CN105403067A - 一种利用工业余热制冷凝水除雾冷却塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用工业余热制冷凝水除雾冷却塔。由塔体(120)和布置于塔体内填料(101)、收水器(102)、风机(118)和喷水装置(119)组成，其中在所述塔体的出口处设置有吸收式制冷冷凝器，包括蒸发室(107)、吸收室(106)、发生室(104)、冷凝室(105)、布液器(116)，冷凝器以工业低品质余热为热源制取冷量，并通过蒸发室(107)壁面(123)直接对冷却塔内的湿热空气(125)进行冷凝，同时收集凝结水。本发明解决了工业生产中低品质余热利用和工业冷却蒸发水回收的问题，还可以消除冷却塔出口的“白雾”，实现了节能节水环保的一体化。

Description

一种利用工业余热制冷凝水除雾冷却塔

技术领域

本发明属于节能减排和工业节水领域，涉及利用工业低温热源中的余热进行制冷，制得的冷量用于冷却的冷却塔水循环的水蒸汽，回收冷却塔的蒸发水，同时还可以得到优质的水源。

背景技术

水是人类赖以生存的基本资源，而地球上适合于人类饮用的水量不到地球总量的1％。世界范围内，随着人口的增长和经济的发展，淡水资源的需求量不断增加，同时水质不断恶化，水问题日益已成为社会和经济发展的主要制约因素。因而，节约用水、高效的利用水资源，对经济和社会发展起着极其重要的作用。

冷却塔广泛应用在电力、石油、化工、冶金等行业，是完成循环水冷却的重要装置。逆流湿式冷却塔的运行过程中，始终伴随着蒸发损失、风吹损失和排污损失的产生,传统的湿式冷却塔巨大的耗水量不符合我国经济社会长远发展的要求。随着水资源的日益紧张，水价的不断上涨，在造成巨大经济损失的同时，蒸发损失还会在塔顶形成“白烟”，污染周围环境。因此，开发高效节水冷却塔迫在眉睫。发明专利CN02823434.0用于对冷却塔的流出物进行冷凝的气-气常压热交换器，加装干式换热器，塔壁开设空气引风口，通过空气对循环水进行预降温，这种方法受季节影响较大；发明专利CN200610099573.X冷凝器及其换热方法，采用压缩机对制冷剂压缩后蒸发制冷，此方法虽然制冷效果好，但在制取冷量的同时使用压缩机能量耗费较高，经济性和节能性较差。

目前利用余热制冷的原理是一种吸收式制冷，是靠消耗低品位热能作为补偿，如低温烟气、低温蒸汽或75℃以上的热水作为热源，因此对废气、废热、太阳能和低温热能的利用具有重要的作用。吸收式制冷机与压缩式冷水机相比最大的优点是节省电能，而且在我国目前许多城市都存在电力紧张的情况下，环境问题日益严峻，吸收式制冷技术受到广泛的关注。

与此同时，我国淡水自然形势更为严峻。目前得到饮用水的一个潜在主要途径是对海水或者其他水源进行淡化。已经开发出来的商业方法如CN200910070804.8一种正渗透海水淡化浓盐水处理工艺及处理系统、CN201010525853.9火力发电和蒸馏海水淡化联产的方法和设备、CN200910067793.8低温多效蒸馏海水淡化系统及其工艺流程等，这些方法成本都比较高，而且设备复杂。所以，需要一种既简单又经济环保的冷却塔对其内部水蒸汽进行冷凝，同时可以得到优质的水源。

发明内容

本发明的的目的在于提供一种可以实现的利用工业余热制冷凝水除雾冷却塔，适用于循环冷却水系统，尤其是大型冷却塔群的水蒸汽回收，实现低耗水排放、节能环保和低成本运行。

为达到上述目的，本发明采取下述技术方案。

本发明为一种利用工业余热制冷凝水除雾冷却塔，由塔体和布置于塔体内填料、收水器、风机和喷水装置组成，其中在所述塔体的出口处设置有吸收式制冷冷凝器，冷凝器包括蒸发室、吸收室、发生室、冷凝室、布液器；在蒸发室内产生冷量并通过外壁面对冷却塔内的湿热空气进行冷凝。布液器设置在蒸发室上部，蒸发室底部设有集液槽，连接回流管道。发生室与余热热源管路及冷凝室相连，冷凝室通过装有节流阀的制冷剂主管路与布液器相连。蒸发室和吸收室保持真空状态，中间通过隔液装置相连通，吸收室与发生室相连，在管路上分别设有溶液泵和节流阀。

