密闭式冷却塔循环水系统应用

闭式冷却塔1闭式冷却塔特点

闭式冷却塔是工作流体（水）在塔的盘管内进行循环，工作流体的热量经过盘管散入流过盘管的水(或空气)中。同时，机组外四周的空气从盘管上的进风格栅进入，与水的流动方向相反，向上流经盘管。完全靠水的蒸发潜热带走热量，而不像板换靠水的显热带走热量，对水的使用需求量大大减少。一小部分水蒸发而吸走热量，热湿空气由冷却塔顶部的通风机排出到大气中，其余的水落入底部水盘，由水泵再循环至水分配系统又回淋到盘管上。其有如下特点：

(1)由于冷却水不与外界空气接触，补充水采用软化水，冷却水中不会产生水垢、细菌污泥等杂质污染，有效防止冷水机组冷凝器、换热器堵塞，延长冷水机组使用寿命，减少水处理药剂使用量，比开式冷却塔水损耗量减少。

(2)在夏季使用时，与热回收型冷水机组系统相比，可少运行一台热水循环泵，可用冷却水循环泵直

接替代，降低运行电耗。

(3)在夏季供热时，经过冷水机组冷凝器的冷却水，供给空调机组再热段后，温度降低，可整体降低

冷却水回水温度，提高冷水机组效率。

(4)冬季供冷时，可利用外界较低空气温度采用风冷降温，只开通风机，外循环水泵停开，既提供足

够排热能力，又节水，防止结冰，减少结垢。

2闭式循环水系统应用简介

2.1夏季运行工况

传统的净化空调夏季降温除湿是采用开式冷却塔加冷冻机制取冷冻水给表冷器、蒸汽通过板式换

热器输出热水给再热器来实现，

空调机组再热段换热面积按冬季工况设计制造，设计热水供回水温度80/60℃；夏季再热负荷比

冬季低60%左右，在应用于夏季除湿再热时，无需按设计热水温度供应，而仅用35℃热水就能满足

净化空调温湿度要求。在我国南方如长三角地区，是半导体集成电路生产密集区域，因冬季气温不是太低，在空调系统设计中大多采用热回收型冷水机组加辅助电加热器的方式来保证温湿度。在夏季，通过热回收冷水机组输出热水（35℃）来达到降温除湿的要求；在冬季，热回收冷水机组热水温度不能满足使用要求时，再通过辅助电加热器来提升热水温度。

鉴于此，华北某地高科技产业园在2007年新增厂房时，改变以往蒸汽换热供应热水的方式，采用热回收冷水机组在夏季输出热水给空调机组再热段，热水出水温度35℃，通过二年运行，能满足

净化间温湿度需求。考虑到冷水机组运行时冷凝器冷却水32/37℃工况，可以用冷冻机冷凝器出水直接给空调机组再热段，无锡华润微电子动力工厂已有成功经验，在北方地区，用闭式冷却塔代替开式冷却塔。

采用闭式冷却塔与冷水机组在夏季运行，不仅可以取消蒸汽换热，大大节约运行成本，相对热回收冷水机组，也节省一台热水循环泵的消耗。

2.2冬季运行工况

由于北方地区冬季新风温度较低，热回收型冷水机组加辅助电加热器的方式不适用净化空调冬季运行，仍采用传统的蒸汽换热方式来实现。厂房内工艺设备需工艺冷却水，冬季白天和夜晚温差大，因此，仍有部分冷负荷，需要运行冷冻机。由于负荷低，温度差大，导致冷水机组运行很不稳定，冷冻水管道压力高，流量小，极端情况机组会出现喘振；另外，遇跳电、故障检修停机时间稍长时，冷却塔冷却水温度低，再次开启冷冻机很困难，历时长，对生产及时恢复影响很大。因此，很多用户在冬季都采用停开冷冻机，由开式冷却塔冷却水直接给设备冷却水换热器，也能满足工艺冷却水对水温要求。但这同样会带来一些问题：冬季空气干燥，灰尘大，尽管气温低，细菌不易繁殖，但生物粘泥在开式冷却塔中沉积，带入冷却水管路系统中，减小管道流通面积，增加管道阻力，降低板式换热器热交换能力。如果仅用于工艺设备冷却水热交换系统，影响不是太明显，可通过对板式换热器定期拆卸清洗来保证换热能力。但如果用于空调机组表冷器，由于表冷器铜管管径细，弯头多，泥垢很难被清理，如北方某半导体公司动力部门曾于1996年冬季，用开式冷却塔直接给空调表冷器供冷却水，经过一个冬季运行后，尽管节约了一部分运行成本（停开冷冻机，电费减少），但空调机组表冷器进出口压差增加1.5kg/cm2，换热效率急剧下降。因此，为解决冬季空调和设备冷却水对冷负荷需求，降低运行成本，采用闭式冷却塔是个不错的选择。

