大力推广高效节能的工业冷却塔

　　 一、我国工业节水在未来十年要达到的总体目标
　　随着我国水资源短缺的严重性、紧迫性及不可回避性呈现在国人面前，如何建立节水型经济和节水型社会的问题引起了党和政府的高度重视，节水已成为国策。在党的十五届五中全会通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展十个五年计划的建议》中明确提出：水资源可持续利用是我国经济社会发展的战略问题，核心是提高用水效率，把节水放在突出位置。国家水利部的调查资料显示截止到1998年，我国工业用水占总用水量的21%，这一比例尽管不是很大，但对我国国民经济的持续发展有着决定性的影响。毋需置疑，工业节水是我国节水工作的一个重要的不可忽视的方面。
　　为贯彻党的十五届五中全会精神，国家经贸委制定了“关于加强工业节水工作的意见”的重要文件，提出了我国2000——2010年未来十年工业节水要达到的总体目标是：
　　●工业取水年增长率：在工业增加值年均增长10%左右的情况下，取水量的增长控制在每年1%——1.2% 。
　　●重复利用率：从目前的50%左右提高到2005年的55%，2010年达到60%。
　　●工业万元产值取水量：从目前的95m3左右降到2005年的50 m3，2010年降到30m3。
　　实现上述目标是完全可能的，也是很有必要的。
　　 二、工业冷却塔是工业节水的主要设备
　　对于工业节水这一千秋大业，其重要性我们已在各种场合下强调了，其实现的总体奋斗目标也制定好了，问题在于究竟我们采取什么样的具体措施和途径才能把工业节水落到实处而不致落空？六十六年前，毛泽东同志在谈到工作任务和完成工作任务的方法时曾形象的比喻说：我们的任务是过河，但是没有桥或没有船就不能过。不解决桥或船的问题，过河就是一句空话。我们也可以把工业节水比喻为一条河，要过这条河，桥和船是什么？我们说要过工业节水这条河，船和桥就是高效节能的工业节水设备——工业冷却塔。除非生产工艺上不用水，只要用水冷却就必须用冷却塔才能实现工业水的重复利用。从这个意义上说，这是工业节水的重要乃至唯一途径。
　　工业冷却塔从诞生到今天已有百年历史（Cooling Towers have been in use since the turn of this century），是人类二十世纪工业技术进步的产物，其间充满了艰难的尝试（to build Cooling Tower by trial and error）。经过发达国家百年工业节水技术进步的不断积累，人类认识到：机力通风湿式冷却塔（wet tower mechanical draft type）——现代工业的基础设备（basic workhorse of our industry）——冷效最高，成本最低（the most efficient and economical）。
　　 三、我国工业冷却塔的发展及现状
　　从1949年共和国建立到1978年的三十年里，我国虽然已有工业冷却塔的应用，但规模不大，技术陈旧，由于普遍存在着对节水意义的忽视，在这一时期我们对工业节水技术的投入是不够的，在许多部门甚至未提到工作日程，我国工业冷却塔技术获得长足发展是改革开放以来的二十年间。伴随着对国外先进冷却塔技术的引进、消化吸收，到八十年代出现了冷却塔热，其中最引人注目的是数以百计的冷却塔制造商的涌现。大批工程项目的建设，国家对工业节水的要求刺激了工业节水市场的发展，激烈的市场竞争极大地推动了我国冷却塔技术的进步，大大缩小了我国与发达国家的差距。现在在工业节水领域我们完全有能力依靠自己的技术满足工业生产和人民生活的需要；另一方面我们也应清楚地看到尽管我们的冷却塔技术二十年来有了较大发展，但整体上与发达国家相比仍存在较大差距，正视这种差距是进一步提高自己的起点。尤其是当前面临严重的水资源短缺及未来十年工业节水的总体目标，我们不能满足于已取得的成绩，必须清醒、客观地找出在工业节水设备的科研、设计、制造、使用等诸环节存在的主要问题并妥善加以解决，我国的工业节水事业才能百尺竿头，更进一步。
