CN103217057B - 一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔，在冷却塔的淋雨区外围周向上倾斜设置有集水板，由此使淋雨区内的淋水落到各个集水板上，使集水板下方淋雨只能沿集水板下泻，可形成与中心淋雨区直通的无雨通道，从而减小雨区的气流阻力，增大冷却塔的通风量，中心雨区的进风量可得到提高，最终提高冷却塔的运行效率，使出塔水温可降低0.5～1.5℃（夏季降温少，冬季降温大），提高发电厂汽轮机效率。以1000MW机组为例，在煤耗不增加的情况下，按每年5500小时运行，可多发电约825万度，若电价按0.5元计，年可获益约400万元，具有明显的经济价值与意义。

Description

一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔

技术领域

本发明属于火/核电领域，涉及提高发电厂的发电效率，具体来说，是一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔。

背景技术

自然通风逆流式冷却塔是一种蒸发冷却装置，主要用于火/核电领域，为汽轮电机的冷端提供冷源。冷却塔的效率高(冷却塔的出塔水温低)，汽轮机的效率就能提高，若发同样的电，高效的冷却塔需要燃烧的煤就少，可节约燃料减低二氧化碳排放，可节约能源。自然通风逆流式冷却塔由塔筒1、淋水填料2、配水系统3及集水池4等组成，如图1所示。热水进入冷却塔后经过配水系统3将水喷洒在淋水填料2的顶面上，与空气进行传热传质，热传给空气，空气温度湿度增大，密度减小，在塔内外的空气密度差的浮力作用下，空气由进风口流入，经过雨区5、淋水填料2和喷淋区7的热质交换后，再经过塔筒1将水中的热逸向大气。通风量的大小与密度差成正比与冷却塔的气流阻力成反比；其中，喷淋区7与淋水填料2的换热量约占整个冷却塔换热量的80％，雨区5约占20％。冷却塔的阻力主要包括淋水填料2、气流转向、塔内的结构、雨区5阻力及出口动能损失；其中，雨区5阻力占整塔阻力的约40％，雨区5的阻力由横向与垂向阻力构成，横向阻力占雨区5阻力的约60％^{[1、 2]}。由于雨区5的阻力，冷却塔内淋水填料2断面的空气流速形成内低外高，因此，要提高自然通风逆流式冷却塔效率，主要提高淋水填料2的换热效率、减小冷却塔的气流阻力(或增大冷却塔的通风量)和改善淋水填料2断面的风速分布。目前采用的方法有两种，一种是通过数值模拟的手段，对冷却塔的配水配风进行优化^[3、4]，主要是调整淋水填料2在塔内的布置高度和喷头的喷水密度，通过各种方案优化可获得约0.1～0.3℃的冷却塔出塔水温降低；第二种是在冷却塔的四周增加导风叶片^[5]，该方案仅在有自然风影响时，可减缓横向自然风对冷却塔的影响程度，无自然风时，并不能改善冷却塔内雨区的空气的分布，不能改善冷却塔的效率。

上述两个技术可用于新建的自然通风逆流式冷却塔优化设计也可用于已经建成塔的更新改造。第一种技术方案改变了冷却塔淋水填料2断面的气流阻力分布，对于冷却塔内的配风有所改善，但由于未能对引起冷却塔内风速分布不均匀(塔中心区域风速低外区风速高)主要原因的雨区5采取措施，所以，改善是非常有限。第二种技术方案改变了冷却塔进风口区域7的进风条件，在有自然风作用时，可以减缓横向自然风对冷却塔的运行效率的影响，在无自然风时，对冷却塔的淋水填料2断面的风速分布基本没有影响，更不能增大冷却塔内的通风量。两个方案的的一个共同点，没有关注占冷却塔总阻力的约40％的雨区5如何减小；因而，不可能对冷却塔的运行效果有实质性改变。专利ZL201120254720.2针对上述问题提出了一环形导流板装置方案，对于提高冷却塔的效率具有较大的作用，但环形导流板实施有一定的难度。

