引言

收水器是工業(yè)開放式冷水塔內(nèi)為減除部分蒸發(fā)、風(fēng)吹損失從而達(dá)到節(jié)水效能設(shè)置的重要裝置。一般而言,收水器安裝在冷卻塔填料層的上部,截收冷卻塔內(nèi)的水分,其結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)決定了收水效果。

當(dāng)前火電企業(yè)采用的多為波紋板收水器,該種結(jié)構(gòu)的收水器所產(chǎn)生的節(jié)水性能已經(jīng)無(wú)法滿足廣大地區(qū)尤其是缺水地區(qū)的用水需求。為了進(jìn)一步提高收水裝置的節(jié)水率與使用壽命,筆者特設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)的節(jié)水裝置,以旋流造渦為基本原理,將逆流式冷卻塔的節(jié)水率提高了16%以上,由此將產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1原理

1.1背景

傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中所使用的冷卻塔,其除水層大部分是采用聚氯乙烯生產(chǎn)制作的波紋板,該裝置使冷卻塔內(nèi)飽和濕空氣呈平直氣流狀態(tài)通過除水層,通過波紋板壁面的碰撞作用完成水汽回收,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易,可回收水量有限。同時(shí),收水器常年運(yùn)行在水汽潮濕、紫外照射的開放式環(huán)境內(nèi),傳統(tǒng)波紋板還存在強(qiáng)度低、老化速率快、易附著微生物等問題,嚴(yán)重影響著工業(yè)循環(huán)水使用效率。

針對(duì)現(xiàn)有收水器的一些不足,本文設(shè)計(jì)研發(fā)了一種收水效能好、強(qiáng)度高、抗腐蝕能力強(qiáng)的新型旋流收水器。新型旋流集水裝置利用了旋流造渦原理,在導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)作用下水汽由豎直上升狀態(tài)變?yōu)樾D(zhuǎn)湍流狀態(tài),為液滴聚并回收創(chuàng)造了先決條件。在離開除水器后,水汽渦旋繼續(xù)保持該種狀態(tài)運(yùn)動(dòng)上升。同等上升位移內(nèi),水汽粒子處于旋轉(zhuǎn)態(tài)上升要比直線態(tài)上升在運(yùn)動(dòng)路程與時(shí)間方面獲得延長(zhǎng)。運(yùn)動(dòng)方式的改變使粒子之間尤其是微小粒徑的液滴之間碰撞概率獲得增加,原先垂直上升逃逸的小液滴被聚并為大液滴回落并得到收集。本文利用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的冷卻塔除水層旋流造渦節(jié)水裝置,針對(duì)不同冷卻塔邊界條件(液滴直徑、流速、鋪設(shè)截面等)定制化設(shè)計(jì)最優(yōu)結(jié)構(gòu)收水器模塊。

1.2旋流節(jié)水器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

基于上述設(shè)計(jì)原理,通過比較不同形狀集水器中心壓降、中心速度、切向速度等參數(shù),發(fā)現(xiàn)圓柱型集水器中,螺旋導(dǎo)葉的效率較其他葉片型導(dǎo)葉更優(yōu)(圖1)。壁面處速度越大,與中心速度差值就越大(即速度梯度較大),液滴越容易被甩到壁面,由于速度差值,液滴之間相互接觸的概率提高,更容易發(fā)生聚并,從而收水率得到了提高,更利于節(jié)水。

2實(shí)驗(yàn)與性能測(cè)試分析

為驗(yàn)證兩種收水器的收水效率,進(jìn)行旋流收水器與波紋板收水器收水率對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)風(fēng)速條件模擬一般除水器使用實(shí)際風(fēng)速環(huán)境2m/s的數(shù)值,計(jì)算并分析傳統(tǒng)波紋板除水器與新型旋流除水裝置的集水效能。本實(shí)驗(yàn)基于50:1逆流式通風(fēng)冷卻塔實(shí)驗(yàn)平臺(tái)測(cè)試新型旋流集水器與傳統(tǒng)波紋板PVC集水器單位小時(shí)冷卻塔的耗水量,測(cè)試方案如表1所示。試驗(yàn)恒定量為有填料及淋水裝置、60℃入塔水溫、40Hz風(fēng)機(jī)頻率、循環(huán)水泵40Hz。

測(cè)試平開機(jī)前后的集水槽液位數(shù)據(jù)記錄如表2所示。

從表2可知,塔內(nèi)安裝旋流收水器,在外界溫度為3℃時(shí),)得液位下降量為0.0409m,計(jì)算得出耗水量為0.1159m3/h。在控制其他變量的前提下,塔內(nèi)安裝波紋板集水器,在外界溫度為0℃時(shí),前后液位差值為0.0491m,塔耗水量為0.1391m3/h,節(jié)水量為0.0232m3/h。本次實(shí)驗(yàn)中,旋流集水裝置相比波紋板節(jié)水器收水率提高了16.68%。因此,新型旋流集水裝置較傳統(tǒng)波紋板收水器提高了整體節(jié)水效率。

3結(jié)語(yǔ)

本文提出并設(shè)計(jì)了一種新型的旋流節(jié)水裝置,通過旋流造渦原理改變逆流式通風(fēng)冷卻塔中飽和水蒸氣上升路徑,增大了微小粒徑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。

通過實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)計(jì)算,冷卻塔改造為該種收水裝置的節(jié)水率可相比現(xiàn)有節(jié)水裝置提高16%以上,并且該收水裝置采用的新材料在抵抗紫外輻射、抗?jié)駸崂匣?、抗疲勞等性能方面也具有良好的工業(yè)表現(xiàn)。本文所進(jìn)行的理論研究與實(shí)驗(yàn)工作,為高效收水器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新方法,也為廣大缺水地區(qū)工業(yè)冷卻塔節(jié)水優(yōu)化提供了切實(shí)可行的解決方案。