蒸发室加装有导流通道，导流通道将冷凝出的水送入收水池。蒸发室外壁上设有导流槽。蒸发室的集液槽为漏斗形，通过回流管道与喷淋管道相连，回流管道设有冷剂泵。布液器采用均匀钻孔的钢管或钢板槽制造而成。

余热热源包括工业排放的低温烟气、热水及低压蒸汽等。余热热源为工业排放的烟气时，需要对烟气的进出口管道进行防磨防腐蚀处理，。

蒸发室内可设置若干条湿热空气通道。一个蒸发室和一个吸收室也可为一组，可同时并列排布多组，各组布液器通过管道连接到制冷剂主管路，各蒸发室的集液槽相连接，再由回流管道送至喷淋管道。

根据本发明的一个方面，提供了一种除雾冷却塔，其利用工业余热制冷凝水，包括：

塔体、布置于塔体内的填料、收水器、风机、喷水装置、设置在所述塔体的出口处的吸收式制冷冷凝器，

冷凝器包括：

蒸发室，在蒸发室内产生冷量并通过外壁面对冷却塔内的湿热空气进行冷凝，

吸收室，

发生室，

冷凝室，

布液器，

其中

发生室与余热热源及冷凝室相连，

冷凝室通过装有节流阀的制冷剂主管路与布液器相连，

布液器设置在蒸发室上部，

蒸发室底部设有连接回流管道的集液槽。

本发明可以充分利用工业生产中的余热，驱动冷凝器进行制冷，从而实现对湿式冷却塔内饱和湿空气的冷却，回收循环冷却水系统中水蒸汽。本发明对电力和工业生产中的湿式冷却塔节水有重要的意义，不仅充分利用余热节约能源、降低成本，还能实现降低耗水排放。这与对湿式冷却塔其他塔内空气冷凝的方法不同，利用工业低温余热进行制冷，饱和湿空气在冷凝器表面进行换热，将湿空气中的水分凝结回收；本方案设备安装方便，实现了高效率、低成本的水资源回收。

附图说明

图1是本发明一种利用工业余热制冷凝水除雾冷却塔的结构示意图；

图2是本发明中蒸发室与吸收室之间隔液装置示意图；

图3是本发明中冷凝器一种优选实施方式的结构图；

图4是本发明中冷凝器一种优选实施方式的结构图；

图5是本发明中冷凝器一种优选实施方式的结构图；

图6是本发明一种优选实施方式的冷却塔的区划图；

图7是本发明中另外一种管组实施方式的结构图；

图8是本发明中一种优选管型的结构图；

图9是本发明中另一种优选管型的结构图；

图10是本发明中又一种优选管型的结构图；

图11是本发明另一种优选实施方式的冷却塔的区划图；

图12是本发明又一种优选实施方式的冷却塔的区划图。

具体实施方式

如图1所示，是根据本发明的一个实施例的一种利用工业余热制冷凝水除雾冷却塔，其包括塔体(120)和布置于塔体(120)内的填料(101)、收水器(102)、风机(118)和喷水装置(119)，其中在所述塔体的出口处设置有吸收式制冷冷凝器。如图2所示，冷凝器包括蒸发室(107)、吸收室(106)、发生室(104)、冷凝室(105)、布液器(116)；在蒸发室(107)内产生冷量并通过壁面(123)对冷却塔内的湿热空气(125)进行冷凝。发生室(104)与余热热源(103)及冷凝室(105)相连.冷凝室(105)通过装有节流阀(109的制冷剂主管路与布液器(116)相连。布液器(116)设置在蒸发室(107)上部，蒸发室(107)底部设有集液槽(110)，连接回流管道(114)。蒸发室(107)和吸收室(106)均为压力容器，对真空度要求较高，机组可采用屏蔽泵、真空泵和真空间等附属设备(112)，以保证蒸发室(107)和吸收室(106)的真空度。

该冷却塔的工作过程是：

如图1所示，在冷凝器中，吸收式制冷冷凝器以水为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂。从蒸发室(107)出来的制冷剂蒸汽进入吸收室(106)，被室内的溴化锂溶液所吸收，形成为溴化锂稀溶液。吸收室(106)中的溴化锂稀溶液用溶液泵(108)输送到发生室(104)中，在发生室(104)中利用余热源的热量蒸发溶液中的制冷剂，蒸发出来的制冷剂进入冷凝室(105)，被冷却水冷凝成液体，再经过节流阀(109)膨胀到低压，然后到蒸发室(107)吸收冷却塔内湿热空气的热量，回复到起始状态，完成循环。发生室(104)中的溴化锂浓溶液则通过节流阀(109)回到吸收室(106)，重新用来吸收制冷剂。

