CN102748960A

CN102748960A - 湿式冷却塔的节水防雾方法与装置

Info

Publication number: CN102748960A
Application number: CN2012102737102A
Authority: CN
Inventors: 汪华林; 吴瑞豪; 马良; 范轶; 黄聪; 桑伟迟; 沈玲; 汪华奎
Original assignee: Shanghai Huachang Environmental Protection Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huachang Environmental Protection Co Ltd
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2012-10-24

Abstract

本发明涉及湿式冷却塔的节水防雾方法与装置，提供了一种湿式冷却塔的节水防雾方法，该方法包括：（a）在湿式冷却塔的排气通道中均布一层或多层压力降小于10mm水柱的气-液微旋流分离器，用于捕集排气中所夹带的雾滴以及包含于其中的污染物质；（b）雾滴经旋流捕集后汇集，净化后的气体外排至大气中；以及（c）汇集的捕集液经净化处理后循环利用。还提供了一种湿式冷却塔的节水防雾装置。

Description

湿式冷却塔的节水防雾方法与装置

技术领域

本发明属于冷却塔领域，涉及一种湿式冷却塔的节水防雾方法与装置，适用于石油、石化、化工、冶金、纺织、造纸、火电等所有需要用冷却塔对水进行冷却的领域。

背景技术

冷却塔是通过空气和水的接触（直接或间接接触）来冷却水的装置，广泛应用在各种工业领域中，如工况领域中的石油、化工、冶金、纺织、造纸、火电等。水与空气直接接触的称为湿式冷却塔，水与空气间接接触的称为干式冷却塔。在逆流湿式冷却塔中，流过水表面的空气与水直接接触，通过接触传热和蒸发散热，把水中的热量传递给空气。在此过程中，水因蒸发造成损耗，排入到大气中，这部分损耗称为冷却塔的蒸发损失，是冷却塔水损失的主要因素。同时，蒸发又使得循环冷却水浓度升高。为了稳定水质，就必须排掉一部分高浓度的水，这部分水损失即为冷却塔的排污损失。从冷却塔排出的热湿气流中，还夹带着很多微小的液滴，其中粒径大于10μm的占到了98%或更高，这部分损失即为风吹损失，损失量占到了冷却塔循环水量的0.5-1%。上述3种途径的水分损失占到了企业总耗水量的50%或更高，其中80%或更多的水以水蒸气或者液滴的形式被外排至大气中。因此，做好冷却塔的节水工作对企业的节水起着至关重要的作用。

水在重力作用下从配水管里通过淋水装置自上而下地流动，空气则由于塔上部风机的带动作用，迎着水流自下而上地流动，逆流接触大大增加了气液换热的效果。然而，气流在冷却塔内与热水接触进行热交换后，除带走水中的热量外，不可避免地带走大量的水分。另外，由于循环水长期使用，加之很多冷却塔为敞开式系统，周围的灰尘会进入冷却水中，使得冷却水中污染物浓度不断增高，这类污染物不仅包含一些灰尘微粒、无机态离子、氨氮离子，而且含有很多有机类污染物质，如酸、酚、酮、醇、酯类化合物等。这样，排出的液滴不仅造成企业供水系统大量水资源的浪费，使冷却塔排气段呈现出一种“人造云朵”的景象，同时造成了冷却塔构筑物周围地区环境的恶化，造成冷却塔周边冷却水管产生生锈腐蚀，影响冷却水的水处理质量，特别是在冬季会引起周围设备和建筑物结冰。为了减少水量损失，防止污染大气环境，需在配水器上方设置收水器。收水器的作用是将气流中夹带的水滴以及其中所夹带的污染物质截流回收。

中国专利申请CN 200920121304.8公开了一种收水器，叶片本体的剖面呈S形曲线，叶片本体的表面设有凸条，所述凸条的方向与叶片的方向一致。当高速带水气流进入收水器时，凸条起到了阻挡和隔断作用，以防水滴顺气流冲出收水器，一定程度上提高了收水效率。但是，上述结构的冷却塔收水器也存在如下问题：收水效率仍然不高，冷却塔上方依旧存在大量水雾，而且凸条的存在大大增加了风阻，造成了冷却塔能耗的急剧增加，增加了企业的成本。

中国专利申请CN 200680047432.1提出了一种百叶窗格栅形收水器，虽然结构上较上述S型叶片收水器有所改进，冷却塔能耗有所降低，但是除雾收水效果却依然不理想，在循环水量为700m³/h的情况下，每小时补水仍然需要10吨左右，补水率降至1.42%，较之前的补水率仅仅下降了29%。冷却塔排气中，漂滴损失率在0.15%左右，即每小时仅风吹损失量就达到了1.05吨水。因此，冷却塔的收水问题仍然没有得到合适的解决。

