CN101776404A - 一种具有双工作模式的循环冷却水-空气冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种具有双工作模式的循环冷却水-空气冷却系统和该系统的控制方法。所述冷却系统包括至少一个塔体，安装在所述塔体上方的风机，水冷系统，用于将水平气流转化为垂直气流的空气导流栅，用于控制水冷系统开关的控制系统。所述控制方法包括根据设定的条件打开或关闭喷淋水冷却系统，从而使冷却系统在水冷-风冷复合工作模式和纯风冷工作模式之间切换。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有双工作模式的循环冷却水-空气冷却系统，并且尤其涉及一种在石油化工、煤化工等化工行业中使用的循环冷却水-空气冷却系统领域，是一种新型的节水、节能循环水空气冷却装置。
背景技术
冷却系统广泛使用于石油化工、煤化工等化工行业，为各生产工序提供冷却手段。传统水冷塔将热水喷淋在填料的表面，空气与水充分接触，在风机的作用下，一部分蒸发，一部分以小液滴的形式随风飘散，其余循环水在冷却后流到底部的集水槽中。这种冷却系统存在水消耗量大的问题。此外，由于传统的冷却系统在控制和管理方面不够完善，难以根据需要进行动态的调节，因此能量消耗大是另一技术问题。
为了能够动态地调节功率消耗，CN101398260A提出了一种在冬夏两季分季节运行的冷却系统，其包括温度传感器，根据冷却介质与环境温度之间的温度差决定采用相应运行模式。
然而，CN101398260A中使用了两套盘管，即第一热交换器和第二热交换器，在两种运行模式切换时使用阀门，总是有一组换热设备闲置，因此设备利用率不高。此外，CN101398260A中的循环水是开式冷却塔的循环水或者循环喷淋水，由于其循环水是开式循环的，因此在此过程中空气中的灰尘进入循环水中，易造成循环水的污染，冷却后的循环水还需要加药、沉淀、排污，不仅造成了水资源的浪费，还需要耗费药品和电能。
因此，虽然CN101398260A提出的技术方案在一定程度上解决了能耗高的问题，但这一问题解决的并不彻底。此外，CN101398260A的开放式水循环冷却系统并未解决水量消耗大的问题。
发明内容
本发明针对上述缺陷提出了一种新型的具有双工作模式的循环冷却水-空气冷却系统。
所述冷却系统包括至少一个塔体，安装在所述塔体上方的风机，水冷系统，用于将水平气流转化为垂直气流的空气导流栅，用于控制水冷系统开关的控制系统。
优选地，所述水冷却系统包括封闭式循环水冷却系统和喷淋水冷却系统。进一步优选地，所述封闭式循环水冷却系统包括循环水入口，循环水出口，翅片管束；所述喷淋水冷却系统包括集水槽，喷淋水循环泵，循环喷淋水管，喷淋水分布器，和所述翅片管束。
优选地，所述冷却系统还包括挡水板。
优选地，所述冷却系统还包括风速传感器。
优选地，所述冷却系统还包括温度传感器。
优选地，所述风机为变频风机。
本发明还提供了一种冷却系统的控制方法，其中所述方法包括根据设定的条件打开或关闭喷淋水冷却系统，从而使冷却系统在水冷-风冷复合工作模式和纯风冷工作模式之间切换。
优选地，所述方法包括当风速超过预定值时，关闭喷淋水冷却系统。
优选地，所述方法包括当温度低于预定值时，关闭喷淋水冷却系统。
优选地，当所述风机为变频风机时，所述方法还包括根据检测到的风速和/或根据循环水出口处的水温，调节变频风机的频率。
附图说明
图1为本发明的循环水-空气冷却系统的冷却设备的示意图。
附图标记列表：
1.风机 2.收水器 3.喷淋水分布器 4.翅片管束 5.循环水入水口6.进水口温度传感器 7.循环喷淋水管 8.循环水出口 9.出水口温度传感器
10.挡水板 11.喷淋水补水口 12.喷淋泵及附带滤网 13集水槽14.空气导流栅 15.外置干湿温度传感器 16.外置风速传感器 17.塔体18.控制系统逻辑模块 19.信号连接线路(有线或者无线)
