CN106152825A - 一种高纵深空气冷却方法及立筒空冷器 - Google Patents

Abstract

一种高纵深空气冷却方法，属于过程装备、节水、环保设备技术领域。用于解决现有工艺冷却设备冷却效果不佳、水量消耗大、导致生态环境恶化问题。包括工艺介质进入与排出、鼓风机或引风机、空气进入与排出，其特征是：设计高纵深换热环境使工艺介质与空气逆流换热，最大限度提高换热深度、降低工艺介质温度，代替循环水冷却，实现节水、改善生态环境。还提供了实现本发明方法的换热单元设备。该方法及空冷器结构紧凑高效、可代替循环水冷却将工艺介质冷却至40℃，实现节水、改善生态环境。

Description

一种高纵深空气冷却方法及立筒空冷器

技术领域

本发明属于过程装备、节水、环保技术领域，特别涉及一种高纵深空气冷却方法及立筒空冷器。

背景技术

很多工艺过程涉及工艺介质冷却，其中工艺介质从80～120℃冷却到40℃过程较多，通常用循环水或空冷器冷却，根据综合测算采用空冷器比循环水冷却节能、节水、环保。

空冷器有干式空冷器、湿式空冷器及蒸发式空冷器，通常干式空冷器只能将工艺介质冷却到60～70℃，蒸发空冷器将工艺介质冷却到40～50℃，湿式空冷器可将工艺介质冷却到～40℃。若要求将工艺介质冷却到40℃只能选择循环水冷却器、湿式空冷器或蒸发式空冷器。目前使用的湿式空冷器是两片6×3或9×3m翅片管束垂直布置在两侧，中间是体积很大的空腔，顶部设置引风机、下部是集水槽，翅片管束外侧设有喷水雾化装置。常规湿空冷器不足是：1、水平管排与空气错流换热(非逆流换热)冷却效果不佳；2、设备体积庞大、设备效率低、喷水雾化装置经常堵塞失效；3、工艺介质高于80℃时入口处容易结水垢、冬季有结冻问题。蒸发式空冷器是在6×3或9×3m箱式壳体内水平排列若干层换热管(光管)，排管的两端与长槽形管箱或集合管连接，管排上方设有喷淋装置及引风机，下方设有集水槽。蒸发式空冷器是箱式结构、设备体积大利用率不高，水平管排与空气错流换热、冷却效果不佳，除盐水消耗量较大。目前很多工业装置仍大量采用循环水冷却器，导致工厂设有规模很大的循环水场，其凉水塔大量水份蒸发使工厂消耗大量水，是导致区域水位大幅度下降、地区性自然环境变差的原因之一。节水、改善生态环境迫切需要一种结构紧凑、冷却效果好、水量消耗低甚至不消耗水的高效空气冷却设备。

发明内容

本发明目的提供一种高纵深空气冷却方法及立筒空冷器，最大限度提高换热深度、降低工艺介质温度，代替循环水冷却大幅度降低水量消耗，节水、改善生态环境。

本发明解决其技术问题所采用的方法是：包括工艺介质进入与排出、鼓风机或引风机、空气进入与排出，其特征是：设计高纵深换热环境使工艺介质与空气逆流换热，最大限度提高换热深度、降低工艺介质温度，代替循环水冷却，实现节水、改善生态环境。

进一步，还可以在中部或下部设置辅助喷水设施。

一种高纵深立筒空冷器，包括设备壳体、鼓风机或引风机、介质进口、介质出口、若干换热单元，设备壳体采用圆形或矩形截面高纵深立筒结构，设备壳体下端或侧壁与鼓风机连接，或上端与引风机连接；在设备壳体内部垂直排列若干组管板翅型或蛇形管型或笼式纵向翅片管束型换热单元；换热单元进口与介质进口连接，出口与介质出口连接。

进一步，高纵深立筒壳体高度是1～10m，截面迎风速3～15m/s，还可以在上端设置百叶窗。

进一步，管板翅型换热单元由主换热板、1组或多组蛇形管、若干纵向翅片组成，若干纵向翅片设置在主换热板两侧，蛇形管顺气体流向设置在主换热板内部。

进一步，蛇形管型换热单元是1组或多组蛇形管或带翅片蛇形管或组合型蛇形管，蛇形管截面是圆形或椭圆形或长圆形或矩形。

进一步，笼式纵向换热管束换热单元由上集合管、下集合管、纵向翅片管及中心管组成。

进一步，还可以在管内设置翅片；管内外翅片材质是铝或铜或铁，厚度是0.2～5mm，高度是5～80mm。

进一步，还可以在空冷器下部设置降温室、喷水雾化装置、格栅板或填料、气窗及水箱，还可以在上部或中部设置喷淋水装置。

进一步，还可以设置独立的降温室、水箱，降温室上端设置风筒及鼓风机，内部设置喷水雾化装置，下端与水箱连接，侧面设置格栅板或填料或丝网或组合型除雾器并与1台或多台立筒空冷器下部连接并连通。

