CN105066734A - 一种复合式冷却塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合式冷却塔，主要包括水箱、喷淋泵、光管管束、填料、喷嘴、挡水板、翅片管束和引风机。塔外空气从底部百叶窗进入冷却塔后自下而上依次经过光管管束、填料段和翅片管束，带走热量后被顶部引风机排入周围环境，而高温流体则自上而下首先流经翅片管束预冷后进入光管管束进行蒸发冷却，降低到所需温度后流出冷却塔。在翅片管束下方箱体壁面四侧处设置百叶窗俯角进风，与由底部百叶窗进入并向上运动的空气混合后再冷却翅片管束内的高温热水，提高冷却效率的同时延缓翅片管的腐蚀。蒸发冷却设置填料段，增加了空气与喷淋水的接触面积，延长换热时间，提高换热效率。该复合式冷却塔冷却高温热水能够比普通冷却装置达到更大的温差，节能性和节水性显著，结构紧凑，使用方便。

Description

一种复合式冷却塔

技术领域

本发明涉及一种复合式冷却塔，特别是涉及一种采用干冷却与湿冷却相结合的冷却塔装置，属于冷却装置应用领域。

背景技术

能源是社会发展的基础，是经济发展的动力和源泉，是完善人民生活水平的保障，目前我国仍然面临着能源结构分布不合理，效率低，开发和生产跟不上消费水平等问题。我国在“十二五”期间提出了坚持节能减排、坚持可持续发展的能源战略部署。工业用水方面，我国的工业用水主要面临分布不均、用水量持续增长、效率低、污染严重等问题，为减少工业用水量，必须提高冷却水利用率。因此，节能和节水是摆在冷却行业的两大难题。

冷却塔和空气冷却器自诞生以来都是广泛使用的冷却装置。冷却塔可分为开式冷却塔和闭式冷却塔，开式冷却塔由于流体与水直接接触容易产生细菌滋生、设备腐蚀等问题，目前正逐渐被淘汰。闭式冷却塔在冷却高温流体时温降小，且易产生结垢等问题。我国从1964年开始使用空气冷却器，由于空气冷却器只是通过显热交换来冷却高温流体因此冷却温差小也限制了其应用。而在石油、化工、冶金、动力等工业领域常需将温度很高的热水冷却到很低的温度，此时单纯采用干式空冷器或者普通闭式冷却塔都无法满足工艺要求。

因为由翅片管束组成的空气冷却器，管内介质为高温热水，管外为流动的空气，管外空气是在风机强制下流动。由于空气的导热系数较小，故只有管内外温差非常大时，冷却高温热水时才会取得理想的效果，但仍然无法将高温热水冷却到所需温度。而对于光管管束组成的普通闭式冷却塔，采用了蒸发冷却技术来冷却高温热水。光管管束部分存在着三种流体的共同换热，喷淋水在湿光管表面形成一层水膜，微小液滴蒸发脱离水膜，与管内流体发生潜热交换，光管管壁与空气发生显热交换，同时空气和管外喷淋水接触发生热质交换，显热交换和潜热交换同时发生。由于水的汽化潜热非常大，故闭式冷却塔的管外传热系数比空气冷却器的管外传热系数大得多，传热效果好，但是，当处理温度较高的热水时，管外喷淋水容易在换热管表面结垢，从而影响传热效果导致效率降低。由此可知，翅片管干式空冷器和光管管束闭式冷却塔都无法单独满足工艺要求，而且发挥有效传热作用的温度区间不同。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：将翅片管干式空气冷却器和闭式冷却塔有机地组合起来冷却高温热水。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种复合式冷却塔，包括箱体，在箱体的底部及顶部分别布置有水箱及引风机，在箱体的顶部设有出风口，在水箱的上方由下往上依次设有填料、喷淋设备及挡水板，水箱经由循环水管与喷淋设备相连通，在循环水管上设有喷淋水循环泵，其特征在于，在填料与水箱之间设有光管管束，在引风机与挡水板之间设有翅片管束，光管管束与翅片管束之间经由位于箱体外的盘管连接段相连通，在盘管连接段外包裹有保温材料，翅片管束及光管管束的高温流体进出方式采用串联方式或采用并联方式，在箱体位于光管管束与水箱之间的部分上及在箱体位于挡水板与翅片管束之间的部分上分别设有进风口。

