CN104880118A - 一种冷却塔配水系统、冷却塔及冷却塔配水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却塔配水系统、冷却塔及冷却塔配水方法，该冷却塔配水系统包括至少一根供水管，所述供水管的一端用于与冷却塔的中央竖井连通；所述供水管上设有多个喷射装置，所述喷射装置的喷口高程以中央竖井为中心由内向外逐渐降低，且所述喷射装置的喷口均朝上设置。本发明的冷却塔配水系统，喷射装置在空间的布置呈锥形，利用高差形成的压力差及水流速实现的水头压力，实现冷却塔配水的非均匀性，与冷却塔内空气流速的非均匀分布相匹配；喷射装置向上喷射水，能够有效利用循环水泵的富余压力，提高循环水和冷却空气的接触面积，充分利用冷却塔的冷却能力，有效提高循环水的冷却效果。

Description

一种冷却塔配水系统、冷却塔及冷却塔配水方法

技术领域

本发明属于冷却塔技术领域，具体涉及一种冷却塔配水系统，同时还涉及一种使用该冷却塔配水系统的冷却塔及冷却塔配水方法。

背景技术

冷却塔是发电厂的重要附属设备，由于发电厂循环水量比较大，一般情况下采用自然通风冷却塔将凝汽器中的汽和水冷却到需要的温度。自然通风冷却塔是靠塔内外空气密度或自然风力形成的空气对流作用进行通风的冷却塔。以圆形逆流式冷却塔为例，该冷却塔在垂直方向一般做成双曲线的形状，在平面上是圆形，其工作原理为：通过水泵以一定的压力将循环水经冷却塔中心的中央竖井输送至配水系统，通过配水系统的喷射装置将水均匀地喷洒在填料层；干燥低焓值的空气在风机的作用下由底部进入塔内，热水流经填料表面时形成水膜和空气进行热交换，高湿度高焓值的热风从顶部抽出，冷却水滴入冷却塔底部的集水池内，经出水管流入主机。

填料型逆流式自然通风冷却塔的配水系统主要有两种：管式配水系统和槽式配水系统(虹吸式配水系统是槽式配水系统的一种改进形式)，两者的区别主要在于与冷却塔的中央竖井连接、向配水管配水的是供水管或供水槽。通常的配水系统主要由进水管、竖井、水槽或配水管、喷射装置组成；冷却塔把来自凝汽器的热水先用竖井送到配水高程，然后通过水槽或配水管将水分布到整个塔的淋水断面上，再用喷射装置将水洒向填料。

国内大型的填料型逆流自然通风湿式冷却塔通常选择槽式配水系统或管槽结合配水方式。现有的槽式配水系统供水压力低、清理沉积的杂质较方便，但槽内易生长藻类，构造复杂，气流阻力大并且在小流量的情况下配水槽远端常常会出现无水的状况，填料不能被充分利用；若出现喷头堵塞、喷头损坏、局部溢流等情况，配水系统局部易出现连续水流，不但冷却效果差，还会对填料造成冲击；水中杂质进入填料后，还容易造成杂质在填料中的积累，出现填料堵塞、局部坍塌现象。现有的管式配水系统配水均匀，水滴细，冷却效果好，易于保证安装质量，管内不易生长藻类，配水管道对冷却塔的空气阻力小；但喷头要求供水压力较大，水质差时会堵塞管道，清理困难。

综合来说，上述两种配水系统都属于均匀配水方案，追求的是各区均匀配水，以达到淋水密度一致。但是，冷却塔塔内风速沿径向并非均匀分布，塔内各处风速及风量是不一致的，因此在相同淋水密度的情况下，各处的气水比会有较大的差异，空气流速高的区域冷却能力没有充分利用，空气流速低的区域冷却能力不足，存在局部换热效果差、冷却效果不均匀、循环水温下降偏少、不能满足使用要求的问题，尤其冬季室外温度较低时，冷却塔容易出现局部结冰的现象。现有技术中，CN201828186U公开了一种双曲线自然通风冷却塔的配水系统，冷却塔体内装有与冷却塔同心的配水环，配水环上安装有配水喷嘴，每个配水环连接供水管，供水管与配水井相连；每个配水环可由单独的供水管从配水井向配水管供水，或风速相近的多个配水环由单根供水管供水，形成一组配水环；配水量由各环的风速及喷嘴数量确定，配水量可由配水井至配水环的供水管径及管道数量控制。该配水系统虽然能在一定程度上调整空气和循环水的配比，但是配水管及喷射装置始终在同一高程的水平面内调整，管径的改变对淋水密度的调整范围有限，不能解决冷却塔内淋水密度与风速场不匹配的问题，还存在局部换热效果不佳，冷却效果不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷却塔配水系统，解决现有因冷却塔配水系统提供的淋水密度与冷却塔塔内风速场不匹配，存在的局部换热效果不佳，冷却效果不均匀的问题。