本发明创新点和积极效果：

本发明创新点是：设计高纵深换热环境使工艺介质与空气逆流换热，最大限度提高换热深度、降低工艺介质温度，代替循环水冷却，实现节水、改善生态环境。

本发明积极效果是：1、实现空气与工艺介质逆流换热，冷却效果好、可将工艺介质冷却至40℃。2、水量消耗低甚至不消耗，节水、改善生态环境。3、不结水垢、冬季不冻。4、结构紧凑、占地面积小、设备效率高。

附图说明

图1是一种高纵深空气冷却方法及立筒空冷器示意图。

1-介质进口，2A-纵向翅片管，4-壳体，5A-中心管，6-鼓风机，7-风筒，13-上集合管，14-上导向架，15-下集合管，16-下导向架。

图2是另一种高纵深空气冷却方法及立筒空冷器示意图。

1-介质进口，3-蛇形管，4-壳体，5-介质出口，6A-引风机，7-风筒，9-喷水雾化装置，10-气窗，11-水箱，12-出水口，17-主换热板，18-纵向翅片，19-格栅板或填料，20-降温室。

图3是另一种高纵深空气冷却方法及立筒空冷器示意图。

1-介质进口，2-翅片蛇形管，3-蛇形管，4-壳体，5-介质出口，6A-引风机，7-风筒，8-喷淋水装置，10-气窗，11-水箱，12-出水口。

图4是另一种高纵深立筒空冷器示意图。

1-介质进口，2-翅片蛇形管，4-壳体，5-介质出口，6-鼓风机，7-风筒，9-喷水雾化装置，11-水箱，12-出水口，19-格栅板或填料，20-降温室。

图5是另一种高纵深立筒空冷器示意图。

1-介质进口，2-翅片蛇形管，3-蛇形管，4-壳体，5-介质出口，6-鼓风机，7-风筒，9-喷水雾化装置，11-水箱，12-出水口，17-主换热板，18-纵向翅片，19-格栅板或填料，20-降温室。

具体实施方式

见图1，是笼式纵向换热管束单元方案，壳体4采用圆形立筒结构，下端连接风筒7、鼓风机6，上端敞口。内部垂直排列4组笼式纵向换热管束单元，上集合管13由上导向架14导向、下集合管15由下导向架16导向，中间由若干纵向翅片管2A连接，中心管5A自上向下穿过上集合管13、中心位置一根纵向翅片管2A伸入到下集合管15内部。

见图2，是管板翅型换热单元方案，壳体4采用方形立筒结构，上部连接风筒7及引风机6A，下部连接降温室20及水箱11，降温室20内部设有喷水雾化装置9、格栅板或填料19，水箱11上部设有气窗10、下部设有出水口12。壳体4内部垂直排列若干组主换热板17，主换热板17两侧连接若干纵向翅片18，主换热板17内部顺气体流向设置蛇形管3，蛇形管3进口与介质进口1连接，出口与介质出口5连接。

见图3，是蛇形管型换热单元方案。壳体4采用方形立筒结构，上部连接风筒7及引风机6A，下部连接水箱11，水箱11上部设置气窗10、下部有出水口12。壳体4上部垂直排列若干组翅片蛇形管2，下部垂直排列若干组蛇形管3，上下两组蛇形管首尾相连，并在上下两组蛇形管之间设置喷淋水装置8。翅片蛇形管2进口与介质进口1连接，蛇形管3出口与介质出口5连接。

见图4，是翅片蛇形管换热单元、独立降温室方案。降温室20上端与风筒7及鼓风机6连接，内部设有喷水雾化装置9，下端与水箱11连接，侧面设有格栅板或填料19并与立筒空冷器壳体4下部连接并连通。壳体4采用方形立筒结构，上端敞口，内部垂直排列若干组翅片蛇形管2，翅片蛇形管2进口与介质进口1连接，出口与介质出口5连接。

见图5，是组合型换热单元、独立降温室、多台立筒空冷器方案。降温室20上端与风筒7及鼓风机6连接，内部设有喷水雾化装置9，下端与水箱11连接，侧面设有格栅板或填料19并分别与2台立筒空冷器壳体4下部连接并连通。壳体4采用方形立筒结构，上端敞口，其中一台内部垂直排列若干组翅片蛇形管2，翅片蛇形管2进口与介质进口1连接，出口与介质出口5连接；另一台内部垂直排列若干组主换热板17，主换热板17两侧连接若干纵向翅片18，主换热板17内部顺气体流向设置蛇形管3，蛇形管3进口与介质进口1连接，出口与介质出口5连接。

参见图1，100～350℃工艺介质从介质进口1进入上集合管13，经纵向翅片管2A向下流动，工艺介质通过纵向翅片向壳程空气传递热量，使工艺介质降至希望温度进入下集合管15中，然后经中心管5A自下向上排出。开动鼓风机6使空气从风筒7下端进入，从壳程的纵向翅片间隙自下向上流过，空气通过对流传热从纵向翅片吸收热量温度升高后，从壳体4上端排入大气。