优选地，所述进风口为百叶窗进风口，可以根据需要打开或者关闭。

优选地，所述光管管束、所述翅片管束及所述盘管连接段的材质相同。

优选地，所述光管管束采用铜管、或钢管、或铝管。

本发明将翅片管干式空气冷却器和闭式冷却塔有机地组合起来冷却高温热水，可以快速有效将高温热水冷却到所需温度。高温热水先流经翅片管干式空冷器后再进入光管管束进一步被冷却。翅片管干式空冷器可以起一个预冷的作用，避免光管管束结垢而影响常规闭式冷却塔的运行性能甚至缩短使用寿命。另外，为了增加蒸发冷却的换热效果，可以在光管管束前设置填料段，使喷淋水和空气充分接触后雾化，从而降低了喷淋水的下降速度，延长换热时间，提高换热效率。最后，将两者结合起来运行时的节能性和节水性效果都很显著。尤其是目前工业用水量非常大，单纯采用闭式冷却塔无法保持长期冷却效果，将两者结合起来后则使得冷却高温热水的效果明显提高，大大节约用水量。

因此，将翅片管干式空冷器和带填料的光管管束蒸发冷却相结合的复合式冷却塔既可以解决普通闭式冷却塔的结垢问题，又能够将高温流体冷却到更低的温度从而获得更好的冷却效果，还可以取得比普通干式空冷器或闭式冷却塔更好的节能和节水效果，可广泛用于石油、化工、冶金、动力等工业领域，有广泛的应用市场和前景。

本发明的技术效果体现在：

1、光管管束前设置填料段，让喷淋水与空气进行充分接触，延缓喷淋水的下降速率，延长换热时间，提高换热效率，使得冷却塔出水水温比普通闭式冷却塔更低；

2、翅片管束段下方壁面四侧处设置百叶窗俯角进风，空气进入后与由底部百叶窗进入并向上运动后的空气进行混合，再冷却翅片管束内的高温热水。不仅可以减缓翅片管的腐蚀，增加使用寿命。还可以增大管内外传热温差，加大换热能力；

3、翅片管干空冷对高温热水先进行预冷，避免光管管束段换热时产生结垢，导致热阻增加而影响冷却塔运行效率；

4、喷淋泵和引风机为本发明的主要能耗装置，在同等换热要求的前提下，通过计算可使得两者运行能耗总和最比普通冷却装置小，因此节能效果显著；

5、由于水的蒸发潜热值很大，本发明充分发挥了蒸发冷却换热量大的优势，因此节水效果显著。

附图说明

图1为本发明的复合式冷却塔结构示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，复合式冷却塔主要箱体1、水箱2、喷淋水循环泵3、光管管束4、填料5、喷淋设备6、挡水板7、翅片管束8、百叶窗9a、百叶窗9b、引风机10、循环水管11、盘管连接段12和保温材料13等部件组成。图中，A为热水进口，B为热水出口，位于箱体1两侧的箭头方向为百叶窗9a及百叶窗9b的进风方向，位于箱体1顶部的箭头方向为出风方向。