美国专利申请US 3731461公开了三种不同结构形式的收水器，一类是弧线型，一类是单折线型，另一类是折线加弧线型式。这类形式的收水器其结构形式与上述中国专利申请中公开的基本类似，收水原理都是靠改变介质的流通通道，利用撞击分离原理来实现液滴回收。其收水效率起初能达到85%，然而随着使用时间的增长，收水效率逐渐下降。运行3年之后，收水能力即降到原来的70%左右，补水率增至1.5%，大量的水分被冷却塔排气夹带走。除此，压降也在逐渐增大，能耗逐渐增加，其适用能力不断降低。

总之，由于现有技术存在的问题，因此本领域迫切需要开发成本低且效果好的、能适合长周期运转的湿式冷却塔的节水防雾方法与装置。

发明内容

本发明提供了一种新颖的湿式冷却塔的节水防雾方法与装置，从而解决了现有技术中存在的问题。

一方面，本发明提供了一种湿式冷却塔的节水防雾方法，该方法包括：

（a）在湿式冷却塔的排气通道中均布一层或多层压力降小于10mm水柱的气-液微旋流分离器，用于捕集排气中所夹带的雾滴以及包含于其中的污染物质；

（b）雾滴经旋流捕集后汇集，净化后的气体外排至大气中；以及

（c）汇集的捕集液经净化处理后循环利用。

在一个优选的实施方式中，湿式冷却塔的排气中夹带的雾滴的平均粒径为80μm，其中粒径大于10μm的占98%或更多。

在另一个优选的实施方式中，所述气-液微旋流分离器设置于配水管与湿式冷却塔上方的引风机之间，其数量由湿式冷却塔的排气量决定。

在另一个优选的实施方式中，所述气-液微旋流分离器设置于排气通道中的锥形封头上。

在另一个优选的实施方式中，雾滴经旋流捕集后，沿着锥形封头导流至降液管中，并通过环形集液腔汇集于收液口。

在另一个优选的实施方式中，捕集液经汇集之后，引至水质处理器，经净化处理后重新进入集水池循环利用。

在另一个优选的实施方式中，经微旋流分离之后，排气中的非饱和水的回收率达到80%或更高，湿式冷却塔的水耗降低50%或更多，单台塔的补水率由3-4%降至1%。

另一方面，本发明提供了一种湿式冷却塔的节水防雾装置，该装置包括：

节水防雾系统，包含：引风机，用于抽气；锥形封头，用于固定、支撑并均布气-液微旋流分离器；气-液微旋流分离器，用于捕集排气中所夹带的雾滴以及包含于其中的污染物质；降液管，用作捕集液体的导流通道；环形集液腔，用于液体的汇集；收液口，用作捕集液体的出口；水质处理器，用于净化捕集液体；

冷却系统，包含：配水管，用于均布、喷淋；淋水填料，用作气体和液体热交换的场所；空气入口，用于引入冷却介质空气；

集水系统，包含：集水池，用于收集冷却水，以备后续工况使用。

在一个优选的实施方式中，多个并联式气-液微旋流分离器均布在锥形封头上，布置型式选自：正三角形型式、同心圆型式、方形型式和转角正三角形型式。

在另一个优选的实施方式中，所述装置在10mm水柱下实现气液分离，分离精度达10μm。

附图说明

图1是根据本申请的一个实施方式的湿式冷却塔的节水防雾装置的结构示意图。

图2是本发明中使用的气-液微旋流分离器的单管结构示意图。

图3是根据本申请的一个实施方式的湿式冷却塔内的气-液微旋流分离器的正三角形型式的布管示意图。

具体实施方式

本发明的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现，湿式冷却塔现有收水结构使用效果较差，排气口仍然有大量水雾排出，呈现一种“人造云朵”的不良景象，不仅浪费了大量的水资源，而且污染了冷却塔周围的环境；通过在湿式冷却塔排气通道内设置一层或多层气-液微旋流分离器，将排气中所夹带的雾滴以及包含在其中的污染物质捕集下来，雾滴回收利用，净化后的气体则外排至大气中，解决了上述问题，保护了周围的环境，节约了大量的水资源，节省了企业的成本。基于上述发现，本发明得以完成。