蒸发室(107)与吸收室(106)之间的隔液装置(117)上部采用单人字形结构(如图2所示)，当制冷液在蒸发室(107)内蒸发形成制冷剂蒸汽，通过隔液装置(117)上部的人字形通道进入吸收室(106)，可有效阻挡液滴，防止溴化锂溶液被冷剂水污染。根据本发明的一个实施例，布液器(116)采用均匀钻孔的钢管或钢板槽制造而成。制冷剂工质在重力作用下流过蒸发室(107)内空间，通过蒸发室(107)壁面(123)与湿热空气(125)进行换热，部分制冷剂吸收室外湿热空气(125)的热量蒸发，未蒸发的制冷剂流入底部集液槽(110)；通过回流管道(114)返回喷淋管道(115)，回流管道(114)设有冷剂泵(113)。

蒸发室(107)加装有导流通道(113)，导流通道(113)将冷凝出的水送入收水池(111)。收水池(111)设有用于纯化所述收集的凝结水的部件；如，根据本发明的一个实施例，纯化收集水的步骤可采用反渗透法完成。

由于冷却塔内空气流速大，湿热空气(125)具有腐蚀性，蒸发室(107)和吸收室(106)的外表面需进行防磨防腐蚀处理。发生室(104)可利用的余热热源为工业低品质排烟、工业排放的热水及汽轮机低压蒸汽及时均适用。余热热源(103)为工业排放的烟气时，需要对发生室(104)的烟气的进出口管道进行防磨防腐蚀处理，如在外表面采用超音速电弧焊喷涂防磨料。

一个蒸发室(107)和一个吸收室(106)为一组，同时并列排布多组。图3示出了根据本发明的一个优选实施例的蒸发室并列布置，各蒸发室(107)内布液器(116)通过喷淋管道(115)连接到制冷剂主管路，各蒸发室(107)的集液槽(110)相互连接，再由回流管道(114)送至喷淋管道(115)。制冷剂通过布液器(116)喷射到各蒸发室内表面，与流经蒸发室(107)外部的湿热空气(125)换热，这种布置使制冷剂的使用效率提高，同时冷凝效果与质量也提升很多。

图4和图5分别是根据本发明的另外两个实施例的蒸发室强化换热的布置方案，这样的布置方案使湿热空气(125)的流通阻力增加，通过蒸发室(107)之间通道的速度减小，较大限度的提高换热能力，但是还应考虑整个冷却塔系统的压降，避免湿热空气(125)流速过低，影响冷却塔的冷却效果。

图6为冷凝器在冷却塔内的布置图，在该结构布置中，冷凝器(121)布置在冷却塔出口处，由喷水装置(119)喷出的热循环冷却水在填料(101)中经冷却塔下部进风口进入的冷空气(124)冷却，循环冷却水温度降低；在填料(101)中的冷空气温度升高，含湿量增加，形成基本处于饱和状态的湿热空气(125)。湿热空气(125)在冷却塔出口处经冷凝器(121)冷凝后，由风机(118)排入大气。

图7示出了根据本发明的蒸发室的另一实施方式，其中采用管式蒸发室的布置方式，蒸发室由第一集箱(131)、第二集箱(132)和管组(134)组成，湿热空气(125)横掠管组(134)，制冷剂先进入第一集箱(131)，然后流过管组(134)与管外湿热空气(125)换热，蒸发后的制冷剂蒸汽进入第二集箱(132)通过隔液装置(117)被吸收室(106)吸收，未蒸发的制冷剂流入集液槽(110)，通过回路管道(114)回到第一集箱(131)，继续循环。管组布置方式可选顺排或叉排。

图8，9，10分别为本发明的三个实施例中分别采用的3种冷凝器管的管型；该冷凝器管自带导流槽，可将在管壁上冷凝的凝结水收集并导出。

图11为管式冷凝器(128)在冷却塔内的布置，在冷却塔出口处冷却湿热空气(125)。

图12示出了根据本发明的另一实施例的管式冷凝器(128)在冷却塔内的布置，其中将管式冷凝器(128)的上坡部分朝风机(118)倾斜，这种结构使冷凝器的换热流动面积增加，增强对湿热空气(125)的冷凝，同时换热器倾斜布置，有利于凝结水的输送、回收，提高了冷凝和收水的效率。

湿式冷却塔的耗水量大，蒸发是主要的水损失，在冷却塔出口处的空气水分含量很大，因此对冷却塔出口处的饱和湿空气进行水分的回收有着重要的意义；利用工业余热制取冷量对冷却塔塔内湿热空气进行冷凝回收，不仅耗费少，整个系统的运行也十分可靠且效率高，在节省了成本的同时还可以消除冷却塔“白雾”，具有很好的节能节水、保护环境的意义。

