閉式冷卻塔在釀酒行業使用的可行性方案
釋出日期↟•│◕：2021-07-30
某酒廠制酒車間的白酒生產現採用的是不鏽鋼(不鏽耐酸鋼)套管式白酒冷卻器◕✘·，需要大量的冷水來滿足冷卻制酒的需求◕✘·，冷水流過冷卻器後◕✘·，溫度上升即行排放◕✘·，冷水只用一次↟↟☁。且生產所用供水硬度較高◕✘·，該水在冷卻過程中由於蒸發◕✘·，接觸大氣◕✘·，水質更加惡化◕✘·，鈣鎂離子濃度更高◕✘·，會在工藝裝置(shèbèi)上嚴重結垢₪☁▩、腐化侵蝕 ◕✘·，使換熱過程難以順利進行◕✘·，加大了冷卻水的使用量↟↟☁。隨著市場的增大◕✘·，酒廠生產用水量和廢水排放量逐年增大◕✘·，原生產冷卻水沒有合理地迴圈利用◕✘·，浪費水資源↟↟☁。因此◕✘·，對生產冷卻水合理地迴圈利用◕✘·，每年可節約大量水資源↟↟☁。這是對國家節能減排政策的積極響應並將付諸行之有效的措施↟↟☁。
閉式迴圈水冷卻系統(system)是為生產裝置實施水冷卻而配置的↟↟☁。以水作為冷卻介質◕✘·，並迴圈使用的一種冷卻水系統↟↟☁。冷卻系統以水冷卻移走工藝介質或換熱裝置所散發的熱量◕✘·，冷水流過需要降溫的生產裝置（常稱換熱裝置◕✘·，如換熱器₪☁▩、冷凝器（類別↟•│◕：換熱裝置）₪☁▩、反應器）後◕✘·，溫度上升◕✘·，使升溫冷水流過冷卻裝置則水溫回降◕✘·，可用泵送回生產裝置再次使迴圈使用↟↟☁。冷水的用量大大降低◕✘·，常可節約95%以上↟↟☁。冷卻水佔工業用水量的70%左右↟↟☁。因此◕✘·，迴圈冷卻水系統起了節約大量工業用水的作用↟↟☁。迴圈冷卻水使用的目的是能有效地節約水資源₪☁▩、減少熱汙染↟↟☁。
2₪☁▩、制酒車間冷卻迴圈水系統控制要求
根據長期調研生產資料◕✘·，最後得出該醬香型白酒制酒車間冷卻迴圈水系統控制的要求為↟•│◕：環境溼球溫度28℃◕✘·，一棟生產房冷卻水需要量為25m3/h◕✘·，四棟共需要水量100m3/h◕✘·，冷卻前水溫55℃◕✘·，冷卻後水溫32℃↟↟☁。
3₪☁▩、可行性分析
（1）節水效能分析
根據調研所得資料(data)◕✘·，系統(system)需求冷卻水量為100m3/h◕✘·，冷卻溫差23℃↟↟☁。蒸發水消耗約為迴圈水量的0.16%/℃◕✘·，即蒸發水消耗=100m3/h*0.16%/℃*23℃=3.68m3/h↟↟☁。為減少管路結垢（屬於化學遺留物）₪☁▩、抑制微生物生產◕✘·，控制排汙量和補充水量為迴圈流量的5%◕✘·，即排汙水量=100m3/h*5%=5m3/h↟↟☁。在每個窖期的開始時對整個水箱和冷卻塔(The
cooling
tower)的沖洗一次◕✘·，需放空水箱和冷卻塔◕✘·，按最大量計算（放空前水箱滿水）◕✘·，水箱存水60m3◕✘·，沖洗用0.5m3◕✘·，冷卻塔存水2m3◕✘·，沖洗用0.5m3◕✘·，所以共用水63m3↟↟☁。按每輪次生產20天₪☁▩、每天16小時折算沖洗用水量=63/（20*16）
