项目名称：基于空气电晕离子风原理的冷却塔水回收装置      

负责人: 杨兰均

所在学院：电气学院

项目简介：

一、热电厂冷却塔每年消耗大量水资源。

    以2012年为例，我国因热力发电而消耗的淡水资源达48.9亿m³，占全国淡水资源消耗量的1.5%，其中冷却塔循环损失水量占到全厂耗水量的65%~75%，这些水损大多从冷却塔顶端以水雾的形式逸散。目前仍没有有效的措施对这些水损进行回收。

    本团队设计了一种新型冷却塔水回收装置，该装置基于空气放电离子风技术利用高压大曲率电极产生的离子风对水雾进行回收。针对装置进行一系列实验，确定了装置蜂巢式结构，以及最优放电极形式、工作电压等关键参数。考虑到冷却塔顶端的水汽环境和装置自身的特点，本装置中创新性地采用了自维持式的水膜电极，在保证了水回收率的同时节约材料、减轻装置质量。本作品的技术关键包括装置参数的优化确定、恶劣工作条件下的绝缘问题以及高空大质量物体的架设问题的解决。实验结果显示，本装置的水回收率达到了91.3%，单位面积功率30~45W/m^2。

    本团队提出模块化设计方案，使装置适用于不同规模冷却塔，同时吊床式安装方案可将装置质量控制在3.5kg/m^2   ，降低成本，提高安全性。装置单位面积制造成本317元/m^2 ，投入产出比达到 1:9.0，经济效益显著。结合调研数据计算，该装置预计可使2* 300MW亚临界机组的火电厂耗水率降低10.36%。如果在全国范围内全面推广使用该冷却塔水回收装置，预计每年可为我国节约淡水4.3亿 m^3，节能减排效果明显。

二、装置效果分析：

    我们从工程造价，投入产出比，环保价值3个指标出发，对该收水装置进行评价，具体如下。

指标1：工程造价

    本收水装置采用多级并联蜂巢单元的模块化设计，吊床式架设方案，多线-水膜结构的电极形式，极大节约了装置材料。装置主要采用PVC材料作蜂巢室壁，不锈钢丝作多线电极，玻璃钢作绝缘支撑框架，总造价约为74万元（以一座出风口直径54.462m热电厂冷却塔为例），单位面积造价约为317元/m^2。

    投入产出对比：对于离子风冷却塔收水装置，投入为装置的单位面积消耗的电能的费用，而产出则为装置单位面积回收水的费用。本装置产生离子风时单位工作面积能耗为：Q=UI/A=41.4*10^-3KW/m^2

    以冷却塔在加装离子风收水装置之后的单位面积水回收量计算。通过实验可知，水汽环境模拟平台单位面积排水速率为0.068 m³/h，装置回收效率为91.3%。得到单位面积水回收量为：W=91.3%*0.068m^3/h=0.062m^3/h

    综上所述，本装置的投入产出比为 使用的1~2年内即可收回制造成本。

三、创新点：

    将空气电晕离子风原理应用于水回收领域、自维持式水膜电极的使用、蜂巢式多级并联模块化设计、高压-接地-高压分层化设计解决绝缘问题、吊床式安装方案。

四、应用前景

    本产品作为一种新型冷却塔节水装置，除运用于火电厂冷却塔之外，还具有非常广泛的应用前景。

    冷却塔是现代工业重要的配套设施，产品广泛应用于石化、冶金、电力等工业领域。目前工业冷却塔主要关注以下技术发展趋势：节水技术、消雾技术、降噪技术、节能技术。本产品因为模块化设计而具有较高的灵活性和广泛的适用性，可以应用于各种规格的冷却塔，提高冷却塔的水回收率，强化冷却塔性能，降低生产成本。这对解决冷却塔产业重要的节水难题应该是个巨大的进步。

五、后期展望

    本产品具有很好的发展前景，为了能从真正意义上代替传统收水装置，实现工程化应用，现提出以下两种构想，以待后期改进。

    (1)一是装置智能化。设计适用于该装置的多功能（如温度、湿度、工作电压与电流）在线监测系统，通过大数据采样实时监测装置运行状况并预测装置未来状况，智能调节装置工作模式，达到延长装置寿命，故障提前预警，降低装置能耗，提高装置水回收率的目的。

   （2）二是与静电除尘装置相结合，设计烟塔合一火电厂排气排水处理系统