虽然已参考优选实施方案对本设计进行了描述，本领域技术人员可以理解，在不超出本发明的范围的前提下，可以对本发明的元件改变和等同替换。另外，在不脱离本设计的基本构思的前提下，根据本发明的教导可作出很多变换以适合特殊的情况或材料。因此，本设计不限于作为实施本设计的最佳方式而被公开的具体实施方式，相反，本设计应包括落入所负权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (7)

1.一种除雾冷却塔，其利用工业余热制冷凝水，包括：

塔体(120)、布置于塔体(120)内的填料(101、收水器(102)、风机(118)、喷水装置(119)、设置在所述塔体的出口处的吸收式制冷冷凝器，

冷凝器包括：

蒸发室(107)，在蒸发室(107)内产生冷量并通过外壁面(123)对冷却塔内的湿热空气(125)进行冷凝，

吸收室(106)，

发生室(104)，

冷凝室(105)，

布液器(116)；

其中

发生室(104)与余热热源(103)及冷凝室(105)相连，

冷凝室(105)通过装有节流阀(109)的制冷剂主管路与布液器(116)相连，

布液器(116)设置在蒸发室(107)上部，

蒸发室(107)底部设有连接回流管道(114)的集液槽(110)。

2.根据权利要求1的除雾冷却塔，其特征在于：

在冷凝器中以水为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂

从蒸发室(107)出来的制冷剂蒸汽进入吸收室(106)，被吸收室(106)内的溴化锂溶液所吸收，形成为溴化锂稀溶液，

吸收室(106)中的溴化锂稀溶液用溶液泵(108)输送到发生室(104)中，在发生室(104)中利用余热源的热量蒸发溶液中的制冷剂，蒸发出来的制冷剂进入冷凝室(105)，被冷却水冷凝成液体，再经过节流阀(109)膨胀到低压，然后到蒸发室(107)吸收冷却塔内湿热空气的热量，回复到起始状态，完成循环，

发生室(104)中的溴化锂浓溶液通过节流阀(109)回到吸收室(106)，重新用来吸收制冷剂，

蒸发室(107)设有导流通道(113)，导流通道(113)将冷凝出的水送入收水池(111)。

3.根据权利要求1的除雾冷却塔，其特征在于：

蒸发室(107)和吸收室(106)均为压力容器，

蒸发室(107)和吸收室(106)的真空度通过屏蔽泵、真空泵和真空间予以保证。

4.根据权利要求3的除雾冷却塔，其特征在于：

蒸发室(107)与吸收室(106)之间设置有隔液装置(117)，其上部采用单人字形结构，从而当制冷液在蒸发室(107)内蒸发形成的制冷剂蒸汽通过隔液装置(117)上部的人字形通道进入吸收室(106)时，有效阻挡了液滴，防止溴化锂溶液被冷剂水污染，

制冷剂工质在重力作用下流过蒸发室(107)内空间，通过蒸发室(107)壁面(123)与湿热空气(125)进行换热，部分制冷剂吸收室外湿热空气(125)的热量蒸发，未蒸发的制冷剂流入集液槽(110)并通过回流管道(114)返回布液器(116)的喷淋管道(115)，

回流管道(114)上设有冷剂泵(113)。

5.根据权利要求4的除雾冷却塔，其特征在于：

一个蒸发室(107)和一个吸收室(106)为一组，并列排布多组，

各蒸发室(107)内的布液器(116)通过喷淋管道(115)连接到制冷剂主管路，各蒸发室(107)的集液槽(110)相互连接，再由回流管道(114)送至喷淋管道(115)，

制冷剂通过布液器(116)喷射到各蒸发室内表面，与流经蒸发室(107)外部的湿热空气(125)换热，从而提升制冷剂的使用效率和冷凝效果。

6.根据权利要求4的除雾冷却塔，其特征在于：

由喷水装置(119)喷出的热循环冷却水在填料(101)中受到经冷却塔下部进风口进入的冷空气(124)的冷却，在填料(101)中的冷空气温度升高且含湿量增加，形成基本处于饱和状态的湿热空气(125)，

湿热空气(125)在冷却塔出口处经冷凝器(121)冷凝后，由风机(118)排入大气。

7.根据权利要求4的除雾冷却塔，其特征在于：

蒸发室包括第一集箱(131)、第二集箱(132)和管组(134)，湿热空气(125)横掠管组(134)，制冷剂先进入第一集箱(131)，然后流过管组(134)与管外湿热空气(125)换热，

蒸发后的制冷剂蒸汽进入第二集箱(132)，通过隔液装置(117)被吸收室(106)吸收，

未蒸发的制冷剂流入集液槽(110)，通过回流管道(114)回到第一集箱(131)，继续循环，

管组(134)的布置方式是顺排和/或叉排。