= 0.2m3/h↟↟☁。
結論↟•│◕：相對於非迴圈水◕✘·，採用迴圈供水後汙水排放減少94.8%◕✘·，清水消耗減少91.12%↟↟☁。
（2）用電效能分析(Analyse)
根據泵站與高位水池的距離和高差₪☁▩、流量◕✘·，測算清水用電約2（kW/h）/m3◕✘·，汙水處理(chǔ
lǐ)由於在下游₪☁▩、耗電可以過忽略◕✘·，即非迴圈供水耗電約2（kW/h）/m3↟↟☁。
電能消耗=加壓泵30kW+風機11kW*2+散水泵1.5kW*2+過濾器2kW+控制迴路1kW=58kW◕✘·，迴圈水量100m3/h◕✘·，系統(system)採用變頻控制◕✘·，按節能係數0.8計算◕✘·，平均電能消耗0.464
（kW/h）/m3↟↟☁。
結論↟•│◕：對比資料◕✘·，採用迴圈水後電能消耗降低了25.4%◕✘·，節能效果明顯↟↟☁。
（3）技術可行性
根據迴圈水量和溫差◕✘·，計算散熱負荷◕✘·，選用散熱能力好的HBY型橫流式冷卻塔雙機組合◕✘·，可以達到要求↟↟☁。封閉式冷卻塔噴淋水系統的防凍問題通常在積水盤內增加電加熱器◕✘·，一般在噴淋水低於5℃時開啟◕✘·，8℃以上停掉↟↟☁。溫度探頭將訊號傳遞至控制櫃◕✘·，自動控制電加熱器的啟停↟↟☁。電加熱器的功率選擇依據迴圈水量和外界氣溫確定↟↟☁。根據迴圈水量和壓力要求◕✘·，相應的泵也屬於常規產品◕✘·，容易滿足↟↟☁。
4₪☁▩、系統(system)方案(fāng àn)設計
（1）迴圈冷卻水方案設計
按照冷卻迴圈水是否與大氣直接接觸冷卻◕✘·，可將冷卻塔分為開式冷卻塔和閉式冷卻塔↟↟☁。閉式冷卻塔是將管式換熱器置於塔內◕✘·，透過流通的空氣₪☁▩、噴淋水與迴圈水的熱交換保證降溫效果↟↟☁。開式冷卻塔內空氣與水進行充分的接觸↟↟☁。大氣中塵埃不斷混入水中◕✘·，造成菌藻滋生；由於冷卻水蒸發₪☁▩、飛濺₪☁▩、漏損₪☁▩、濃縮形成的鹽類汙垢◕✘·，造成管網堵塞；另外系統內只安裝普通的過濾裝置◕✘·，不能完全去除這些雜質◕✘·，導致水的電導率增加◕✘·，造成管道腐化侵蝕
；冷卻水經過被冷卻裝置時溫度上升◕✘·，水中的鈣₪☁▩、鎂離子溶解度發生變化會形成水垢(Scale)↟↟☁。降低了換熱效率◕✘·，影響系統正常工作↟↟☁。所以◕✘·，敞開式冷卻迴圈水存在水垢₪☁▩、汙垢₪☁▩、腐蝕₪☁▩、菌藻₪☁▩、管網腐蝕和濃縮倍數的控制（control)等問題↟↟☁。
閉式冷卻塔（也叫蒸發式空冷器或密閉式冷卻塔）是將管式換熱器置於塔內◕✘·，透過流通的空氣₪☁▩、噴淋水與迴圈水的熱交換保證降溫效果↟↟☁。由於是閉式迴圈◕✘·，其能夠保證水質不受汙染◕✘·，很好的保護了主裝置的高效執行◕✘·，提高了使用壽命↟↟☁。閉式冷卻塔按風的流向分為橫流式冷卻塔和逆流式冷卻塔◕✘·，橫流式冷卻塔風從兩側進從上方出◕✘·，風與從下往下的噴淋水相交◕✘·，逆流式冷卻塔風下進上出◕✘·，與噴淋水方向相反↟↟☁。與逆流式冷卻塔相比◕✘·，橫流式冷卻塔具有風機功率小₪☁▩、散水泵功率小₪☁▩、噪音低₪☁▩、飄水量小₪☁▩、可在執行時進行日常維護₪☁▩、可模組化組裝₪☁▩、擴容方便等優點↟↟☁。