具体实施方式
下面将结合本发明的优选实施例对本发明进行详细的描述。
首先需要明确的是，本发明中所采用的术语“循环喷淋水”是指冷却塔在使用过程中，为了利用水的潜热，喷淋到盘管或者翅片管束上的，该部分水用来蒸发，会有一定的消耗；而术语“循环冷却水”是在循环水管网中循环的水，为各生产单元提供稳定的冷源，该部分水为封闭运行，没有消耗。
图1描绘了本发明的冷却系统中的冷却系统的结构图。风机(1)位于设备顶端，收水器(2)位于风机(1)下方，喷淋水分布器(3)位于收水器(2)下方，翅片管束(4)位于喷淋水分布器(3)下方，循环水入口(5)和循环水出口(8)分别连接在翅片管束(4)的上端与下端。挡水板(10)在连接在塔体(17)内侧，位于翅片管束(4)下方。空气导流栅位(14)于挡水板下方，围绕塔基一圈均布。集水池(13)位于空气导流栅(14)下方。喷淋水循环泵(12)及其附带喷淋水管(7)连接集水槽(13)底部及喷淋水分布器(3)。喷淋水补充口(11)位于集水池(13)箱体上端。进水口温度传感器(6)置于循环水进水口(5)上，出水口温度传感器(9)置于循环水出水口(8)上，外置干湿温度传感器(15)及外置风速传感器(16)置于塔体(17)外部上端。以上传感器(6)、(9)、(15)、(16)均使用数据连接线路(19)与控制程序逻辑模块(18)以有线或者无线的方式连接。须知，本发明的冷却系统可以包括多个冷却设备，并且可以根据实际需要，通过总控制系统控制开启的冷却设备台数。图1中仅描绘了其中一个冷却设备，其他冷却设备与该冷却设备具有相同的结构，因此不在此赘述。并且可以认为每台冷却设备与现有技术中的冷却塔具有类似的含义。本发明的冷却系统包括组合在一起使用的至少一个冷却塔。本发明的冷却系统包括：至少一个塔体17，安装在塔体上方的风机1，循环水冷却系统，用于将水平气流转化为垂直气流的空气导流栅14，用于控制循环水冷却系统开关的控制系统(图中未示出)。
所述循环水冷却系统包括循环水入口5，循环水出口8，翅片管束4，集水槽13，冷却水循环泵10，循环喷淋水管7，喷淋水分布器3。其中，所述循环水冷却系统包括由上述部件构成的两大部分，一部分是由循环水入口5，循环水出口8，翅片管束4构成的封闭式循环水冷却系统，其中运行的冷却介质为上文所述的“循环冷却水”；另一部分是由冷却水循环泵10，循环喷淋浴水管7，喷淋水分布器3，翅片管束4，和集水槽13构成的喷淋水冷却系统，其中运行的冷却介质为上文所述的“循环喷淋水”。
封闭式循环水冷却系统的工作原理为：循环冷却水从入口7进入冷却系统，经过盘曲的循环水通道从出口5排出。在这一过程中，循环水通过设置在循环水通道上的翅片管束4释放热量。
喷淋水冷却系统的工作原理为：喷淋水由喷淋水分布器3喷射到翅片管束4，从翅片管束4带有热量，并进一步下落到冷却系统底部的集水槽13。集水槽13左下角安装着带有滤网的喷淋水循环泵10。集水槽13中的水经过滤网过滤之后被喷淋泵10经由循环喷淋水管7抽送到喷淋水分布器3，从而实现冷却介质的循环。
此外，本发明的冷却系统还包括挡水板10。挡水板10设置在空气导流栅14上方，以防止喷淋下来的冷却水从空气导流栅14流出，从而避免喷淋冷却水的浪费。
冷却系统还包括空气导流栅14，空气导流栅14具有可调节的角度，可以将来自塔体侧面的横向风转化为纵向风，从而减少风机的能耗。
本发明的冷却系统还包括设置再喷淋水分布器3和风机1之间的收水器2，和设置在集水槽13中的喷淋水补充水口9。收水器2能够将水蒸气凝结，然后将其返回到集水槽13。随着冷却系统的运行，消耗的水可通过喷淋水补充水口11加以补充。
此外，本发明的冷却系统还可包括风速传感器16和温度传感器6和9。风速传感器和温度传感器可以与冷却系统集成为一体，也可以是一个独立的器件，它们可将检测到的风速数据和温度数据通过信号连接线路19传送到冷却系统的控制系统逻辑模块18，该控制系统通过分析上述风速数据和温度数据来控制喷淋水冷却系统的开和关。