　　那么，我国工业节水设备——工业冷却塔技术发展中存在一些什么问题呢？笔者认为数其大者有以下几个方面：
　　 1.现在运行的成千上万座工业冷却塔技术落后。
　　据了解在我国石化行业13000家大中小型企业近十万座各种型号的冷却塔中，除了少数利用国外引进的成套冷却设备的大型石化、化工、化肥企业，冷却塔的运行达到国际先进水平，工业水的重复利用率达到80%以上，大部分利用国产冷却节水设备的企业都存在不同程度的技术落后问题，水的重复利用率远未达标。由于工业节水长期不被重视，在我国石化行业实际运行的工业冷却塔中尚有大量五十、六十年代设计建造的产品，由于历史的局限和使用年代久远，这些节水设备绝大多数已成为旧塔、病塔、老塔，其落后的状况是惊人的。如有不少化肥企业的冷却塔，风筒为砼结构的原始产品，布水器为砼结构的水槽，塔芯为砼结构的镶嵌板条，由于年代久远，结垢堵塞严重，已丧失冷却能力，工厂实际是靠一次性排放的直流水(Once-through cooling water)维持生产，由于水费低廉，虽然冷却塔早已成为“聋子的耳朵——摆设”，但企业安之若素，熟视无睹。类似这些高能耗、低效率的所谓工业节水设备依然在滥竽充数的情况并不鲜见。这些塔急待用先进的综合工程技术予以彻底改造。
　　 2.冷却塔的设计、制造、建设、安装的技术水平良莠不齐，相差甚远。
　　目前在我国工业节水市场上，既有良流线性先进设计思想指导下的设计实践，也有所谓“标准图”的极其落后的设计产品；既有对国外先进技术的消化、吸收创新，已然国产化的运行良好的大型工业成套冷却设备，也有粗制滥造一投产就无法使用的庞然大物；既有高质量的PVC填料连续使用十三年依然保持良好的韧性、强度，也有象豆腐渣一样，刚装进塔内尚未使用就跨掉、碎裂的伪劣制品。最令人不可思议的是有些人打着××科学研究院、××设计院的牌子，粗制滥造出一批所谓大型工业节水设备，妄称是对“循环水工程技术的又一重大突破，在国内属领先地位，可为国家节约大量外汇，市场前景十分广阔”，阴差阳错，居然通过了省部级“科学技术成果鉴定”，而且鉴定委员会的组成人员几乎全部清一色的高工、教授级高工、研究员、博士组成。更令人啼笑皆非的是，为把这一“成果”向全国推广，这些人又在南方某城市举行了规模盛大的“新技术成果”发布会，骗取了近百名全国各地不明真相的工业给排水界的高级工程技术人员和专家、学者参加、署名。然而该“成果”投入实际运行短短几个年头，用户就发现，该“成果”的实际冷却能力仅为“发布冷却能力”的60%，根本不能满足生产需要。“环保应属千秋业，凉水塔中哪是真？”我们认为技术水平低并不可怕，只要努力总有提高的一天，但那种为了达到个人目的，不惜采取拔苗助长，弄虚作假的做法，只能在我国工业给排水界造成混乱，只能使我国工业冷却塔的技术进步付出更大的代价。
　　上述种种现象的巨大反差，鲜明对比，真实的反映了我国工业冷却塔技术的现状，以及在社会主义初级阶段，市场经济发育不完善时期的发展不平衡性。
　　 3.在冷却塔技术研究和开发上，重局部不重全局。
　　冷却塔技术是一系统工程，它的内在规律要求对风、水、热交换介质三者性能很好匹配和相互关照，如果这三者各自的性能不到位，且相互关照有了重大缺陷，冷却塔的高出力是不可能的。