（2）廠房回水管道設計
該制酒車間包括4棟生產廠房◕✘·，每棟生產廠房內有4個班◕✘·，8個班組走1條匯流排◕✘·，採用DN110的PPR環保供水管◕✘·，在冷卻塔出水處匯聚成1條DN160的PPR環保供水管◕✘·，所有水管採用PPR環保供水管◕✘·，完全符合GB/M318742.1₪☁▩、GB/M318742.2₪☁▩、GB/M318742.3以及GB/M317219
衛生標準及國家衛生部相關的衛生安全評價規定↟↟☁。PP-R產品(Product)具有耐熱₪☁▩、耐壓₪☁▩、保溫節能₪☁▩、使用壽命長及經濟(jīng
jì)等優點◕✘·，將逐步取替現有的其它種類水管而成為主導產品↟↟☁。
每個冷卻灌的迴圈水溢位管採用DN32的PPR管◕✘·，在溢位口裝有一個DN32的活接球閥◕✘·，每個班的兩個冷卻灌溢位管道經DN63變DN32的變徑接頭將水彙總到DN63的回水管裡；較遠兩個班的冷卻溢位水又經DN110變DN63異形接頭或變徑接頭將水彙總到DN110的回水管裡；最後四個班的回水經DN160三通₪☁▩、DN160變DN110₪☁▩、DN110變DN63變徑接頭將回水彙總到DN160總管迴流至水箱（組成部分↟•│◕：高水箱₪☁▩、存水箱₪☁▩、低水箱）內◕✘·，在進入水箱之前進過籃式過濾器進行除渣◕✘·，保證迴流水質↟↟☁。封閉式冷卻塔噴淋水系統的防凍問題通常在積水盤內增加電加熱器◕✘·，一般在噴淋水低於5℃時開啟◕✘·，8℃以上停掉↟↟☁。溫度探頭將訊號傳遞至控制櫃◕✘·，自動控制電加熱器的啟停↟↟☁。電加熱器的功率選擇依據迴圈水量和外界氣溫確定↟↟☁。其中A12-03₪☁▩、A12-04₪☁▩、A12-05三棟廠房地理位置比水箱高◕✘·，可借用水的壓力自然迴流◕✘·，而A12-06這棟廠房與水箱位置相平◕✘·，水不宜迴流◕✘·，故在主管上加有一個迴圈水泵↟↟☁。
（3）系統全自動控制設計
系統採用西門子200PLC進行資料處理和控制◕✘·，實現全自動₪☁▩、無人值守₪☁▩、無按鍵操作↟↟☁。閉式冷卻塔現在這類冷卻裝置的形式較多◕✘·，其共同的特徵是在間壁式換熱器外噴淋水並且強制通風◕✘·，熱從間壁式換熱器內的被冷卻流體中經壁面傳給壁面外的噴淋水◕✘·，再透過噴淋水與空氣的強制對流傳給空氣◕✘·，而噴淋水向空氣的傳熱◕✘·，主要是由噴淋水蒸發的潛熱和噴淋水與空氣的顯熱交換組成的↟↟☁。
a. 恆壓供水控制↟•│◕：對供水壓力進行PID控制◕✘·，控制變頻器調節加壓泵轉速◕✘·，使壓力穩定於設定值↟↟☁。
b. 恆溫供水控制↟•│◕：對冷卻溫度PID控制◕✘·，控制變頻器調節風機（Draught Fan）轉速◕✘·，使溫度低於設定值↟↟☁。
c.