[1]、赵振国著，冷却塔，中国水利水电出版社，1997年6月

[2]、赵顺安著，海水冷却塔，中国水利水电出版社，2007年1月

[3]、赵顺安等，逆流式自然通风冷却塔二维数值模拟优化设计，水利学报，2003年第10期

[4]、黄东涛等，逆流式冷却塔填料及淋水分布的数值优化设计，应用力学学报，2000,17(1)，P.102-109

[5]、徐士倩等，水冷塔空气涡流导引装置的数值模拟，北京大学学报(自然科学版)，2011年第一期

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔，在冷却塔的淋雨区中设置有集水组件，具体为：

令冷却塔两个相互垂直的纵截面为截面A与截面B，截面A的两侧分别为冷却塔前后方向，截面B的两侧分别为冷却塔左右方向；由此，在截面A的两侧对称设置有前方集水组件与后方集水组件；截面B的两侧对称设置有左方集水组件与右方集水组件；所述前方集水组件、后方集水组件均由n个集水板构成；左方集水组件与右方集水组件均由m个集水板构成。所述前方集水组件、后方集水组件、左方集水组件与右方集水组件中各个集水板的布置于雨区外围处。

上述前方集水组件与后方集水组件中的n个集水板等分于截面B的两侧，并使位于截面B两侧的前方集水组件中的集水板顶部或底部相对倾斜，与水平面夹角α为30°～45°，且相邻两个集水板的顶边或底边间距均为H，H为2m～4m；所述左方集水组件与右方集水组件中的m个集水板等分于截面A的两侧，并使位于截面A两侧的左方集水组件中的集水板顶部或底部相对倾斜，与水平面夹角为α，且相邻两个集水板的顶边或底边间距均为H。

本发明的优点在于：

1、本发明一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔，通过在淋雨区外围倾斜设置集水板，使淋雨区内的淋水落到各个集水板上，使集水板下方淋雨只能沿集水板下泻，可形成与中心淋雨区直通的无雨通道，从而减小雨区的气流阻力，增大冷却塔的通风量，中心雨区的进风量可得到提高，最终提高冷却塔的运行效率；

2、本发明一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔中集水板设置方式简单，成本低。

附图说明

图1为普通自然通风逆流式冷却塔示意图；

图2为本发明自然通风逆流式冷却塔中集水组件安装位置俯视示意图；

图3为本发明自然通风逆流式冷却塔安装方式示意图；

图4为本发明自然通风逆流式冷却塔中集水组件通过连接件吊装方式示意图。

图中：

1-塔筒            2-淋水填料        3-配水系统        4-集水池

5-雨区            6-喷淋区                            7-截面A

8-截面B           9-集水板          10-连接件         701-前方集水组件

702-后方集水组件  801-左方集水组件  802-右方集水组件

具体实施方式

本发明一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔，在现有自然通风逆流式冷却塔的淋雨区中设置有集水组件，具体为：

令冷却塔两个相互垂直的纵截面为截面A7与截面B8，截面A7的两侧分别为冷却塔前后方向，截面B8的两侧分别为冷却塔左右方向；由此，在截面A7的两侧对称设置有前方集水组件701与后方集水组件702；截面B8的两侧对称设置有左方集水组件801与右方集水组件802，如图2所示。

所述前方集水组件701、后方集水组件702均由n个矩形集水板9构成；左方集水组件801与右方集水组件802均由m个矩形集水板9构成；且前方集水组件701、后方集水组件702、左方集水组件801与右方集水组件802中各个集水板9可与冷却塔内已经有的支持立柱固连，或顶面通过连接件10固定设置于填料区底面支撑框架上，从而实现各个集水板9在雨区5内的固定；且前方集水组件701、后方集水组件702、左方集水组件801与右方集水组件802中各个集水板9的布置于雨区5外围处。上述集水板9材料可采用砼、玻璃钢板、PVC塑料板或彩钢板等具有刚度的硬质板，目的是在淋雨的下落的作用下，不会有大的变形，避免影响进风。连接件10可采用具有一定强度的刚性的金属或非金属材料，也可采用金属或非金属绳索材料，可根据经济比较确定。

上述前方集水组件701中的n个集水板9等分于截面B8的两侧，(即n为偶数，截面B8的两侧分别具有n/2个前方集水组件701中的集水板9)，并使位于截面B8两侧的前方集水组件701中的集水板9顶部或底部相对倾斜，与水平面夹角α为30°～45°，且相邻两个集水板9的顶边或底边间距均为H，H为2m～4m。