　　我国不少企业或单位对冷却塔的研究重点多在局部，尤其是填料花样不断翻新，但对冷却塔整体技术进步关注欠缺，这种只重局部，不重全局的研究方法是我国冷却塔整体技术进步缓慢的主要原因之一。国外发达国家对冷却塔的研究多放在全局，放在三要素的相互关系的照应上( It is imperative that manufactures and owers understand the relationship between each tower component and the necessity to evaluate the impact any new component has on the performance of the system as a whole )，这个重大区别不论从理论上，还是实践上都证明全局的观点具有更强的科学性。
　　 4.冷却塔的科研、设计、制造相互脱节。
　　发达国家冷却塔的科研、设计、制造各环节统一于一个专业公司之内，这对促进冷却塔整体技术的发展极为有利，不少专业公司有几十年乃至百年的历史。在长期的技术积累中形成自己的开发优势，针对工业生产和人们生活的需要不断推陈出新，把冷却塔技术推向前进。以美国为例，二次大战前就有利利霍夫曼( LiLie－Hoffman )和马利( Marley )两个专门从事冷却塔生产的专业公司，现在就更多了。我国在相当长的时间里冷却塔的科研、设计、制造是分离的，各自为政的。以冷却塔的设计为例，大多由专门的设计单位来做，而不是由冷却塔的制造商设计，也就是说，设计和制造是脱离的。这种体制上的缺陷造成了“任务”观点，它建成后出现的问题很难说得清是设计的原因还是制造的原因，真正设计上的缺陷很难反馈到设计者那里，在新版设计图中获得及时准确的修改。这种首尾脱节的体制显然对冷却塔技术的进步不利。冷却塔的科研工作亦复如是，有研究能力的单位并不建塔，建塔的单位几乎没有科研能力。形成了冷却塔制造商产品雷同，更新换代缓慢，整体水平难以提高的局面。
　　 5.企业不重视冷却塔的使用和管理。
　　 冷却塔作为一种节水设备，经过发达国家一百年的完善、改进和提高被证明是工业节水唯一可行的有效途径。但在我国很多企业不被重视。由于长期以来受水是“取之不尽，用之不竭”的误导，人们既不重视也不关心冷却塔性能的优劣以及水重复利用率的高低，当发现达不到冷却要求时，多补充新鲜水就是了。我们在改塔实践中曾经遇到风机倒转了十年，以为是正常运行模式的笑话。
　　 6.冷却塔技术的交流、研讨处在自然状态。
　　发达国家冷却塔技术的交流研讨非常活跃，国际冷却塔技术协会( CTI )已近五十年历史，对推动冷却塔技术的发展和提高做了大量工作。我国既无全国性的冷却塔技术协会，也很少技术交流和研讨的机会，已有的丰富的经验教训难以获得及时总结、普及和提高，面临的挑战性问题引不起关注也得不到深入研究。这些极为必要的基础工作完全处在一种自然状态，这当然对我国冷却塔技术的发展是不利的。
　　 四、建议与对策
　　工业技术进步通常是逐步实现的（usually by slow stages），工业节水也不例外。综观冷却塔的发展史，技术进步依靠一点一滴的积累不断满足工业生产和人们生活的需要。正如我国已故著名数学家华罗庚教授所言：“科学上的发现都是日积月累长期辛勤思考的结果， 都是每一步看来不难，但都是步步积累的结果。”
　　 我国工业节水领域所存在的问题不是一天、两天形成的，它的解决也不是一两天内所能办到的。根据发达国家的经验，我们同样脱离不了依靠艰苦而漫长的技术积累，才能实现量变到质变这一根本规律。不过，目前我们至少应做到以下几点：
　　1、分期分批完成对现有落后工业冷却塔的技术改造，从投资上讲，这种改造可比新建塔获得事半功倍的效果。沧州公司近年来，用具有国际先进水平的工业冷却塔技术改造了：淮南化肥厂、鲁南化肥厂、山西焦化厂、南宁化工厂、山西化肥厂、天津联化公司、北京化工实验厂、大庆石化总厂、北京东方化工厂等石化行业近百家大中型企业的上千座旧塔、病塔、老塔、废塔。凡经我们公司改造的冷却塔冷却能力可提高20~100%，降低能耗20~50%，工业水重复利用率从10~30%提高到60%以上，以山西焦化厂和天津联化公司为例：
　　山西焦化厂：