本发明的技术构思如下：

1.在湿式冷却塔的排气通道中，在锥形封头上均布一层或多层超低压力降的气-液微旋流分离器，用于捕集排气中所夹带的雾滴以及包含于其中的污染物质；

2.雾滴经旋流捕集之后，沿着锥形封头导流至降液管中，并通过环形集液腔汇集于收液口，净化后的气体则外排至大气中；

3.捕集液经汇集之后，引至水质处理器，经净化处理后重新进入集水池循环利用。

在本发明的第一方面，提供了一种湿式冷却塔的节水防雾方法，该方法包括：

（a）在湿式冷却塔的排气通道中，在锥形封头上均布一层或多层压力降低于10mm水柱的气-液微旋流分离器，用于捕集排气中所夹带的雾滴以及包含于其中的污染物质；

（b）雾滴经旋流捕集后，沿着锥形封头导流至降液管中，并通过环形集液腔汇集于收液口；净化后的气体则外排至大气中；

（c）捕集液经汇集之后，引至水质处理器，经净化处理后重新进入集水池循环利用。

在本发明中，在湿式冷却塔排气中夹带有大量的液滴以及污染物，液滴平均粒径为80μm，其中粒径大于10μm的占98%或更高。

较佳地，所述气-液微旋流分离器设置于配水管与湿式冷却塔上方的引风机之间，其数量由湿式冷却塔的排气量决定。

在本发明中，经微旋流分离之后，排气中的非饱和水的回收率达到80%或更高，湿式冷却塔的水耗降低了50%或更高，单台塔的补水率由原来的3-4%降低到现在的1%，节约了大量的水资源。

在本发明的第二方面，提供了一种湿式冷却塔的节水防雾装置，该装置包括：

节水防雾系统，包含：引风机——起抽气作用，锥形封头——固定、支撑并均布旋流器的作用，气-液微旋流分离器——分离作用，降液管——所收集液体的导流通道，环形集液腔——液体的汇集作用，收液口——捕集液体的出口，水质处理器——净化捕集到的液体；

冷却系统，包含：配水管——均布、喷淋作用，淋水填料——气体和液体热交换的场所，空气入口——引入冷却介质空气；

集水系统，包含：集水池——收集冷却水，以备后续工况使用。

在本发明中，多根并联式气-液微旋流分离器均匀布置在锥形封头上，布置型式可以采用，但不限于正三角形型式，也可采用同心圆、方形、转角正三角形等布置型式。

在本发明中，该收水装置所需的压降较低，能耗较小，10mm水柱下便可实现气液的高效分离，分离精度可达10微米。

以下参看附图。

图1是根据本申请的一个实施方式的湿式冷却塔的节水防雾装置的结构示意图。如图1所示，所述湿式冷却塔的节水防雾装置包括：

节水防雾系统，包含：起抽气作用的引风机1，起固定、支撑并均布旋流器作用的锥形封头2，起分离作用的气-液微旋流分离器3（其均布在湿式冷却塔排气通道中的锥形封头2上），用作所收集液体的导流通道的降液管4，起液体的汇集作用的环形集液腔5，用作捕集液体的出口的收液口6（雾滴经微旋流捕集之后，沿着锥形封头导流至降液管中，并通过环形集液腔汇集于收液口，净化后的气体则通过空气出口12外排至大气中），用于净化捕集到的液体的水质处理器7（捕集液经汇集之后，引至水质处理器(水质处理)，经净化处理后重新进入集水池循环利用（出水））；

冷却系统，包含：起均布、喷淋作用的配水管8（进水），用作气体和液体热交换的场所的淋水填料9，用于引入冷却介质空气的空气入口10；

集水系统，包含：用于收集冷却水的集水池11。

图2是本发明中使用的气-液微旋流分离器的单管结构示意图。如图2中（a）所示，排气由含液气体入口21进入气-液微旋流分离器，净化后的气体通过净化气体出口22外排至大气中，液体则由液体出口23流出。图2中（b）示出了沿图2中（a）的A-A线的剖面图。

图3是根据本申请的一个实施方式的湿式冷却塔内的气-液微旋流分离器的正三角形型式的布管示意图。如图3所示，多根并联式气-液微旋流分离器3均匀布置在锥形封头上，布置型式采用正三角形型式，还示出了用作所收集液体的导流通道的降液管4。

本发明的主要优点在于：

本发明提供了有效的、适合长周期运转的湿式冷却塔的节水防雾方法与装置，使湿式冷却塔排气中的非饱和水的回收率达到95%或更高，湿式冷却塔的水耗降低50%或更高，补水率由原来的3-4%降至现在的1%，实现了液体的再回收，改善了湿式冷却塔用冷却水中污染物的扩散，防止了周围环境的污染，延缓了湿式冷却塔周围设备的腐蚀，消除了湿式冷却塔周围“人造云朵”的不良景象，解决了困扰企业多年的难题。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1：

