CN104776731A - 一种利用间接蒸发冷却实现冷却塔冬季防冻的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用间接蒸发冷却实现冷却塔冬季防冻的系统及其方法，属于蒸发冷却技术领域。该系统由间接蒸发冷却塔、板式换热器、蒸汽压缩式制冷机三部分，间接蒸发冷却塔由空气-水表面式冷却器、冷水循环泵、填料塔和排风机组成，填料塔的储液区通过系统循环泵依次与板式换热器、蒸汽压缩式制冷机的冷凝器连接，然后返回填料塔的喷淋系统。本发明分为夏季、冬季和过渡季三种运行情况，根据室外气温的高低，调节冷冻水侧的第一阀门和第二阀门，保证冷却塔内温度维持在0℃以上，从而实现全年的稳定运行。

Description

一种利用间接蒸发冷却实现冷却塔冬季防冻的系统及方法

技术领域

本发明属于蒸发冷却技术领域，具体涉及一种利用间接蒸发冷却实现冷却塔冬季防冻的系统及方法。

背景技术

在北方寒冷及严寒地区，冬季平均气温低于0℃，冷却塔结冰的现象十分严重，目前的防冻技术主要包括以下几种：

增设挡风装置，调节进风量和风向，从而达到防冻的目的。专利CN202501793U公开了一种电力冷却塔防冻挡风板，通过对挡风板结构的改进，解决了整体式挡风板不能改变挡风板高度，影响冷却塔效率的问题。专利CN101881573A公开了一种冷却塔防冻高分子挡风板，设计了一种中空板材结构的挡风板，具有结构尺寸稳定，机械强度高，自重轻，成本低廉等优点。专利CN103292613A公开了热电厂冷却塔挡风装置，提供了一种层叠式结构的挡风装置，节省挡风板的安装空间，方便进风口大小的调节。专利CN202442604U公开了一种冷却塔随动折叠帘式节能防寒系统，运用可以实时采集冷却塔现场信息采集元的技术，实现挡风装置随环境变化自动调节的功能。

增加保护式热水帘，防止冷却塔易挂冰部位结冰。专利CN202562319U公开了冷却塔防冻装置，提出了一种安装在冷却塔雨区底部的环形配水管系，通过设计配水管系上螺纹孔的角度，可以形成密集的保护式热水帘。专利CN201828185U公开了敞开式冷却塔的防冻结构，在冷却塔横梁下设置绕塔一周的水管，冷却塔进水进入该水管，喷淋在冷却塔易挂冰部位，如冷却塔横梁及混凝土支柱处等。专利CN203572260U公开了一种钢混结构逆流式冷却塔的防冻装置，在钢混式逆流塔中设有防冻化冰管，管上安装的喷头使部分冷却水回水喷向冷却塔塔壁，解决逆流塔在进风口横梁及立柱结冰的问题。

其他防冻措施包括补充其他热源，如为冷却水管增加电绊热带，减小冷却水结冰的可能；风机周期性倒转，使在塔内被加热加湿的空气返回进风口处化冰。

但是以上几种防冻措施不能从根本上解决冷却塔结冰的问题。增设挡风装置，虽然改变了进风量和风向，但是进风温度依然在0℃以下，进风口处有结冰的可能；增加保护式热水帘，会使布水更加均匀，从而改善进风口风多水少的情况，但是没有提高进风温度；在冷却水管上增加电绊热，保证了冷却水管不出现结冰的现象，但是不能防止冷却塔结冰；风机周期性倒转作为一种融冰的措施，不能防止冷却塔结冰。

本专利申请提出一种间接蒸发式冷却塔防冻的系统及方法，通过改变冷却塔原有的流程结构，可以将进风温度提高至0℃以上，使冷却塔内的温度维持在0℃以上，从根本上解决了冷却塔结冰的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用间接蒸发冷却实现冷却塔冬季防冻的系统及其方法。

