钛白生产的水耗还是很高。借鉴其它化工产品生产所使用的无填料冷却塔的先进原理和合理构造，对传统钛白生产冷却塔进行结构改造，将传统的填料冷却塔改为无填料空塔，提高钛白粉生产中循环水的利用效率，通过加快钛白粉生产节奏，增大产量，降低生产成本。

　　1 无填料塔与填料塔的结构区别（见图1）


　　1）无填料冷却塔利用高效低压离心雾化装置（压力：0.035 Mpa）作为冷却元件取代填料塔的填料和布水装置，使冷却塔几乎成为空塔，简化结构。
　　2）无填料塔在取消填料和布水装置后，将雾化装置安装在进风道上方，水的喷射方向与轴流风机抽吸的冷风相同，同时水有上升和下降两个过程，冷却也有顺流冷却和逆流冷却两个过程。
　　3）无填料冷却塔通过雾化装置将水喷成雾状，使空气和水的微小雾滴均匀接触；而填料塔是通过布水喷头将水分布在填料上以膜状与冷风接触。
　　4）无填料冷却塔因填料取消，使塔体载荷大大减小，不需要更多的支撑梁板，土建结构大大简化，节约土建投资。

　　2 无填料冷却塔的冷却机理

　　冷却塔的冷却效果一般取决于 3 个要素：一是冷空气量与冷却水量的比值（气水比）；二是冷却介质（冷空气）和被冷却介质（水）接触的比表面积；三是冷却时间。无填料冷却塔的设计构思就是基于以上3个要素并摒弃传统填料塔的不足而使冷却效果、工作可靠程度趋于理想化。
1）冷空气量和冷却水量的比值
    无填料冷却塔由于填料取消后使冷却塔的系统阻力降至填料塔的50%，塔阻力降低，轴流风机风量增至填料塔的120%，相同冷却水量时，气水比值增加20%，据测算无填料冷却塔气水体积比值为900:：1，填料塔为750：1 。
2）空气和水接触的比表面积
    无填料冷却塔采用 高效低压雾化装置，在较低的压力下（雾化装置工作压力仅为0.035Mpa，进风道下平面处压力0.08~0.15 Mpa），将水喷射成0.5mm~1mm的微小雾滴，比水被填料分散成的膜状比表面积大5%，能连续快速地更新传热表面积，迅速将雾化流的潜热带走。
3）空气和水的接触时间
    无填料冷却塔采用上喷式，将雾化装置合理分布安装在进风道上方，使水的雾滴在塔内有顺流和逆流两个过程，部分雾滴在塔内喷雾段上部呈悬浮状态，因此，水在塔内的停留时间大大延长，充分保证了冷空气和水的热交换时间。

3 无填料冷却塔的优点

1）阻力小，冷却温差大，逼近度小
    由于无填料冷却塔的高效低压离心雾化装置将水喷射成0.5mm微小雾滴，其比表面积远大于水被填料分散成膜状的比表面积，气水传热表面积大，且布水均匀，避免了填料老化及堵塞而产生的死区、沟流等导致冷却点温度分布不均匀现象，冷却效果明显优于填料塔。在循环水量不变的情况下，无填料冷却塔的循环水温差是16℃左右，而传统填料冷却塔只有不到10℃的冷却效果。
2）塔喷雾雾滴均匀、无堵塞、运行稳定可靠
    无填料冷却塔克服了布水喷头堵塞和填料塔填料老化、变形脆裂及冲落填料碎片堵塞管道、泵和换热器等一系列影响塔和工艺系统设备性能的现象，其寿命较填料塔延长3a 以上。
3）冷却水量大，提高水循环利用率
    在同风机、同温差下，塔系统阻力减小，风量增大，冷却水量比填料塔提高10%。同时水循环利用率也大大提高，有效地降低了钛白粉的生产用水消耗。使用填料冷却塔的1t钛白粉水消耗是100t，而使用无填料冷却塔后的每吨钛白粉水消耗可以降到80t 左右，这种效果，在夏天尤为明显。
4）运行费用低，节能效果显著
    低压雾化装置工作压力仅为 0.035Mpa，比水压自传式雾化装置工作压力0.2Mpa低0.165Mpa，配套水泵功率大大降低。无填料冷却塔系统阻力为填料塔的1/2，在冷却水量、风机相同时，配套电机功率降至填料塔的65%，节能效果显著，加之消除了清洗更换填料和布水喷头的费用，运行费用大大降低。
5）噪音小，比填料塔低6db
    根据空气动力学原理，风机噪声

式中：L为风机噪声（db）；Q为风量（m3/h）；P为风压（以mmH2O计）；La为比噪声常数。
经计算，风量不变，风机的压力由1729 Pa降至998 Pa，风机噪声降低6db。由于无填料冷却塔的喷雾系统的压力降低，其配套使用的风机的噪声也会降低，整个冷却系统的噪声较填料塔低。

6）无飞水现象，具有良好的环保效益
由于无填料冷却塔采用专用收水器，可以有效防止飞水现象发生，避免了水损失，同时也避免了冷却水中药剂的损失，节约了水资源。

4 效益分析

1）填料冷却塔大约每年更换一次填料，1套填料价值约5万元，钛白生产厂家一般配有两个冷却塔。4a 即需要更换填料8 套，费用40万元；而无填料冷却塔1套喷头价值是 8 万元，6a 才更换一次。所以，无填料冷却塔代替填料冷却塔每年可节约近10 万元的费用。而且由于无填料，也不存在清理堵塞的问题，每年可节省维修、清理费用5000元。
2）由于无填料冷却塔冷却水温差增大，从而可有效加快生产节奏（尤其是夏天），大约可增产 1/4左右，从而可有效降低钛白粉生产成本200元左右。
3）由于循环水温差的增大，也使得循环水利用率提高，减少了正常循环水用量（大约可减少1/5左右），使钛白粉的生产水耗由传统的 100 m3/t降至80 m3/t左右。