冬季运行如图3。

图3开式冷却塔给空调制取冷却水工艺通过夏季和冬季二种运行工况比较可以看出，在北方地区，采用闭式冷却塔具有一定的优势，主要是北方昼夜温差大，冬季温度低，对同时需要空调冷负荷和设备冷却水的系统，有一定的竞争优势，可以大大降低运行成本，减少员工操作量，及时恢复生产。在夏季也可以作为热回收冷水机组的备份。

3工程应用

华北某地高科技产业园始建于2005年，园区规划设计空调系统是采用开式冷却塔与冷水机组制冷，地方政府供应蒸汽，通过板式换热器输出热水。由于地方政府蒸汽保障能力很差，时有时无，对厂房温湿度影响很大，该园区动力部门借鉴长三角地区半导体公司运行经验，结合园区空调系统增容的时机，在2008年春季采用一台800RT热回收型冷水机组来输出热水，通过2008、2009两个夏季运行，效果较好。一方面实现了夏季不用蒸汽换热，调温湿度达标，保障了工艺生产；另一方面又节约了运行成本，年节约蒸气费近100万元。考虑到南方与北方冬季气温差别，热回收型冷水机组有一定季节局限性，在冬季除了要使用蒸汽供热，还需要运行冷冻机来满足工艺设备冷却水需求；根据2006年、2007年冬季冷冻机运行记录，每年11月到次年3月需要平均近500RT的制冷量。在2008年春季该园区新增10000m2净化厂房时，需增加冷冻机800RT一台，在设计冷却塔时，决定采用闭式冷却塔取代传统开式塔；尽管工程初期投资增加（闭式冷却塔造价是同型号开式塔四倍），但在冬季运行过程中，使冷却水系统简化，能大大减低员工操作强度，停开冷冻机，同时运行电费降低；遇停电等故障停机后，故障解决，恢复生产都很快。

在工程实施过程中，由于闭式冷却塔系统在冬季运行时，需要将冷却水系统切换入冷冻水系统，因此管道阀门材质、严密性非常重要，要防止水互相窜流。另外北方冬季温度变化较大，为控制冷却

水出水温度，闭式冷却塔通风机可采用变频控制，方便节能；在温度较低时，冷却塔只开通风机，使用风冷，停开外循环泵，减少操作强度。

4经济效益分析

4.1工程投资分析

该工程采用800RT冷冻机组，选用循环流量600m3/h闭式冷却塔一台，比开式塔多花费100万

元，管道安装及设备基础比开式系统多花费10万元，主要是增加阀门切换，因此，工程初期一次性投资需增加110万元左右。

4.2运行费用分析

通过2007年、2008年二个冬季冷冻机运行记录，平均需冷负荷在60%（即500RT）左右，采用闭

式冷却塔系统后，可以停开冷冻机，同时停开冷冻水泵（功率75kW），按冬季运行4个月，每度电

0．7元计算，直接节约电费为：（500×50%+75）×24×120×0.7=65．5万元。开式冷却塔补水量取循环流量的0．5%（即3m3/h）,自来水费按5元/t计算，采用闭式塔运行一个冬季，可节约水费：3×24×120×5=4.3万元。循环水处理药剂按冬季1万元计算。整个冬季可节约运行费用近71万元。

4.3维修保养费用分析

众所周知，影响开式冷却塔换热能力的主要因素是填料质量好坏，北方地区空气中灰尘多，很容

易在填料缝隙聚集，滋生细菌，降低透气能力，冷却水温降不下来，会降低冷冻机效率，极端情况会导致冷冻机喘振。很多用户多采用加药排污的方式，但连续运行一个月后仍会效率降低，降温能力衰减很厉害。常规方法是加药用水冲洗，效果不明显，主要是填料较厚，洗不透；有的用户将填料拆下，晒干，人工敲打，效果较好；一方面灰尘大，另一方面会损坏填料，减少换热面积。因此，通常情况下，开式冷却塔运行5年后，就需要对填料进行更换，一台600m3/h开式塔约需15万元。采用闭式冷却塔后，冬季供冷时，可利用外界较低空气温度采用风冷降温，只开通风机，外循环水泵停开，既提供足够排热能力，又节水，防止结冰，减少结垢。

5结语

因此，采用闭式冷却塔，仅运行一个冬季，就可节约运行成本74万元，不用两年，就可节省设备一

次性投资增加的费用；如果再算上夏季代替蒸汽用于空调系统再热段运行，当年就可收回增加投资。相信，随着闭式冷却塔不断更新，会有越来越多的行业认识了解使用，也会在净化空调行业得到广泛使用。

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