气体旋流分离器是一种利用离心力把液滴或者固体颗粒从气流中分离出来的机械分离设备,其内部无运动部件。与其他的两相分离手段相比,如静电除尘器、重力沉降室、袋式除尘器等,其具备了低压降、高效率的分离特点,因而广泛应用在石油化工、煤化工、冶金、制药等工业领域中。但是一直以来,针对冷却塔外排气的“小白龙”不良景象,旋流分离器却一直未曾展开应用。为此,针对冷却塔的工艺条件,笔者选择了DN75切向式以及直流导叶式旋流分离器,在5t/h的中试冷却塔上展开了中试研究,并做了相应地对比分析。

当前,工业循环冷却水系统中普遍采用湿式冷却塔,它是通过空气和水的接触(直接或间接)来冷却水的装置,广泛应用在各种工业领域中,如工况领域中的石油、化工、冶金、纺织、造纸、火电等。水与空气直接接触的称为湿式冷却塔,水与空气间接接触的成为干式冷却塔。在逆流湿式冷却塔中,空气与水通过直接接触传热以及水的蒸发散热,把热量由水传递给空气。此过程中,水由于蒸发散热造成损耗,排入大气中,通常这部分损耗称为冷却塔的蒸发损耗,是冷却塔水损失的主要因素。同时,蒸发又使得循环水浓度升高。为了稳定水质,就需要排掉一部分高浓度的水,这部分水损失被称为排污损失。从冷却塔排出的外排气中,还夹带着很多微小的液滴,其中粒径大于l0um的占到了98%以上,这部分即为风吹损失,损失量占到了冷却塔循环水量的0.5%~1%。上述3种途径的水分损失占到了企业总耗水量的50%以上,其中又有90%的水分被外排至大气中,形成了严重的“小白龙”景象。

针对湿式冷却塔外排气中液滴夹带的问题,其多数的解决方式是使用不同结构的收水器,依靠改变介质流通通道,利用撞击原理实现液滴回收的。当然,也有不少针对此问题,提出过新鲜的解决方案。如:文献《自然通风冷却塔内加装高压静电吸浮收水装置的节水技术》中记载利用高压静电沉降理论对冷却塔塔内汽水损失进行回收的技术,其操作原理是:当气流从两个电极间通过时,夹带于其中的每个粒子都将获得电荷、极化,并被吸引到与其极性相反的电极上,继而在电极上凝并、排出。此方法适合于分离直径小于1um的粒子,且能耗较大。

中国专利200610088863.4中公开了一种防结冻降雾节水型冷却塔,此冷却塔结合了湿式冷却塔与干式换热器的特点,其核心思想是:在冷却塔上方塔体侧壁上设置对称的上进风口,并在此处以及原有的下进风口处分别设置空气换热器。其上部的设置起到了对循环水进行预冷的作用,降低了填料段的冷却负荷。下部的空气换热器也承担了部分冷却负荷,并可防止冬季下进风口的冰冻。此冷却塔想法非常新颖,但是装置过于复杂,安装难度极大,可操作性不强。

基于冷却塔的工艺条件及存在问题并结合旋流分离的技术特性,笔者提出了在外排气通道内安装旋流芯管的方式来解决这一难题。本章将详细描述在5t/h冷却塔外排气通道内安装旋流芯管后的实验研究,这将为旋流芯管在工业冷却塔中的放大应用提供可靠的实验数据,奠定坚实的科研基础。