下面来具体地分析本发明的冷却系统的控制方法。所述控制系统例如可以包括存储单元，处理单元。处理单元将接受到的风速数据和温度数据与预先储存在存储单元中的风速设定值和温度设定值进行比较分析。
例如，假设储存在存储单元中的风速设定值为6m/s(对应风级为约4级)，那么如果风速传感器检测到的风速大于6m/s，则控制系统关闭喷淋水冷却系统，从而当前的冷却系统处于纯风冷工作模式。否则，则打开喷淋水冷却系统，使冷却系统处于水冷-风冷复合工作模式。
再例如，假设储存在存储单元中的温度设定值为15℃，如果温度传感器检测到的温度数值小于15℃，则控制系统关闭喷淋水冷却系统，从而当前的冷却系统处于纯风冷工作模式。否则，则打开喷淋水冷却系统，使冷却系统处于水冷-风冷复合工作模式。
此外，本发明的冷却系统的控制还可以通过测定日平均温度和/或日平均风速的方式执行。
例如在北方地区，冬季、初春和深秋温度变低，风力变大。此时，可以例如在一天之中每个2小时测定一次风速和/或温度，处理器将一天24小时之内测得的12个风速数据和/或12个温度数据计算求得平均值，再与存储器中预先储存的设置值进行比较，根据比较结果确定开启或是关闭喷淋水冷却系统，从而建立不同的冷却系统工作模式。该计算比较过程与上文所述的例子类似，此处不再赘述。
此外，风机1可以是变频风机，其可以根据测得的风速数值调节功率，例如风速较低时，提高风机1的转速，而风速较高时，调低风机1的转速或将风机1关闭。此外，变频风机1还可以根据循环水出口5温度的变化(该温度可由另一温度传感器检测)自动调节风速，风速可调控范围为8～10m/s，从而进一步优化冷却系统的能量利用效率。
以上已经结合优选实施例对本发明作出了详细的描述。然而，以上的说明仅仅是用来解释本发明的原理并且给出示例性的实施方式，并非用于限定本发明的范围。通过对以上内容的研读，本领域的技术人员可以在不背离本发明的实质和范围的情况下，对本发明做出各种修改和变形。所有这些修改和变形都应当落入由权利要求定义的本发明的范围之内。
工业实用性
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明使用两种运行模式，在最大程度上节省水资源，并加装变频风机和空气导流栅，节能减排。由于循环使用的冷却水温度较低，不会产生结垢等现象，因此在集水槽中不需要加入沉淀药剂，加入少量抗菌剂，防止微生物的繁殖即可。此外，本发明的循环水冷却系统包括封闭式循环水冷却系统和喷淋水冷却系统，其中这两个子系统共同使用一套翅片管束，可以满足两个运行模式的要求，运行模式切换时不需要换管路。在实际使用中冬夏两种运行模式是相对模糊的，比如冬季(初春、深秋)可能短时间内出现大幅度升温，这是需要进行运行模式的切换，但是很快温度又降低了，这时候又需要再切换，因此在实际使用过程中切换在一定的季节是相对频繁的。本发明针对这一问题，提出了根据检测到的参数值自动地切换工作模式的技术方案。相对于现有技术尤其是CN101398260A，具有更大的灵活性。此外，由于封闭式循环水冷却系统中的冷却水在工作过程中无损耗，因此能够降低整个系统中的水消耗。经实验证明：与传统的水冷塔相比，本发明在不增加能耗的基础上，全年平均节约用水90％，与蒸发式冷却器相比，节水50％，节能50％。并且本发明的冷却系统相对于传统的冷却系统能够更有效地节约能源，优化整个冷却系统的性能。
本发明针对石油化工、煤化工项目中循环水流量大，绝对温度低、进出口温差小(特别的，与空气温度温差小)的实际情况，与火力发电行业的空气凝气器由实质区别。在火力发电行业中，循环水的实际形式是低压蒸汽，与空气之间的温差大，换热推动力强，技术也相对成熟。因此，本发明所提出的具有双工作模式的循环冷却水-空气冷却系统在化工行业具有显著的创新性。