本发明的第二个目的是提供一种使用上述冷却塔配水系统的冷却塔。

本发明的第三个目的是提供一种冷却塔配水方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种冷却塔配水系统，包括至少一根供水管，所述供水管的一端用于与冷却塔的中央竖井连通；所述供水管上设有多个喷射装置，所述喷射装置的喷口高程以中央竖井为中心由内向外逐渐降低，且所述喷射装置的喷口均朝上设置。

所述供水管上间隔设置有至少两根以冷却塔的中央竖井为中心环状设置且与供水管连通的配水环管，所述喷射装置安装在所述配水环管上。

所述供水管沿从用于与冷却塔的中央竖井连通的一端到另一端的方向向下倾斜，间隔设置在所述供水管上的配水环管的高程由内向外逐渐降低。

所述喷射装置包括直接安装在配水环管上的雾化喷头或通过等长支管连接在配水环管上的雾化喷头。

最外围配水环管底部连接有至少一根用于排渣的沉降管，所述沉降管与配水环管连接处设有阀门。

所述沉降管远离配水环管的一端用于与冷却塔的集水池连接，所述沉降管内设有用于滤渣的滤网；所述沉降管上在所述滤网的上游开设有用于清除滤网上滤渣的清渣口。

所述配水环管均设置在同一水平面上；所述喷射装置包括连接在配水环管上且沿竖直方向向下延伸的支管及安装在所述支管末端的雾化喷头；所述支管的长度以配水环管的中心为中心由内向外逐渐增长。

一种冷却塔，包括塔筒，所述塔筒内设有填料层和位于塔筒内部中心的中央竖井，塔筒内填料层的上方设置有上述的冷却塔配水系统，塔筒内在所述冷却塔配水系统的上方还设有除水器；所述冷却塔配水系统中，供水管的一端与所述中央竖井连通，另一端向塔筒内壁延伸。

本发明的冷却塔配水系统，喷射装置在空间的布置呈锥形，利用高差形成的压力差及水的流速实现的水头压力，实现离冷却塔中央竖井越远喷射压力越大的压力分配方式，使配水系统的压力分布呈现非均匀分布的特性，从而实现冷却塔配水的非均匀性，与冷却塔内空气流速的非均匀分布相匹配，充分利用冷却塔的冷却能力，能够有效提高循环水的冷却效果。由于外围喷射装置高程低，配水量更多分配于外围，利用了高程压差、水的流速实现的水头压差，降低了对循环水泵压力的要求，和槽式配水方式相比，同样的配水量，循环水泵的功率变化不明显；在冷却塔带走同样热量的情况下，降低了系统对循环水量的要求。

喷射装置的喷口朝上设置，向上喷射雾化循环水，能够有效利用循环水泵的富余压力，充分雾化循环水，提高循环水和冷却空气的接触面积；利用向上喷雾时循环水上升行程、循环水靠重力下落时的下降行程，提高循环水和冷却空气的接触时间，提高循环水和冷却空气的换热效果；向上雾化喷水，由于喷头的射水作用，喷头四周空气压力降低，能够形成有效的抽负压能力，提高冷却塔通风能力。通过喷头雾化、上升下降行程，循环水被冷却空气充分打散，提高了循环水分配的效果，使循环水进入填料层时局部分配能够更均匀，提高填料层的冷却效果；由于循环水通过配水系统得到良好的雾化，细小水滴均匀分配进入填料层，可以有效减小水流对填料的冲击，保持填料层的良好状况，提高冷却效果，减小维护工作量。