　　该厂东区循环水由四个Φ4.7m风机、8.4m×8.4m的砼结构逆流冷却塔组成，由于原塔设计上存在重大缺陷，应业主要求，沧州公司于1999年1月对该塔组实施了彻底改造，3塔总改造费用为29.8万元（建一座同规模的新塔费用为48万元）。改造后综合经济效益明显，下面摘录该厂所做“山西焦化集团有限公司供排水车间东区循环水冷却塔改造总结（1999年7月）”中“综合经济效益评价”的内容：
　　“综合经济效益评价
　　自1999年1月改造投运至今，在这半年的运行期间中，原塔存在的问题基本解决，降温效果良好，保证了各项工艺指标的合理运行，同时还降低了一些能耗，综合经济效益可观，达到了技术改造的目的。
　　1、出塔温度小于28℃，完全满足了工艺需求，我们收集了1998、1999年2月—7月的原始记录，以及在1999年7月8日至7月11日的对东区冷却塔不同组合下的温度测试记录，见下表：

项目 时间 　　（月）	1998年	1999年
热水温度（℃）	冷水温度（℃）	Δt　　(℃)	风机时间　　（h）	热水温度　　（℃）	冷水温度　　（℃）	Δt　　(℃)	风机时间　　（h）
2	35	27	8	861	38	26	12
3	36.3	27	9.3	1694	38	27	11	155
4	38.3	29	9.3	2512	39.4	26.8	12.6	1156
5	40.9	31	9.9	2368	38.3	26.7	11.6	1554
6	42	34	8	1680	40	27	13	1834
7.10	42.7	34	8.7	720	39	27	12	720
平均	39.2	30.3	8.9	Σ9835	38.8	26.8	12	Σ5419

　　（表中全部是本月的平均值，另不同组合条件下的汇总表在最后附加）
　　通过汇总表可知，冷水温度比去年同期下降3.5℃，温差比同期提高3.1℃，即使在大气温度33℃条件下也满足了设计条件热水40℃，冷水28℃的要求。进一步说明了三个塔运行完全达到4个塔运行效果。而且单塔水量可达420m3 /h以上。
　　2、节能明显：
　　（1）、改造后的三个塔就能满足需求，一是节约了一个塔改造费用10万元，二是节约一个塔的风机运行时间和检修费用：
　　 一年可节约电费12×30×24×30×0.24=62208元。
　　（2）、改造后风机运行时间比去年同期下降4419小时，一年节约电费
　　 4419×30×0.24÷5×12=76308元。
　　（3）、风机检修费用在减少，在1998年1—7月共消耗备品备件15000元，而1999年1—7月中没发生检修，风机运转良好，预计一年可节约维修费20000元。
　　（4）、节水效果显著，自投运后，化产、两苯车间基本没有向换热器内补加新鲜水来降温,按每小时20吨,全年按6月计算，节约水资源20×6×30×24=86400吨，节约水费86400×0.7=60480元。
　　（5）、以上四项合计节约费用100000+62208+20000+76308+60480=318996元。
　　3、各项工艺指标稳定提高，由于冷却水温度能满足化产、两苯车间的工艺需求，换热性能良好，东区循环水中的浓缩倍数大大提高到1.5倍以上，同时生化含酚污水处理水量稳定，负荷减轻，为环保工作也奠定了基础。
　　4、改造后单塔冷却能力从改造前的121.26m3/h（按原设计能力推算）提高到323.01 m3/h（按原设计条件），单塔年增水的重复利用量为161.4万m3，重复利用节水量146.6万m3，三塔合计年增水的重复利用量为484.2万m3，重复利用节水量439.8万m3，节水效果明显。”
