节水消雾冷却塔

在春秋两季的高湿天气或冬季，湿式冷却塔中排出的空气接近饱和，在向大气扩散的过程中被环境空气冷却达到过饱和状态形成微小水滴，看起来似白烟的雾状（见图1）。冷却塔的“白烟”会严重破坏城市景观，形成局部雨雪等小气候，影响周围地区的交通和可见度。

　　湿式冷却塔换热效率高，但是冷却水存在较大的蒸发、漂水、排污损耗^[1]，其中蒸发损耗占比最大。而空冷器等冷却效率较低，夏季高温天气通常难以达到工艺冷却的要求，一次性投入较大^[2-3]。消雾节水型冷却塔结合了湿式冷却塔冷却效率高和空冷器节水的优点，近年来被越来越多的用户所选用。

　　湿式冷却塔空气处理焓－湿图见图2，冷却水和空气在湿式换热器（填料）内经过热质交换，形成相对湿度接近100％的湿空气②，通过风机排到环境空气①中。根据“混合定律”^[4]，排出的湿热空气被环境空气①冷却，混合点在直线上随时间从②点持续向①点移动，在②到ⓐ的过程中变为过饱和空气，水蒸气冷凝为微小水滴形成可见白雾。

　　若冷却塔排出塔外气体与环境空气混合过程线不与饱和空气线相交，就不会产生白雾，极限条件为混合过程线②—①与饱和空气线相切。因此需要把空气②加热或者减湿，或者加热和减湿并用。

　　对于冷凝式消雾节水型冷却塔，节水过程主要是在湿通道内饱和湿空气被干通道内干冷空气冷却凝结部分水蒸气的过程，即回收部分已蒸发的水。理论计算其节水率较为困难，一般采用回收其凝结水的方式进行实测，但受冷却塔漂水等因素的影响，其结果存在较大误差。

　　国内外冷却塔厂家根据消雾、节水的机制研制出不同类型的消雾节水型冷却塔，主要有逆流式、横流式、混流式等，笔者以逆流式消雾节水型冷却塔为例进行介绍。

2.1  干湿区串联消雾节水型冷却塔

　　干湿区串联消雾节水型冷却塔结构和空气处理焓－湿图见图3，塔外进入的空气①在湿区与冷却水进行热质交换后形成近饱和湿空气②，②经过换热器后被等湿加热为状态③，相对湿度降低后排出塔外，与环境空气混合过程（③—①）不与饱和空气线相交而不会产生白烟。此结构消雾节水型冷却塔的优点是饱和湿空气被换热器均匀加热，消雾较为均匀，缺点是相同节水率干区占比较大，与普通冷却塔相比须增加水泵扬程。

2.2  干湿区并联消雾节水型冷却塔

　　干湿区并联消雾节水型冷却塔结构及空气处理焓－湿图见图4，湿区排出的接近饱和湿空气②与等湿加热后的干区空气③混合，相对湿度降低（变为状态④）排出塔外，状态点④的空气与环境空气①混合过程不与饱和空气线相交而不会产生白烟。此类型消雾节水型冷却塔需要解决的问题是干湿区空气必须混合均匀，须要加装空气混合装置，否则排出塔外空气会出现局部白雾现象，与普通冷却塔相比须增加水泵扬程，优点是干段直接与环境空气接触，温降较为充分。

2.3  冷凝式消雾节水型冷却塔

　　冷凝式消雾节水型冷却塔结构及空气处理焓－湿图见图5，湿区收水器上部平铺一层冷凝模块，冷凝模块一个通道引入塔外干冷空气，一个通道走湿区排出的近饱和湿空气。由焓－湿图可以看出，湿区排出的近饱和空气②被引入的塔外干冷空气①冷却成为过饱和气体，凝结多余水蒸气后成为状态④，此过程是收集部分湿区水蒸气的过程。干通道内空气被湿通道热湿空气等湿加热到状态③，状态③和状态④的空气混合为状态⑤，排出塔外的空气⑤与环境空气①混合过程线不与饱和空气线相交而不会产生白烟。这种结构的消雾节水型冷却塔在收水器上方增加了冷凝模块（材质为PVC，换热系数低），通风阻力较大，相同冷却负荷需要的塔体、风机功率要大，节水率受到一定限制，优点是对水质的适应性较强，与普通冷却塔相比无须增加水泵扬程。