由于喷头朝上喷水，配水环管中循环水的流速不是很高，杂质通常位于配水管内底部，水管又带压运行，水中携带的细小杂质不会造成喷头堵塞；由于循环水总体朝外围水管流动，在水流的作用下，杂质更容易汇集于配水系统的最外侧配水环管(内圈配水环管不容易汇集杂质)；通过在最外侧配水环管上设置沉降管，定期打开沉降管上的阀门，使配水系统中汇集的杂质被水冲出，循环水可沿沉降管回到冷却塔的集水池，杂质被沉降管中的滤网拦截，定期从清渣口清除，从而实现定期清除杂质，解决了管式配水系统堵塞后杂质清除困难的问题；从循环水中去除杂质，减少了杂质在填料层的积累，降低了填料层堵塞、坍塌的风险；相较于槽式配水系统需要人工清除杂质的传统设备，本发明的冷却塔配水系统可实现杂质自动清除，除杂效率高，维护工作量少。

一种冷却塔配水方法，包括利用循环水泵的富余压力使冷却塔的配水系统中的喷射装置向上喷水；其中冷却塔的配水系统中的喷射装置的喷口高程以冷却塔的中央竖井为中心由内向外逐渐降低。

所述向上喷水是利用雾化喷头向上雾化喷水。

本发明的冷却塔配水方法，喷射装置向上喷射循环水，能够有效利用循环水泵的富余压力，充分雾化循环水，提高循环水和冷却空气的接触面积；利用向上喷雾时循环水上升行程、循环水靠重力下落时的下降行程，提高循环水和冷却空气的接触时间，提高循环水和冷却空气的换热效果；向上雾化喷水，由于喷头的射水作用，喷头四周空气压力降低，能够形成有效的抽负压能力，提高冷却塔通风能力；喷射装置的喷口高程以冷却塔的中央竖井为中心由内向外逐渐降低，利用高差形成的压力差及水的流速实现的水头压力，实现离冷却塔中央竖井越远喷射压力越大的压力分配方式，使配水系统的压力分布呈现非均匀分布的特性，从而实现冷却塔配水的非均匀性，与冷却塔内空气流速的非均匀分布相匹配，充分利用冷却塔的冷却能力，能够有效提高循环水的冷却效果。

利用雾化喷头向上雾化喷水，通过喷头雾化、上升下降行程，循环水被冷却空气充分打散，提高了循环水分配的效果，使循环水进入填料层时局部分配能够更均匀，提高填料层的冷却效果；循环水通过配水系统得到良好的雾化，细小水滴均匀分配进入填料层，可以有效减小水流对填料的冲击，保持填料层的良好状况，提高冷却效果，减小维护工作量。

附图说明

图1为实施例1的冷却塔配水系统的结构示意图；

图2为图1中冷却塔配水系统的侧视剖视图；

图3为实施例3的冷却塔的结构示意图；

图4为图3中冷却塔配水系统的俯视图；

图5为实施例4的冷却塔配水系统的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为图5中单个喷射装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例的冷却塔配水系统，如图1、2所示，包括四根供水管2，每根供水管2的一端都用于与冷却塔的中央竖井1连通，另一端朝向远离所述中央竖井1的方向延伸，四根供水管2在水平面的投影呈“十”字形；所述供水管2上间隔设置有四根以冷却塔的中央竖井1为中心环状设置且与供水管2连通的配水环管3，每根配水环管3上均设有多个喷射装置，所述喷射装置包括直接安装在所述配水环管3上的低压雾化喷头4，所述低压雾化喷头4的喷口方向朝上设置；

在竖直方向上(如图2所示)，每根供水管2沿与所述中央竖井1连通的一端到另一端的方向向下倾斜，间隔设置在所述供水管2上的配水环管3的高程由内向外逐渐降低，从而使所述低压雾化喷头4的喷口高程以配水环管3的中心为中心由内向外逐渐降低。

本实施例的冷却塔配水方法，采用上述的冷却塔配水系统，利用循环水泵的富余压力使冷却塔的配水系统中的喷射装置向上雾化喷水；其中冷却塔的配水系统中的喷射装置的喷口高程以冷却塔的中央竖井为中心由内向外逐渐降低；所述向上雾化喷水是利用雾化喷头向上雾化喷水。