一种利用间接蒸发冷却实现冷却塔冬季防冻的系统：包括间接蒸发冷却塔、板式换热器、蒸汽压缩式制冷机三部分，间接蒸发冷却塔的下部两边为空气-水表面式冷却器，内部固定填料塔，上部出口处安装排风机；所述填料塔从上到下依次是喷淋系统、填料区和储液区；储液区通过系统循环泵及管道依次与板式换热器、蒸汽压缩式制冷机的冷凝器连接，然后接入填料塔的喷淋系统，板式换热器同一侧的外壁管道上设置第一阀门和第二阀门，两个阀门所控制的管道与蒸汽压缩式制冷机的蒸发器连接，然后接入冷冻水供水系统。

针对上述的系统，可以有两种连接方式：

第一种连接方式为：所述冷凝器的出水口与空气-水表面式冷却器连接，再接入喷淋系统。

第二种连接方式为：储液区的底部出水口管道通过冷水循环泵接入空气-水表面式冷却器，然后与喷淋系统连接；冷凝器的出水口直接与填料塔的喷淋系统连接。

针对第一种连接方式，利用间接蒸发冷却实现冷却塔冬季防冻的运行方式为：

进风通过空气-水表面式冷却器等湿升温，进入填料塔，与塔顶向下喷淋的冷水进行蒸发冷却过程，最终作为排风排出，塔顶喷淋的水在填料塔中经过蒸发冷却被降温后，在系统循环泵的作用下，依次经过板式换热器、蒸汽压缩式制冷机的冷凝器，带走用户侧的热量，然后进入空气-水表面式冷却器加热进风，最后回到填料塔顶喷淋，完成冷水的循环。

针对第二种连接方式，利用间接蒸发冷却实现冷却塔冬季防冻的运行方式为：

进风通过空气-水表面式冷却器等湿升温，进入填料塔，与塔顶向下喷淋的冷水进行蒸发冷却过程，最终作为排风排出，塔顶喷淋的水在填料塔中经过蒸发冷却被降温后，分为两部分，一部分在系统循环泵的作用下依次通过板式换热器、蒸汽压缩式制冷机的冷凝器，带走用户侧的热量，另一部分在冷水循环泵的作用下进入空气-水表面式冷却器，加热进风，之后这两部分水混合返回填料塔顶，进行喷淋，完成冷水的循环。

由上所述的两种利用间接蒸发冷却实现冷却塔冬季防冻的方法，其全年的调节方式为冷却水侧不进行管路的切换，调节冷冻水侧的第一阀门和第二阀门：

夏季工况，第一阀门关闭，第二阀门开启，冷冻水回水经过蒸汽压缩式制冷机的蒸发器被降温，由间接蒸发冷水机组制备的冷却水经过板式换热器进入蒸汽压缩式制冷机的冷凝器，带走冷凝热，进入间接蒸发冷水机组重新冷却。

冬季工况，蒸汽压缩式制冷机关闭，间接蒸发冷水机组作为独立的冷源，第一阀门打开，第二阀门关闭，冷冻水回水经过板式换热器被冷却水降温，由间接蒸发冷水机组制备的冷却水经过板式换热器，带走冷冻水的热量，之后经过蒸汽压缩式制冷机的冷凝器，进入间接蒸发冷却机组蒸发冷却。

过渡季工况，当室外露点温度较低时，运行方式与冬季工况相同；当室外露点温度较高时，间接蒸发冷水机组与蒸汽压缩式制冷机联合运行，第一阀门打开，第二阀门关闭，冷冻水回水经过板式换热器被冷却水降温，经过蒸汽压缩式制冷机的蒸发器再次降温，间接蒸发冷却机组制备的冷却水经过板式换热器对冷冻水降温，经过蒸汽压缩式制冷机的冷凝器进一步带走冷凝热，最终回到间接蒸发冷却机组被重新蒸发冷却。

本发明的有益效果：冬季工况，进风通过空气-水表面式冷却器等湿加热，与塔顶向下喷淋的冷水填料塔处实现空气和水的热湿交换，排风温度和冷却水的温度均高于0℃，避免冷却塔内结冰的问题。

附图说明

图1为第一种运行方式的实现冷却塔冬季防冻间接蒸发冷却冷源系统

图2为第二种运行方式的实现冷却塔冬季防冻间接蒸发冷却冷源系统

图中标号：1-间接蒸发冷却塔；2-板式换热器；3-蒸汽压缩式制冷机；4-空气-水表面式冷却器；5-填料塔；6-排风机；7-蒸发器；8-冷凝器；9-系统循环泵；10-冷水循环泵；11-第一阀门；12-第二阀门

