闭式冷却塔在酿酒行业使用的可行性方案
发布日期：2021-07-30
某酒厂制酒车间的白酒生产现采用的是不锈钢(不锈耐酸钢)套管式白酒冷却器，需要大量的冷水来满足冷却制酒的需求，冷水流过冷却器后，温度上升即行排放，冷水只用一次。且生产所用供水硬度较高，该水在冷却过程中由于蒸发，接触大气，水质更加恶化，钙镁离子浓度更高，会在工艺设备(shèbèi)上严重结垢、腐化侵蚀 ，使换热过程难以顺利进行，加大了冷却水的使用量。随着市场的增大，酒厂生产用水量和废水排放量逐年增大，原生产冷却水没有合理地循环利用，浪费水资源。因此，对生产冷却水合理地循环利用，每年可节约大量水资源。这是对国家节能减排政策的积极响应并将付诸行之有效的措施。
闭式循环水冷却系统(system)是为生产设备实施水冷却而配置的。以水作为冷却介质，并循环使用的一种冷却水系统。冷却系统以水冷却移走工艺介质或换热设备所散发的热量，冷水流过需要降温的生产设备（常称换热设备，如换热器、冷凝器（类别：换热设备）、反应器）后，温度上升，使升温冷水流过冷却设备则水温回降，可用泵送回生产设备再次使循环使用。冷水的用量大大降低，常可节约95%以上。冷却水占工业用水量的70%左右。因此，循环冷却水系统起了节约大量工业用水的作用。循环冷却水使用的目的是能有效地节约水资源、减少热污染。
2、制酒车间冷却循环水系统控制要求
根据长期调研生产数据，最后得出该酱香型白酒制酒车间冷却循环水系统控制的要求为：环境湿球温度28℃，一栋生产房冷却水需要量为25m3/h，四栋共需要水量100m3/h，冷却前水温55℃，冷却后水温32℃。
3、可行性分析
（1）节水效能分析
根据调研所得数据(data)，系统(system)需求冷却水量为100m3/h，冷却温差23℃。蒸发水消耗约为循环水量的0.16%/℃，即蒸发水消耗=100m3/h*0.16%/℃*23℃=3.68m3/h。为减少管路结垢（属于化学遗留物）、抑制微生物生产，控制排污量和补充水量为循环流量的5%，即排污水量=100m3/h*5%=5m3/h。在每个窖期的开始时对整个水箱和冷却塔(The
cooling
tower)的冲洗一次，需放空水箱和冷却塔，按最大量计算（放空前水箱满水），水箱存水60m3，冲洗用0.5m3，冷却塔存水2m3，冲洗用0.5m3，所以共用水63m3。按每轮次生产20天、每天16小时折算冲洗用水量=63/（20*16）
= 0.2m3/h。
结论：相对于非循环水，采用循环供水后污水排放减少94.8%，清水消耗减少91.12%。
（2）用电效能分析(Analyse)
根据泵站与高位水池的距离和高差、流量，测算清水用电约2（kW/h）/m3，污水处理(chǔ
lǐ)由于在下游、耗电可以过忽略，即非循环供水耗电约2（kW/h）/m3。
电能消耗=加压泵30kW+风机11kW*2+散水泵1.5kW*2+过滤器2kW+控制回路1kW=58kW，循环水量100m3/h，系统(system)采用变频控制，按节能系数0.8计算，平均电能消耗0.464
（kW/h）/m3。
结论：对比数据，采用循环水后电能消耗降低了25.4%，节能效果明显。
（3）技术可行性
根据循环水量和温差，计算散热负荷，选用散热能力好的HBY型横流式冷却塔双机组合，可以达到要求。封闭式冷却塔喷淋水系统的防冻问题通常在积水盘内增加电加热器，一般在喷淋水低于5℃时开启，8℃以上停掉。温度探头将信号传递至控制柜，自动控制电加热器的启停。电加热器的功率选择依据循环水量和外界气温确定。根据循环水量和压力要求，相应的泵也属于常规产品，容易满足。
4、系统(system)方案(fāng àn)设计
（1）循环冷却水方案设计
按照冷却循环水是否与大气直接接触冷却，可将冷却塔分为开式冷却塔和闭式冷却塔。闭式冷却塔是将管式换热器置于塔内，通过流通的空气、喷淋水与循环水的热交换保证降温效果。开式冷却塔内空气与水进行充分的接触。大气中尘埃不断混入水中，造成菌藻滋生；由于冷却水蒸发、飞溅、漏损、浓缩形成的盐类污垢，造成管网堵塞；另外系统内只安装普通的过滤装置，不能完全去除这些杂质，导致水的电导率增加，造成管道腐化侵蚀
；冷却水经过被冷却设备时温度上升，水中的钙、镁离子溶解度发生变化会形成水垢(Scale)。降低了换热效率，影响系统正常工作。所以，敞开式冷却循环水存在水垢、污垢、腐蚀、菌藻、管网腐蚀和浓缩倍数的控制（control)等问题。
闭式冷却塔（也叫蒸发式空冷器或密闭式冷却塔）是将管式换热器置于塔内，通过流通的空气、喷淋水与循环水的热交换保证降温效果。由于是闭式循环，其能够保证水质不受污染，很好的保护了主设备的高效运行，提高了使用寿命。闭式冷却塔按风的流向分为横流式冷却塔和逆流式冷却塔，横流式冷却塔风从两侧进从上方出，风与从下往下的喷淋水相交，逆流式冷却塔风下进上出，与喷淋水方向相反。与逆流式冷却塔相比，横流式冷却塔具有风机功率小、散水泵功率小、噪音低、飘水量小、可在运行时进行日常维护、可模块化组装、扩容方便等优点。
（2）厂房回水管道设计