　　天津联化公司（原天津乙烯厂）该公司一循有Φ8.53m风机、、16m×16m的砼结构逆流冷却塔5座，由于设计、施工上存在重大缺陷，应业主要求，沧州公司于2000年4月~7月对该塔组实施了彻底改造，5塔总改造费用为176万元（建一座同规模的新塔费用为180万元）。改造后经国家权威单位测试，单塔冷却能力从原来的1600T/h增加到4092T/h，单塔年增水的重复利用量1993.6万M3，重复利用节水量1810.8万M3，五塔合计年增水的重复利用量9968万M3，重复利用节水量9054万M3。由以上数据可见，对大型石化企业，冷却塔性能的优劣对工业节水影响更大，如果对这些企业中运行的技术落后的冷却塔实施彻底改造，所生产的节水效果是惊人的。
　　以上实例说明：老塔的技术改造，投资少，见效快，有巨大的节水潜力可挖。
　　2、逐步解决工业节水技术领域体制不合理问题
　　应逐步实现工业节水技术领域科研、设计、制造、安装、测试一体化，使现有的冷却塔制造商逐步具有综合科技能力，彻底解决长期存在的科研、设计、制造脱节，各自为政的分离体制问题，这种不合理的体制是阻碍我国工业冷却塔技术水平提高的根本原因。发达国家的专业冷却塔工程公司都是科工贸一体化的综合公司，这种一体化的体制对推动冷却塔技术的发展和实现冷却塔技术的积累是十分有利的，我们同样要朝这一方向努力。
　　3、严把冷却塔设计、制造质量关
　　工程实践证明，工业节水技术领域同样存在打假问题。我国目前工业节水市场上活跃着的数以百计的冷却塔制造商绝大部分是私营和乡镇企业，具备一定科研和设计综合能力的为数极少。这些企业虽说技术水平不高，但神通广大，为了生存，想尽办法占领市场，加之我国市场经济发育不完善，假冒伪劣制品仍有生存空间，不少冷却塔虽然性能低劣，或属淘汰产品，依旧香火不断，建成之日即需改造之时，给国家造成了极大浪费。建议国家有关部门通过监督或抽查等各种手段严把冷却塔设计、制造质量关，定期公布工业节水设备抽查情况，以规范市场。
　　4、采取扶优扶强政策，选择具有良好科技素质的国有工业冷却塔企业建立能代表国家水平的工业节水技术科研基地。建议国家有关部门通过市场调研和考察选拔真正具有科、工、贸一体化能力、业绩突出的国有专业冷却塔工程公司，给予政策上的优惠和扶持，使其瞄准国际先进水平加快发展步伐，成为我国工业节水领域的领头羊，并选择这样的企业建立能代表国家水平的工业节水技术科研基地。只有使这样高水平的专业工程公司脱颖而出，才能加速工业冷却塔优胜劣汰的市场化进程，使具有国际先进水平技术的推广减少阻力，使假冒伪劣的冷却塔产品难以藏身，才能大大降低我国工业节水技术进步的成本。
　　5、提高企业对工业节水设备的使用和管理水平
　　应该看到在企业中从事冷却塔使用、管理的工程技术人员中由于种种原因，专业不对口的居多，加之我国有关高校长期以来关于工业节水专业及课程设置的范围、深度与生产实践相比距离较大，远远满足不了需要。因此，建议在对工业节水技术人员的培养上，首先要加强高等院校关于工业节水专业及课程设置与生产实践的紧密结合，其次要加强对现有工业节水工程技术人员的专业培训。具有一支高水平的工业节水专业技术人员队伍，是提高企业对工业节水设备和管理水平的前提。
　　6、建议成立国家工业冷却塔协会
　　鉴于工业节水工作的重要性日甚一日，虽然国际工业冷却塔协会（CTI）成立至今已近五十年（总部在美国），工业节水技术交流研讨开展的有声有色，但我国至今也未见工业冷却塔协会出现。关于工业节水方面的工作偶有其他协会代管，也仅为一事一办而已，缺乏系统性、长期性、前瞻性，效果自然不比有常设性行业协会管理来得扎实、可靠。发达国家研究冷却塔虽有百年史，但现在以国际冷却塔协会（CTI）为首的一批专家、学者、科学家仍然孜孜不倦、刻苦钻研，工业节水新产品、新技术不断涌现。我们应该从发达国家百年经验中得到启发，把工业节水当作一个重要科学技术认真抓起来，且形成代代相传的优良传统，唯有如此，我国工业节水技术的发展才能建立在坚实的科学基础之上，才能具有不竭的发展动力和后劲，才能把工业节水千秋大业落到实处，泽被子孙，造福万代。