本发明使用了一种双模式运行的空冷设备，同时装备电气控制系统、转化气流方向的导流格栅、设置翅片管束清洗的方法。在实际使用中，比如一个中等产量甲醇工程需同时开启数十台这样的设备，控制系统可依据实际的使用情况来增减启动台数或者增减风速，实现能耗与制冷效果的最佳配比。因此本发明实际上提供了一种能够提供稳定冷源的系统，不是简单的一台设备(或单个冷却塔)。
由于本发明的冷却系统能够提供了两种不同的工作模式，即水冷-风冷复合工作模式，和纯风冷工作模式。通过切换冷却系统的工作模式，能够根据设定的条件进入节能工作模式即纯风冷工作模式。因此，本发明可以避免冷却系统功耗较高、不节能的弊端，具有良好的经济性和可靠性，特别是在我国北方缺水多风或冬季寒冷的地区如山西、陕西、内蒙古，以及东北地区，该发明有极强的推广意义。
Claims (13)
1.一种具有双工作模式循环冷却水-空气冷却系统，该冷却系统包括：
至少一个塔体(17)；
安装在所述塔体上方的风机(1)；
水冷系统；
用于将水平气流转化为垂直气流的空气导流栅(14)；和
用于控制所述水冷系统开关的控制系统。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述水冷系统包括封闭式循环水冷却系统和喷淋水冷却系统。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，其中所述封闭式循环水冷却系统包括连接翅片管束(4)在上下端的循环水入口(5)和循环水出口(8)，；所述喷淋水冷却系统包括位于空气导流栅下方的集水槽(13)，喷淋水循环泵(12)及循环喷淋水管(7)连接集水槽(13)和喷淋水分布器(3)，和所述翅片管束(4)。
4.根据前述任一权利要求所述的冷却系统，其中所述冷却系统还包括连接在塔体(17)内侧的挡水板(8)。
5.根据前述任一权利要求所述的冷却系统，其中所述冷却系统还包括置于塔体外部上端的外置风速传感器(16)。
6.根据前述任一权利要求所述的冷却系统，其中所述冷却系统还包括置于塔体外部上端的外置干湿温度传感器(15)。
7.根据前述任一权利要求所述的冷却系统，其中所述冷却系统还包括置于循环水进口的进口温度传感器和置于循环水出口的出口温度传感器(6，9)。
8.根据前述任一权利要求所述的冷却系统，其中所述冷却系统还包括控制系统控制程序逻辑模块(18)。
9.根据前述任一权利要求所述的冷却系统，其中所述风机(1)为变频风机。
10.一种具有双工作模式的循环冷却水-空气冷却系统的控制方法，其中，所述冷却系统包括：至少一个塔体(11)；安装在所述塔体上方的风机(1)；水冷系统；用于将水平气流转化为垂直气流的空气导流栅(12)；和用于控制所述水冷系统开关的控制系统；
所述控制方法的特征在于：该方法包括根据检测到的参数值打开或关闭所述水冷系统，从而使冷却系统在水冷-风冷复合工作模式和纯风冷工作模式之间切换。
11.根据权利要求8所述的控制方法，其中所述参数值包括风速值和/或温度值。
12.根据权利要求9所述的控制方法，其中所述方法还包括当风速超过设定值和/或温度低于预定值时，关闭所述水冷系统，否则打开所述水冷系统。
13.根据权利要求8-10中任一项所述的控制方法，其中所述风机为变频风机，并且所述方法还包括根据检测到的风速和/或根据循环水出口(5)处的水温，调节变频风机的频率。
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- 2010-01-11 CN CN201010000481A patent/CN101776404A/zh active Pending
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