本实施例的冷却塔配水系统，配水管道在空间的布置呈圆锥形，供水管靠近冷却塔中央竖井的一端高程最高，向外逐步降低高程，配水环管连接于供水管，同一配水环管的高程相同；利用高差形成的压力差及水的流速实现的水头压力，实现离冷却塔的中央竖井越远，配水环管中的压力越大的压力分配方式，使配水环管的压力分布呈现非均匀分布的特性，从而实现冷却塔配水的非均匀性，与冷却塔内空气流速的非均匀分布相匹配，充分利用冷却塔的冷却能力，能够有效提高循环水的冷却效果。由于外围配水管高程低，配水量更多分配于外围，利用了高程压差、水的流速实现的水头压差，降低了对循环水泵压力的要求，和槽式配水方式相比，同样的配水量，循环水泵的功率变化不明显；在冷却塔带走同样热量的情况下，降低了系统对循环水量的要求。

雾化喷头选用低压力的低压雾化喷头，在循环水泵输出压力较小的情况下，也能实现较好的雾化效果。管式配水方式采用低压雾化喷头朝上喷水，能够有效利用循环水泵的富余压力，充分雾化循环水，提高循环水和冷却空气的接触面积；利用向上喷雾时循环水上升行程、循环水靠重力下落时的下降行程，提高循环水和冷却空气的接触时间，提高换热效果。喷头向上雾化喷水，由于喷头的射水作用，喷头四周空气压力降低，能够形成有效的抽负压能力，提高冷却塔通风能力；所述的低压雾化喷头为旋流低压雾化喷头，抽负压效果更好。通过喷头雾化、上升下降行程，循环水被冷却空气充分打散，提高了循环水分配的效果，使循环水进入填料层时局部分配能够更均匀，提高填料层的冷却效果；由于循环水通过配水系统得到良好的雾化，细小水滴均匀分配进入填料层，可以有效减小水流对填料的冲击，保持填料层的良好状况，提高冷却效果，减小维护工作量。

实施例2

本实施例的冷却塔配水系统，与实施例1不同之处在于，如图3所示，最外侧配水环管3-1(即高程最低的配水环管)底部连接有一根用于排渣的沉降管10，所述沉降管10与最外侧配水环管3-1连接处设有阀门11；所述沉降管10远离最外侧配水环管3-1的一端用于与冷却塔的集水池连接，所述沉降管10内设有用于滤渣的滤网12，沉降管10上在所述滤网12的上游开设有用于清除滤网上滤渣的清渣口13。

本实施例的冷却塔配水系统，由于喷头朝上喷水，配水环管中循环水的流速不是很高，杂质通常位于配水管内底部，水管又带压运行，水中携带的细小杂质不会造成喷头堵塞；由于循环水总体上朝外围水管流动，在水流的作用下，杂质更容易汇集于配水系统的最外侧配水环管(内圈配水环管不容易汇集杂质)；在最外侧配水环管上设置沉降管，定期打开沉降管上的阀门，使配水系统中汇集的杂质被水冲出，循环水可沿沉降管回到冷却塔的集水池，杂质被沉降管中的滤网拦截，定期从清渣口清除，从而实现定期清除杂质，解决了管式配水系统堵塞后杂质清除困难的问题；从循环水中去除杂质，减少了杂质在填料层的积累，降低了填料层堵塞、坍塌的风险；相较于槽式配水系统需要人工清除杂质的传统设备，本实施例的冷却塔配水系统可实现杂质自动清除，除杂效率高，维护工作量少。

实施例3

本实施例的冷却塔，如图3、4所示，包括塔筒5，所述塔筒5内设有填料层7和位于塔筒内部中心的中央竖井1，冷却塔底部设有集水池8；塔筒内填料层7的上方设置实施例2所述的冷却塔配水系统，填料层7的下方为淋水区9；塔筒5内在所述冷却塔配水系统的上方还设有除水器6；所述冷却塔配水系统中，供水管2的一端与所述中央竖井1连通，另一端向塔筒5的内壁延伸；图3中配水环管3上方的箭头为图4中低压雾化喷头的喷射方向(喷口朝上设置)；与最外侧配水环管3-1连接的沉降管10沿塔筒5内壁向下延伸至集水池，沉降管10内的滤网12及沉降管10上开设的清渣口13位于集水池8的上方。