具体实施方式

本发明提供了一种利用间接蒸发冷却实现冷却塔冬季防冻的系统及其方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。

实施例1

系统的组成和连接如图1所示：

该系统由间接蒸发冷却塔1、板式换热器2、蒸汽压缩式制冷机3三部分组成，间接蒸发冷却塔1的下部两边为空气-水表面式冷却器4，内部固定填料塔5，上部出口处安装排风机6，填料塔5从上到下依次是喷淋系统、填料区和储液区；板式换热器2的一端的管道上设置系统循环泵9，与储液区的底部出水口相连，另一端接入蒸汽压缩式制冷机3的冷凝器8，冷凝器8的出水口与空气-水表面式冷却器4连接，之后接入填料塔的喷淋系统，组成回路。其中板式换热器2同一侧的外壁管道上设置第一阀门11和第二阀门12，两个阀门所控制的管道与蒸汽压缩式制冷机3的蒸发器7连接，然后接入冷冻水供水系统。

工作时，进风通过空气-水表面式冷却器4等湿升温，进入填料塔5，与塔顶向下喷淋的冷水进行蒸发冷却过程，最终作为排风排出，塔顶喷淋的水在填料塔5中经过蒸发冷却后在系统循环泵9的作用下，依次经过板式换热器2、蒸汽压缩式制冷机3的冷凝器8，带走用户侧的热量，然后进入空气-水表面式冷却器4加热进风，最后回到填料塔顶喷淋，完成冷水的循环。

实施例2

系统的组成和连接也可以如图2所示：

与实施例1不同的是，间接蒸发冷却塔1中设有冷水循环泵10，储液区的底部出水管路分为两个支路，一条通过冷水循环泵10接入空气-水表面式冷却器4，然后与喷淋系统连接；一条连接用户换热端，依次连接系统循环泵(9)、板式换热器2、蒸汽压缩式制冷机3的冷凝器8，冷凝器的出水口直接接入填料塔5的喷淋系统。

工作时，塔顶喷淋的水在填料塔5中经过蒸发冷却后分为两部分，一部分在冷水循环泵10的作用下进入空气-水表面式冷却器4，加热进风，另一部分在系统循环泵9的作用下依次通过板式换热器2、蒸汽压缩式制冷机3的冷凝器8，带走用户侧的热量，之后这两部分冷却水混合返回填料塔顶，进行喷淋，完成冷水的循环。

实施例3

图1和图2所述的两种利用间接蒸发冷却实现冷却塔冬季防冻的系统及其方法，其全年的调节方式为冷却水侧不进行管路的切换，调节冷冻水侧的第一阀门11和第二阀门12。

夏季工况，第一阀门11关闭，第二阀门12开启，冷冻水回水经过蒸汽压缩式制冷机3的蒸发器7被降温，由间接蒸发冷水机组1制备的冷却水经过板式换热器2进入蒸汽压缩式制冷机3的冷凝器8，带走冷凝热，进入间接蒸发冷水机组1重新冷却。

冬季工况，蒸汽压缩式制冷机3关闭，间接蒸发冷水机组1作为独立的冷源，第一阀门11打开，第二阀门12关闭，冷冻水回水经过板式换热器被冷却水降温，由间接蒸发冷水机组1制备的冷却水经过板式换热器，带走冷冻水的热量，之后经过蒸汽压缩式制冷机3的冷凝器8，进入间接蒸发冷却机组1蒸发冷却。

过渡季工况，当室外露点温度较低时，运行方式与冬季工况相同；当室外露点温度较高时，间接蒸发冷水机组1与蒸汽压缩式制冷机3联合运行，第一阀门11打开，第二阀门12关闭，冷冻水回水经过板式换热器被冷却水降温，经过蒸汽压缩式制冷机3的蒸发器7再次降温，间接蒸发冷却机组1制备的冷却水经过板式换热器2对冷冻水降温，经过蒸汽压缩式制冷机3的冷凝器8进一步带走冷凝热，最终回到间接蒸发冷却机组1被重新蒸发冷却。

Claims (6)