箱体1由玻璃钢材料制作，成长方体形式，由螺栓固定在地面，拆卸方便。水箱2设置在箱体1最底部，水箱2尺寸由喷淋水量决定。光管管束4设置在水箱2上方，并通过支架固定，固定支架可拆卸。填料5设置在喷淋设备6下方，填料5的材料主要考虑气温因素进行选取，以防止温度过低发生脆裂。光管管束4蒸发冷却段前设置填料5，以加大空气与喷淋水的接触面积，提高换热效率。喷淋设备6安装在喷淋水管上，喷淋水管上设置阀门调节喷淋水的流量。喷淋水管通过软接头与循环水管11连接，并做防漏措施。翅片管束8安装在固定支架上，固定支架可拆卸。挡水板7可与翅片管束8一同安装在固定支架上。设置挡水板7以解决飘水量过大问题，其材料可采用玻璃钢或PVC。引风机10设置在壳体顶部。盘管连接段12用与光管管束同种材料制作，与翅片管束8和光管管束4连接时采取防漏措施，并且外敷保温材料13。光管管束4材料可采用铜管、或钢管、或铝管。翅片管束8干空冷段和光管管束4蒸发冷却段的高温热水进出方式可以采用串联或并联的方式。翅片管束8排数和光管管束4排数由运行参数和结构参数进行最优化计算而得。

翅片管束8下方壁面四侧设置百叶窗进行俯角进风，以减缓翅片管束8的腐蚀，提高翅片管束8的换热能力。

水箱2上设置补水口、溢流口和排污口。补水口用来补充损失掉的喷淋水，溢流口用来防止水箱内喷淋水过多，排污口用来排放掉喷淋水内混入的杂质，保持水质干净。

喷淋泵3和引风机10是本发明主要的能耗装置，循环水管11上应设置阀门来调节喷淋水的流速，引风机10采用变频风机，可以根据需要改变引风量。本发明可以通过同时调节阀门的开合度和风机的频率使得在满足换热要求的情况下两者能耗之和最小。

本发明的工作原理是：高温热水进入冷却塔后首先流经翅片管束8，与管束外的空气进行显热交换后，经过连接段12后进入光管管束4，在光管管束段与管外空气和喷淋水进行显热和潜热交换后，达到所需温度后流出冷却塔。本发明的空气进口有两处，底部水箱2上方壁面处设置百叶窗9b俯角进风，翅片管束8下方壁面处设置百叶窗9a俯角进风。塔外空气从百叶窗9b进入冷却塔后首先进入光管管束段，喷淋水在光管管束表面形成水膜，吸收管内高温热水的热量后直接蒸发再与空气进行热质交换，携带热量的空气继续向上流动依次经过填料5、喷淋设备6、挡水板7，与从百叶窗10进入的空气混合后与翅片管束内的高温热水进行显热交换后被引风机10排至室外。底部水箱2收集与空气换热后的喷淋水，喷淋泵3将喷淋水抽入循环管路4后进入喷淋设备6进行循环。

Claims (4)

1.一种复合式冷却塔，包括箱体(1)，在箱体(1)的底部及顶部分别布置有水箱(2)及引风机(10)，在箱体(1)的顶部设有出风口，在水箱(2)的上方由下往上依次设有填料(5)、喷淋设备(6)及挡水板(7)，水箱(2)经由循环水管(11)与喷淋设备(6)相连通，在循环水管(11)上设有喷淋水循环泵(3)，其特征在于，在填料(5)与水箱(2)之间设有光管管束(4)，在引风机(10)与挡水板(7)之间设有翅片管束(8)，光管管束(4)与翅片管束(8)之间经由位于箱体(1)外的盘管连接段(12)相连通，在盘管连接段(12)外包裹有保温材料(13)，翅片管束(8)及光管管束(4)的高温流体进出方式采用串联方式或采用并联方式，在箱体(1)位于光管管束(4)与水箱(2)之间的部分上及在箱体(1)位于挡水板(7)与翅片管束(8)之间的部分上分别设有进风口。

2.如权利要求1所述的一种复合式冷却塔，其特征在于，所述进风口为百叶窗进风口。

3.如权利要求1所述的一种复合式冷却塔，其特征在于，所述光管管束(4)、所述翅片管束(8)及所述盘管连接段(12)的材质相同。

4.如权利要求1所述的一种复合式冷却塔，其特征在于，所述光管管束(4)采用铜管、或钢管、或铝管。