由于采用朝上雾化配水的方式，冷却塔内除水器的安装高度应高于喷射装置雾化喷水所能达到的高度，保证除水器收水效果。

本实施例的冷却塔配水方法，利用循环水泵的富余压力使冷却塔的配水系统中的喷射装置向上雾化喷水；其中冷却塔的配水系统中的喷射装置的喷口高程以冷却塔的中央竖井为中心由内向外逐渐降低。所述向上雾化喷水是利用雾化喷头向上雾化喷水。

本实施例的冷却塔使用时，利用循环水泵将循环水经冷却塔的中央竖井输送至配水系统，与中央竖井连通的供水管将循环水分配至配水环管，由安装在配水环管上的低压雾化喷头向上喷出，雾化的水滴下落进入填料层，在填料表面形成水膜，与冷却塔中自下而上流动的空气进行热交换后，冷却水滴入冷却塔底部的集水池内，经出水管排出。

由于配水环管的高程由内向外逐渐降低，最外围配水环管位于冷却塔内风速最高的区域，其高程接近于填料层的上表面(与传统的槽式配水系统相比，不需要喷头与填料层之间较大的喷水高程差)；由于每圈配水环管与供水管入水处的高差形成的压力差，及水的流速形成的水头压力，实现离中央竖井越远的配水环管中的压力越大，从而实现配水管压力的非均匀分布，使冷却塔配水具有非均匀性(冷却塔配水层压力径向上呈双峰分布)，与冷却塔内空气流速的非均匀分布(冷却空气在配水层的空气流速径向上一般呈双峰分布)相匹配，充分利用冷却塔的冷却能力，提高循环水与冷却空气的换热效果，进而提高冷却塔降低循环水温度的能力；同时，在寒冷季节可防止冷却塔内局部出现过冷却而导致结冰的现象。

配水环管由内向外高程越低，需要循环水泵克服的扬程越小；外围配水环管和填料层之间的高程差较小；配水环管由内向外，配水流量越大，配水环管的配水量越大，且配水面积越大，综合上述因素，与传统的槽式配水系统相比，同样的冷却塔配水量，尽管本实施例的配水系统的管道压力上升，但是循环水的总体扬程降低，需要的循环水泵的功率变化不明显。

本实施例的冷却塔与常规的填料型自然通风冷却塔相比，兼有填料型冷却塔和无填料型冷却塔的特性，配水层上方具有无填料型冷却塔的功能，配水层的下方具有填料型冷却塔的功能；提高了填料型逆流自然通风冷却塔对循环水的冷却能力，节能降耗。

实施例4

本实施例的冷却塔配水系统，如图5、6所示，与实施例1不同之处在于：与中央竖井1连接的供水管2以及与供水管2连接的配水环管3均设置在同一水平面上；如图7所示，所述喷射装置包括连接在配水环管3上且沿竖直方向向下延伸的支管14，所述支管14的末端设有长度方向与所述支管14的长度方向垂直且一端朝向中央竖井1的连接管15，喷口朝上设置的低压雾化喷头4安装在所述连接管15的两端，从而使连接管15两端的低压雾化喷头4分布在对应配水环管3的内外两侧(如图5中最内圈配水环管，其余未画出)；同一配水环管上连接的支管长度相同，不同配水环管上连接的支管的长度以中央竖井为中心由内向外逐渐增长，从而使所述低压雾化喷头4的喷口高程以配水环管3的中心为中心由内向外逐渐降低。

本实施例的冷却塔配水方法，采用上述的冷却塔配水系统，利用循环水泵的富余压力使冷却塔的配水系统中的喷射装置向上雾化喷水；其中冷却塔的配水系统中的喷射装置的喷口高程以冷却塔的中央竖井为中心由内向外逐渐降低。所述向上雾化喷水是利用雾化喷头向上雾化喷水。

本实施例的冷却塔配水系统，可在传统管式配水系统的基础上进行改进，只需更换不同长度的支管、采用喷口朝上设置的低压雾化喷头，即可实现同实施例1所述的冷却塔配水装置同样的技术效果：利用循环水泵富余压力，向上雾化喷水，有利于提高水和空气的接触面积，提高水和空气的接触时间，喷头射水后提高冷却塔通风能力，提高填料层中水的均匀分布；通过喷射装置圆锥形的空间结构，可以实现非均匀配水，解决冷却塔空气流场分布不均匀、与均匀配水不匹配的问题，提高了冷却塔的换热效果。