该制酒车间包括4栋生产厂房，每栋生产厂房内有4个班，8个班组走1条总线，采用DN110的PPR环保供水管，在冷却塔出水处汇聚成1条DN160的PPR环保供水管，所有水管采用PPR环保供水管，完全符合GB/M318742.1、GB/M318742.2、GB/M318742.3以及GB/M317219
卫生标准及国家卫生部相关的卫生安全评价规定。PP-R产品(Product)具有耐热、耐压、保温节能、使用寿命长及经济(jīng
jì)等优点，将逐步取替现有的其它种类水管而成为主导产品。
每个冷却灌的循环水溢出管采用DN32的PPR管，在溢出口装有一个DN32的活接球阀，每个班的两个冷却灌溢出管道经DN63变DN32的变径接头将水汇总到DN63的回水管里；较远两个班的冷却溢出水又经DN110变DN63异形接头或变径接头将水汇总到DN110的回水管里；最后四个班的回水经DN160三通、DN160变DN110、DN110变DN63变径接头将回水汇总到DN160总管回流至水箱（组成部分：高水箱、存水箱、低水箱）内，在进入水箱之前进过篮式过滤器进行除渣，保证回流水质。封闭式冷却塔喷淋水系统的防冻问题通常在积水盘内增加电加热器，一般在喷淋水低于5℃时开启，8℃以上停掉。温度探头将信号传递至控制柜，自动控制电加热器的启停。电加热器的功率选择依据循环水量和外界气温确定。其中A12-03、A12-04、A12-05三栋厂房地理位置比水箱高，可借用水的压力自然回流，而A12-06这栋厂房与水箱位置相平，水不宜回流，故在主管上加有一个循环水泵。
（3）系统全自动控制设计
系统采用西门子200PLC进行数据处理和控制，实现全自动、无人值守、无按键操作。闭式冷却塔现在这类冷却设备的形式较多，其共同的特征是在间壁式换热器外喷淋水并且强制通风，热从间壁式换热器内的被冷却流体中经壁面传给壁面外的喷淋水，再通过喷淋水与空气的强制对流传给空气，而喷淋水向空气的传热，主要是由喷淋水蒸发的潜热和喷淋水与空气的显热交换组成的。
a. 恒压供水控制：对供水压力进行PID控制，控制变频器调节加压泵转速，使压力稳定于设定值。
b. 恒温供水控制：对冷却温度PID控制，控制变频器调节风机（Draught Fan）转速，使温度低于设定值。
c.
自动启停控制：工人无需操作任何按钮，只需打开/关闭冰缸进水阀，就可实现系统的启动/停止，实现闲时停机节能。当停止生产，关掉冷却缸进水阀时，管道无水流动，压力增大，变频器长时间低频工作一段时间后，系统自动进入休眠状态，所有设备停止运行。当打开水阀，检测到供水压力低时立即启动加压泵，迅速恢复供水压力。
d. 自动水箱液位控制：控制补水阀使水箱水位在一定范围内。水箱水位低于设定值时，打开补水阀。当水箱水位高于设定值时，关闭补水阀。
e. 水箱自动粗过滤：水箱内设置有3mm过滤网和冲洗扫渣装置，定时运行，确保大的杂质不进入水箱。
f. 管道精细过滤：在主供水管上安装100微米过滤器，滤除大于100微米的杂质，定时冲洗。
h. 触控屏界面：显示系统拓扑图，显示各设备运行状态，显示运行数据(data)，手动操作各设备，设置运行参数等。
5、系统运行效益分析
（1）冷却效果：根据7轮次酒运行数据可以看出，系统(system)冷却后的水温达到了设计要求，低于32度。
（2）恒压供水：加压泵出口压力稳定0.51MPa，最远端用水压力高于0.25 MPa，达到了恒压供水的目的。
（3）用水情况(Condition)：系统(system)在7轮次共补水量1363m3，其中包括人为打开冰缸的原溢流口导致的泄漏、冲渣用水、洗工具等水耗。同车间原未安装循环水的1、2、7、8栋生产房本轮次共用水12289m3。
（4）用电情况：循环系统本轮次用电量为5731（kW/h）。
（5）本轮次系统(system)节约费用(expense)计算：按用电费用：单价0.71元/（ kW?h），水资源费：单价0.05元/m3计，经统计未安装系统生产房用水量为12289m3。
系统节水量：12289-1363=10926m3；
系统节电量：10926m3×0.7（kW/h）/m3-5731（kW/h）=1917.2（kW/h）
系统(system)节约费用：1917.2（kW/h）3×0.71元/（ kW?h）+ 10926 m3×0.05元/m3=1907.51元。
（6）节约能源计算：电的折煤系数取0.36kg标煤/（kW/h）， 水的折煤系数取0.2429kg标煤/立方米新鲜水。
系统节约能源量：10926m3×0.249kg标煤/立方米新鲜水 +1917.2（kW/h）×0.36kg标煤/（kW/h）=3410.766kg标煤=3.412吨标煤
该项目(xiàng mù)一栋生产房一个轮次能节约3.412吨标煤，节能效果显著。
6、结论
项目经过调研论证、方案设计实施与运行观察，系统实现了制酒车间生产冷却水的降温循环利用，减少废水排放，保证了所有使用班组接酒冷却水的供应。完全满足设计需求，并最终达到节能减排的目的。
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