自動啟停控制↟•│◕：工人無需操作任何按鈕◕✘·，只需開啟/關閉冰缸進水閥◕✘·，就可實現系統的啟動/停止◕✘·，實現閒時停機節能↟↟☁。當停止生產◕✘·，關掉冷卻缸進水閥時◕✘·，管道無水流動◕✘·，壓力增大◕✘·，變頻器長時間低頻工作一段時間後◕✘·，系統自動進入休眠狀態◕✘·，所有裝置停止執行↟↟☁。當開啟水閥◕✘·，檢測到供水壓力低時立即啟動加壓泵◕✘·，迅速恢復供水壓力↟↟☁。
d. 自動水箱液位控制↟•│◕：控制補水閥使水箱水位在一定範圍內↟↟☁。水箱水位低於設定值時◕✘·，開啟補水閥↟↟☁。當水箱水位高於設定值時◕✘·，關閉補水閥↟↟☁。
e. 水箱自動粗過濾↟•│◕：水箱內設定有3mm過濾網和沖洗掃渣裝置◕✘·，定時執行◕✘·，確保大的雜質不進入水箱↟↟☁。
f. 管道精細過濾↟•│◕：在主供水管上安裝100微米過濾器◕✘·，濾除大於100微米的雜質◕✘·，定時沖洗↟↟☁。
h. 觸控屏介面↟•│◕：顯示系統拓撲圖◕✘·，顯示各裝置執行狀態◕✘·，顯示執行資料(data)◕✘·，手動操作各裝置◕✘·，設定執行引數等↟↟☁。
5₪☁▩、系統執行效益分析
（1）冷卻效果↟•│◕：根據7輪次酒執行資料可以看出◕✘·，系統(system)冷卻後的水溫達到了設計要求◕✘·，低於32度↟↟☁。
（2）恆壓供水↟•│◕：加壓泵出口壓力穩定0.51MPa◕✘·，最遠端用水壓力高於0.25 MPa◕✘·，達到了恆壓供水的目的↟↟☁。
（3）用水情況(Condition)↟•│◕：系統(system)在7輪次共補水量1363m3◕✘·，其中包括人為開啟冰缸的原溢流口導致的洩漏₪☁▩、衝渣用水₪☁▩、洗工具等水耗↟↟☁。同車間原未安裝迴圈水的1₪☁▩、2₪☁▩、7₪☁▩、8棟生產房本輪次共用水12289m3↟↟☁。
（4）用電情況↟•│◕：迴圈系統本輪次用電量為5731（kW/h）↟↟☁。
（5）本輪次系統(system)節約費用(expense)計算↟•│◕：按用電費用↟•│◕：單價0.71元/（ kW?h）◕✘·，水資源費↟•│◕：單價0.05元/m3計◕✘·，經統計未安裝系統生產房用水量為12289m3↟↟☁。
系統節水量↟•│◕：12289-1363=10926m3；
系統節電量↟•│◕：10926m3×0.7（kW/h）/m3-5731（kW/h）=1917.2（kW/h）
系統(system)節約費用↟•│◕：1917.2（kW/h）3×0.71元/（ kW?h）+ 10926 m3×0.05元/m3=1907.51元↟↟☁。
（6）節約能源計算↟•│◕：電的折煤系數取0.36kg標煤/（kW/h）◕✘·， 水的折煤系數取0.2429kg標煤/立方米新鮮水↟↟☁。
系統節約能源量↟•│◕：10926m3×0.249kg標煤/立方米新鮮水 +1917.2（kW/h）×0.36kg標煤/（kW/h）=3410.766kg標煤=3.412噸標煤
該專案(xiàng mù)一棟生產房一個輪次能節約3.412噸標煤◕✘·，節能效果顯著↟↟☁。
6₪☁▩、結論
專案經過調研論證₪☁▩、方案設計實施與執行觀察◕✘·，系統實現了制酒車間生產冷卻水的降溫迴圈利用◕✘·，減少廢水排放◕✘·，保證了所有使用班組接酒冷卻水的供應↟↟☁。完全滿足設計需求◕✘·，並最終達到節能減排的目的↟↟☁。
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