1.一种利用间接蒸发冷却实现冷却塔冬季防冻的系统，其特征在于，所述系统包括间接蒸发冷却塔(1)、板式换热器(2)、蒸汽压缩式制冷机(3)三部分，间接蒸发冷却塔(1)的下部两边为空气-水表面式冷却器(4)，内部固定填料塔(5)，上部出口处安装排风机(6)，填料塔(5)从上到下依次是喷淋系统、填料区和储液区；储液区通过系统循环泵(9)及管道依次与板式换热器(2)、蒸汽压缩式制冷机(3)的冷凝器(8)连接，然后接入填料塔(5)的喷淋系统，板式换热器(2)同一侧的外壁管道上设置第一阀门(11)和第二阀门(12)，两个阀门所控制的管道与蒸汽压缩式制冷机(3)的蒸发器(7)连接，然后接入冷冻水供水系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝器(8)的出水口与空气-水表面式冷却器(4)连接，再接入喷淋系统。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，储液区的底部出水口管道通过冷水循环泵(10)接入空气-水表面式冷却器(4)，然后与喷淋系统连接；冷凝器(8)的出水口直接与填料塔(5)的喷淋系统连接。

4.一种基于权利要求2所述的系统的间接蒸发冷却方式,其特征在于，进风通过空气-水表面式冷却器(4)等湿升温，进入填料塔(5)，与塔顶向下喷淋的冷水进行蒸发冷却过程，最终作为排风排出，塔顶喷淋的水在填料塔(5)中经过蒸发冷却被降温后，在系统循环泵(9)的作用下，依次经过板式换热器(2)、蒸汽压缩式制冷机(3)的冷凝器(8)，带走用户侧的热量，然后进入空气-水表面式冷却器(4)加热进风，最后回到填料塔的喷淋系统，完成冷水的循环。

5.一种基于权利要求3所述的系统的间接蒸发冷却方式，其特征在于，进风通过空气-水表面式冷却器(4)等湿升温，进入填料塔(5)，与塔顶向下喷淋的冷水进行蒸发冷却过程，最终作为排风排出，塔顶喷淋的水在填料塔(5)中经过蒸发冷却被降温后，分为两部分，一部分在系统循环泵(9)的作用下依次通过板式换热器(2)、蒸汽压缩式制冷机(3)的冷凝器(8)，带走用户侧的热量，另一部分在冷水循环泵(10)的作用下进入空气-水表面式冷却器(4)，加热进风，之后这两部分水混合返回填料塔顶，进行喷淋，完成冷水的循环。

6.根据权利要求4或5任一所述的系统的间接蒸发冷却方式，其特征在于，其全年的运行方法分为夏季工况、冬季工况和过渡季工况三种情况：

夏季工况，第一阀门(11)关闭，第二阀门(12)开启，冷冻水回水经过蒸汽压缩式制冷机(3)的蒸发器(7)被降温，由间接蒸发冷水机组(1)制备的冷却水经过板式换热器(2)进入蒸汽压缩式制冷机(3)的冷凝器(8)，带走冷凝热，进入间接蒸发冷水机组(1)重新冷却；

冬季工况，蒸汽压缩式制冷机(3)关闭，间接蒸发冷水机组(1)作为独立的冷源，第一阀门(11)打开，第二阀门(12)关闭，冷冻水回水经过板式换热器(2)被冷却水降温，由间接蒸发冷水机组(1)制备的冷却水经过板式换热器(2)，带走冷冻水的热量，之后经过蒸汽压缩式制冷机(3)的冷凝器(8)，温度不变，进入间接蒸发冷却机组(1)蒸发冷却；

过渡季工况，当室外露点温度较低时，运行方式与冬季工况相同；当室外露点温度较高时，间接蒸发冷水机组(1)与蒸汽压缩式制冷机(3)联合运行，第一阀门(11)打开，第二阀门(12)关闭，冷冻水回水经过板式换热器被冷却水降温，经过蒸汽压缩式制冷机(3)的蒸发器(7)再次降温，间接蒸发冷却机组(1)制备的冷却水经过板式换热器(2)对冷冻水降温，经过蒸汽压缩式制冷机(3)的冷凝器(8)进一步带走冷凝热，最终回到间接蒸发冷却机组(1)被重新蒸发冷却。