在本发明的其他实施例中，喷射装置还可以通过其他方式设置在供水管上，如多根供水管以冷却塔的中央竖井为中心呈放射状分布，喷射装置直接安装在供水管上，或者多根供水管以冷却塔的中央竖井为中心呈放射状分布，每根供水管上间隔设置有多根与该供水管连通的配水直管，与同一根供水管连通的配水直管的长度以中央竖井为中心从内到外逐渐增长，喷射装置安装在配水直管上，覆盖整个淋水面；只要能实现喷射装置的喷口高程以中央竖井为中心由内向外逐渐降低，且所述喷射装置的喷口均朝上设置的技术方案都是可行的。

在本发明的其他实施例中，还可以通过调整相邻配水环管之间的间隔、配水环管的管径及安装在不同配水环管上的喷射装置的喷口直径(一般情况下，安装在同一配水环管上的喷射装置的喷口直径相同)等，进一步调节冷却水配水的非均匀性，从而和冷却塔内空气流速的非均匀分布更好的进行匹配。

在本发明的其他实施例中，供水管、配水环管、喷射装置的数量可以根据实际需要进行调整；沉降管也可以为多根，在最外围配水环管上均布；如配水系统中沉积的杂质较多，也可将沉降管直接连接到循环水排污管道，不再对冲洗用循环水进行回收。

Claims (10)

1.一种冷却塔配水系统，包括至少一根供水管，所述供水管的一端用于与冷却塔的中央竖井连通；所述供水管上设有多个喷射装置，其特征在于：所述喷射装置的喷口高程以中央竖井为中心由内向外逐渐降低，且所述喷射装置的喷口均朝上设置。

2.根据权利要求1所述的冷却塔配水系统，其特征在于：所述供水管上间隔设置有至少两根以冷却塔的中央竖井为中心环状设置且与供水管连通的配水环管，所述喷射装置安装在所述配水环管上。

3.根据权利要求2所述的冷却塔配水系统，其特征在于：所述供水管沿从用于与冷却塔的中央竖井连通的一端到另一端的方向向下倾斜，间隔设置在所述供水管上的配水环管的高程由内向外逐渐降低。

4.根据权利要求3所述的冷却塔配水系统，其特征在于：所述喷射装置包括直接安装在配水环管上的雾化喷头或通过等长支管连接在配水环管上的雾化喷头。

5.根据权利要求3所述的冷却塔配水系统，其特征在于：最外围配水环管底部连接有至少一根用于排渣的沉降管，所述沉降管与配水环管连接处设有阀门。

6.根据权利要求5所述的冷却塔配水系统，其特征在于：所述沉降管远离配水环管的一端用于与冷却塔的集水池连接，所述沉降管内设有用于滤渣的滤网；所述沉降管上在所述滤网的上游开设有用于清除滤网上滤渣的清渣口。

7.根据权利要求2所述的冷却塔配水系统，其特征在于：所述配水环管均设置在同一水平面上；所述喷射装置包括连接在配水环管上且沿竖直方向向下延伸的支管及安装在所述支管末端的雾化喷头；所述支管的长度以配水环管的中心为中心由内向外逐渐增长。

8.一种冷却塔，包括塔筒，所述塔筒内设有填料层和位于塔筒内部中心的中央竖井，其特征在于：塔筒内填料层的上方设置有权利要求1-7中任一项所述的冷却塔配水系统，塔筒内在所述冷却塔配水系统的上方还设有除水器；所述冷却塔配水系统中，供水管的一端与所述中央竖井连通，另一端向塔筒内壁延伸。

9.一种冷却塔配水方法，其特征在于：包括利用循环水泵的富余压力使冷却塔的配水系统中的喷射装置向上喷水；其中冷却塔的配水系统中的喷射装置的喷口高程以冷却塔的中央竖井为中心由内向外逐渐降低。

10.根据权利要求9所述的冷却塔配水方法，其特征在于：所述向上喷水是利用雾化喷头向上雾化喷水。