左方集水组件801中的m个集水板9等分于截面A7的两侧，(即m为偶数，截面A7的两侧分别具有m/2个左方集水组件801中的集水板9)，并使位于截面A7两侧的左方集水组件801中的集水板9顶部或底部相对倾斜，与水平面夹角为α，且相邻两个集水板9的顶边或底边间距均为H。

由于后方集水组件702、右方集水组件802分别与前方集水组件701和左方集水组件801对称设置，因此其设置方式与前方集水组件701和左方集水组件801设置相同。上述设置方式中，以m＝n，且集水板倾斜角为45°，相邻集水板间距为2m最优。

上述前方集水组件701、后方集水组件702、左方集水组件801与右方集水组件802中各个集水板9的立面长度为H×tg(α)；且各个集水板的顶边距进风口顶面间距L为进风口高度的1/3，底边位于集水池上方，视安装角度与间距来确定。本发明中还可在集水板上增加降噪装置或降噪材料，可降低冷却塔的噪音。

通过上述淋雨区内前方集水组件701、后方集水组件702、左方集水组件801与右方集水组件802的设置，进而通过各个集水板9可进行中低位集水，使淋雨区内的淋水落到各个集水板9上，使集水板9下方淋雨只能沿集水板9下泻，可形成与中心淋雨区直通的无雨通道，从而减小雨区5的气流阻力，增大冷却塔的通风量，中心雨区的进风量可得到提高，最终提高冷却塔的运行效率，使出塔水温可降低0.5～1.5℃(夏季降温少，冬季降温大)，提高发电厂汽轮机效率。以1000MW机组为例，在煤耗不增加的情况下，按每年5500小时运行，可多发电约825万度，若电价按0.5元计，年可获益约400万元，具有明显的经济价值与意义。新建发电机组，在保持与现有冷却塔效率相同的的条件下，采用该技术可节省投资约1000万元人民币。该技术适用于新建和已经建成的冷却塔的改造更新，适用于有横向自然风也适用于横向无自然风条件等条件，并可与其它配风配水的优化技术叠加应用等优势，是一种发电厂节能减排提高能效的简便技术，具有一定的社会经济意义。

Claims (6)

1.一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔，其特征在于：在冷却塔的淋雨区中设置有集水组件，具体为：

令冷却塔两个相互垂直的纵截面为截面A与截面B，截面A的两侧分别为冷却塔前后方向，截面B的两侧分别为冷却塔左右方向；由此，在截面A的两侧对称设置有前方集水组件与后方集水组件；截面B的两侧对称设置有左方集水组件与右方集水组件；所述前方集水组件、后方集水组件均由n个集水板构成；左方集水组件与右方集水组件均由m个集水板构成；所述前方集水组件、后方集水组件、左方集水组件与右方集水组件中各个集水板的布置于雨区外围处；

上述前方集水组件与后方集水组件中的n个集水板等分于截面B的两侧，并使位于截面B两侧的前方集水组件中的集水板顶部或底部相对倾斜，与水平面夹角α为30°～45°，且相邻两个集水板的顶边或底边间距均为H，H为2m～4m；所述左方集水组件与右方集水组件中的m个集水板等分于截面A的两侧，并使位于截面A两侧的左方集水组件中的集水板顶部或底部相对倾斜，与水平面夹角为α，且相邻两个集水板的顶边或底边间距均为H；

通过各个集水板进行中低位集水，使淋雨区内的淋水落到各个集水板上，使集水板下方淋雨沿集水板下泻，形成与中心淋雨区直通的无雨通道。

2.如权利要求1所述一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔，其特征在于：所述前方集水组件、后方集水组件、左方集水组件与右方集水组件中各个集水板的顶边距进风口顶面间距L为进风口高度的1/3，底边位于集水池上方。

3.如权利要求1所述一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔，其特征在于：所述前方集水组件、后方集水组件、左方集水组件与右方集水组件中集水板倾斜角为45°，相邻集水板间距为2m。

4.如权利要求1所述一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔，其特征在于：所述集水板采用具有刚度的硬质板。

5.如权利要求1所述一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔，其特征在于：所述集水板采用砼材料板、玻璃钢板、PVC塑料板或彩钢板。

6.如权利要求1所述一种中低位集水高效节能自然通风逆流式冷却塔，其特征在于：所述前方集水组件、后方集水组件、左方集水组件与右方集水组件中集水板数量均相等。