火电厂冷却塔中新型收水器的设计与应用

引言

收水器是工业开放式冷水塔内为减除部分蒸发、风吹损失从而达到节水效能设置的重要装置。一般而言,收水器安装在冷却塔填料层的上部,截收冷却塔内的水分,其结构与功能设计决定了收水效果。

当前火电企业采用的多为波纹板收水器,该种结构的收水器所产生的节水性能已经无法满足广大地区尤其是缺水地区的用水需求。为了进一步提高收水装置的节水率与使用寿命,笔者特设计了一种新型结构的节水装置,以旋流造涡为基本原理,将逆流式冷却塔的节水率提高了16%以上,由此将产生较高的经济效益和社会效益。

1原理

1.1背景

传统生产过程中所使用的冷却塔,其除水层大部分是采用聚氯乙烯生产制作的波纹板,该装置使冷却塔内饱和湿空气呈平直气流状态通过除水层,通过波纹板壁面的碰撞作用完成水汽回收,其结构简易,可回收水量有限。同时,收水器常年运行在水汽潮湿、紫外照射的开放式环境内,传统波纹板还存在强度低、老化速率快、易附着微生物等问题,严重影响着工业循环水使用效率。

针对现有收水器的一些不足,本文设计研发了一种收水效能好、强度高、抗腐蚀能力强的新型旋流收水器。新型旋流集水装置利用了旋流造涡原理,在导叶结构作用下水汽由竖直上升状态变为旋转湍流状态,为液滴聚并回收创造了先决条件。在离开除水器后,水汽涡旋继续保持该种状态运动上升。同等上升位移内,水汽粒子处于旋转态上升要比直线态上升在运动路程与时间方面获得延长。运动方式的改变使粒子之间尤其是微小粒径的液滴之间碰撞概率获得增加,原先垂直上升逃逸的小液滴被聚并为大液滴回落并得到收集。本文利用具有自主知识产权的冷却塔除水层旋流造涡节水装置,针对不同冷却塔边界条件(液滴直径、流速、铺设截面等)定制化设计最优结构收水器模块。

1.2旋流节水器结构设计与优化

基于上述设计原理,通过比较不同形状集水器中心压降、中心速度、切向速度等参数,发现圆柱型集水器中,螺旋导叶的效率较其他叶片型导叶更优(图1)。壁面处速度越大,与中心速度差值就越大(即速度梯度较大),液滴越容易被甩到壁面,由于速度差值,液滴之间相互接触的概率提高,更容易发生聚并,从而收水率得到了提高,更利于节水。

2实验与性能测试分析

为验证两种收水器的收水效率,进行旋流收水器与波纹板收水器收水率对比实验。实验风速条件模拟一般除水器使用实际风速环境2m/s的数值,计算并分析传统波纹板除水器与新型旋流除水装置的集水效能。本实验基于50:1逆流式通风冷却塔实验平台测试新型旋流集水器与传统波纹板PVC集水器单位小时冷却塔的耗水量,测试方案如表1所示。试验恒定量为有填料及淋水装置、60℃入塔水温、40Hz风机频率、循环水泵40Hz。

测试平开机前后的集水槽液位数据记录如表2所示。

从表2可知,塔内安装旋流收水器,在外界温度为3℃时,)得液位下降量为0.0409m,计算得出耗水量为0.1159m3/h。在控制其他变量的前提下,塔内安装波纹板集水器,在外界温度为0℃时,前后液位差值为0.0491m,塔耗水量为0.1391m3/h,节水量为0.0232m3/h。本次实验中,旋流集水装置相比波纹板节水器收水率提高了16.68%。因此,新型旋流集水装置较传统波纹板收水器提高了整体节水效率。

3结语

本文提出并设计了一种新型的旋流节水装置,通过旋流造涡原理改变逆流式通风冷却塔中饱和水蒸气上升路径,增大了微小粒径液滴碰撞聚并的概率,使得聚合的液滴重力大于上升浮力而被回收。

通过实验室数据计算,冷却塔改造为该种收水装置的节水率可相比现有节水装置提高16%以上,并且该收水装置采用的新材料在抵抗紫外辐射、抗湿热老化、抗疲劳等性能方面也具有良好的工业表现。本文所进行的理论研究与实验工作,为高效收水器的结构设计提供了新方法,也为广大缺水地区工业冷却塔节水优化提供了切实可行的解决方案。