中石化镇海炼油化工股份有限公司（镇海炼化）采用本申请所述的方法与装置。

下表1示出了镇海炼化100万吨/年乙烯工程中一循系统所新建7台冷却塔的工作参数，其装置示意图如图1所示。

表1：冷却塔的工作参数

冷却塔中水分的散失主要有以下四种途径：第一，水分的蒸发损失P1；第二，风吹损失，即空气携带的水分损失P2；第三，从系统中定期排污的损失P3；第四，渗漏损失P4。其中，第四种渗漏损失，可以加强设备的检修力度，从而防止该问题的发生。水分主要损失是第一种蒸发损失和第二种风吹损失，水分的蒸发损失较难用机械分离的方法除去，而风吹损失则主要以液滴的形式存在于排气中，造成大量水资源的浪费，且污染了周围的环境，使排气呈现一种“人造云朵”的景象。因此，有必要对排气进行处理，防止对大气的污染并回收水资源。

实施方式：

在冷却塔中，气体经与水分换热之后，夹带大量的液滴及污染类物质逸出。因此，拟采用本申请所述冷却塔装置，即在排气段设置一层气-液微旋流分离器。根据冷却塔风机的引风量和风压拟选用上海华畅环保设备发展有限公司开发的PSC75塑料型气-液微旋流分离器。根据核算，在塔内布置的微旋流分离器数目为2536根，均布在锥形封头上，布置方式为正三角形布置。排气经过微旋流分离后，液滴及污染物质被捕集下来，经净化处理后做循环利用，脱液后的气体则外排至大气中。下表2示出了镇海炼化新建700m³/h冷却塔中节水防雾系统的参数。

表2：新建700m³/h冷却塔中节水防雾系统参数

新建的7台冷却塔装置运行之后，排气中所含液滴量为痕迹，污染类物质也被成功捕集下来。经测试，气液旋流分离器的压力降仅为8mm水柱，且气体中所含液滴的回收率达到了80%以上，补水率由原来的3-4%降至现在的1%，就该塔而言，每年的节水量不小于3.0×10⁴吨，为企业节省了一笔不小的开支，延缓了冷却塔周围设备的腐蚀，并且自此冷却塔上空不再呈现“人造云朵”的不良景象，周围环境也明显改善，解决了企业的一大难题。因此，本实施例为本申请所述方法与装置在工业上的应用起到了极大的推广作用。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种湿式冷却塔的节水防雾方法，该方法包括：

（c）汇集的捕集液经净化处理后循环利用。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，湿式冷却塔的排气中夹带的雾滴的平均粒径为80μm，其中粒径大于10μm的占98%或更多。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气-液微旋流分离器设置于配水管与湿式冷却塔上方的引风机之间，其数量由湿式冷却塔的排气量决定。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气-液微旋流分离器设置于排气通道中的锥形封头上。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，雾滴经旋流捕集后，沿着锥形封头导流至降液管中，并通过环形集液腔汇集于收液口。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，捕集液经汇集之后，引至水质处理器，经净化处理后重新进入集水池循环利用。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，经微旋流分离之后，排气中的非饱和水的回收率达到80%或更高，湿式冷却塔的水耗降低50%或更多，单台塔的补水率由3-4%降至1%。

8.一种湿式冷却塔的节水防雾装置，该装置包括：

节水防雾系统，包含：引风机（1），用于抽气；锥形封头（2），用于固定、支撑并均布气-液微旋流分离器；气-液微旋流分离器（3），用于捕集排气中所夹带的雾滴以及包含于其中的污染物质；降液管（4），用作捕集液体的导流通道；环形集液腔（5），用于液体的汇集；收液口（6），用作捕集液体的出口；水质处理器（7），用于净化捕集液体；

冷却系统，包含：配水管（8），用于均布、喷淋；淋水填料（9），用作气体和液体热交换的场所；空气入口（10），用于引入冷却介质空气；

集水系统，包含：集水池（11），用于收集冷却水，以备后续工况使用。

9.如权利要求8所述装置，其特征在于，多个并联式气-液微旋流分离器均布在锥形封头上，布置型式选自：正三角形型式、同心圆型式、方形型式和转角正三角形型式。

10.如权利要求8所述装置，其特征在于，所述装置在10mm水柱下实现气液分离，分离精度达10μm。