参见图2，100～120℃工艺介质从介质进口1进入主换热板17内部的蛇形管3，随后沿蛇形管3向下流动，工艺介质通过蛇形管3、主换热板17及纵向翅片18向壳程空气传递热量，使工艺介质降至40℃从下部的介质出口5排出。开动引风机6A使空气从气窗10吸入随即进入降温室20，经喷水雾化装置9喷入除盐水并雾化，除盐水汽化吸收热量使空气降到接近湿球温度(通常为15～25℃)，经格栅板或填料19脱水除雾后空气从壳程纵向翅片18间隙自下向上流过，空气通过对流传热从纵向翅片18吸收热量温度升高后经引风机6A从风筒7上端排入大气。大气温度低于20℃时采用干空冷器方式操作(不喷水)，在北方地区可达8～10个月占全年的70％～80％，故可大幅度降低水消耗；大气温度高于20℃时采用湿空冷器方式操作，启用喷水将空气温度降到接近湿球温度(通常为15～25℃)，故可将工艺介质降到40℃，空冷器整个过程是显热传递故不会结水垢，冬季通过停止喷水、调节风机转速也不会冻。

参见图3，100～120℃工艺介质从介质进口1进入翅片蛇形管2，沿翅片蛇形管2内向下流动，工艺介质通过翅片向壳程湿空气传递热量，使工艺介质降到70～90℃，然后进入下部的蛇形管3中，工艺介质通过蛇形管向其表面水膜传递热量，使工艺介质降到40℃，然后从介质出口5排出。经喷淋水装置8喷入除盐水，除盐水润湿蛇形管3表面并以淋雨形式向下流动，经过下部的蛇形管3表面落入下方的水箱11中。开动引风机6A从气窗10吸入空气，在壳程蛇形管3间隙自下向上流动，蛇形管3表面水从工艺介质吸收热量蒸发，蒸发的水汽被向上流动的空气带走，使水继续蒸发吸收热量。在蛇形管3未段(工艺介质出口处)表面蒸发吸收热量可降至接近湿球温度(通常为15～25℃，可将工艺介质降到40℃)。湿空气继续向流动进入上部通过翅片蛇形管2与工艺介质换热，使湿空气过热避免水雾，最后过热状态的湿空气经引风机6A从风筒7上端排入大气。未蒸发水流至下部的水箱11经出水口12排出。

参见图4、图5，100～120℃工艺介质从介质进口1进入翅片蛇形管2，随后沿蛇形管3向下流动，工艺介质通过蛇形管及翅片向壳程空气传递热量，或通过主换热板17及纵向翅片18向壳程空气传递热量，使工艺介质降至40℃从下部的介质出口5排出。开动鼓风机6从风筒7上口吸入使空气排入降温室20，经喷水雾化装置9喷入除盐水并雾化，除盐水汽化吸收热量使空气降到接近湿球温度(通常为15～25℃)，经格栅板或填料19脱水除雾后低温湿空气从壳体4内翅片间隙自下向上流过，空气通过对流传热从翅片吸收热量温度升高后从壳体4上端排入大气。大气温度低于20℃时采用干空冷器方式操作(不喷水)，在北方地区可达8～10个月占全年的70％～80％，故可大幅度降低水消耗；大气温度高于20℃时采用湿空冷器方式操作，启用喷水将空气温度降到接近湿球温度(通常为15～25℃)，故可将工艺介质降到40℃，空冷器整个过程是显热传递故不会结水垢，冬季通过停止喷水、调节风机转速也不会冻。

Claims (10)

1.一种高纵深空气冷却方法，包括工艺介质进入与排出、鼓风机或引风机、空气进入与排出，其特征是：设计高纵深换热环境使工艺介质与空气逆流换热，最大限度提高换热深度、降低工艺介质温度，代替循环水冷却，实现节水、改善生态环境。

2.根据权利要求1所述的高纵深空气冷却方法，其特征是：还可以在中部或下部设置辅助喷水设施。

3.一种高纵深立筒空冷器，包括设备壳体、鼓风机或引风机、介质进口、介质出口、若干换热单元，设备壳体采用圆形或矩形截面高纵深立筒结构，设备壳体下端或侧壁与鼓风机连接，或上端与引风机连接；在设备壳体内部垂直排列若干组管板翅型或蛇形管型或笼式纵向翅片管束型换热单元；换热单元进口与介质进口连接，出口与介质出口连接。

4.根据权利要求3所述的高纵深立筒空冷器，其特征是：高纵深立筒壳体高度是1～10m，截面迎风速3～15m/s，还可以在上端设置百叶窗。

5.根据权利要求3所述的高纵深立筒空冷器，其特征是：管板翅型换热单元由主换热板、1组或多组蛇形管、若干纵向翅片组成，若干纵向翅片设置在主换热板两侧，蛇形管顺气体流向设置在主换热板内部。

6.根据权利要求3所述的高纵深立筒空冷器，其特征是：蛇形管型换热单元是1组或多组蛇形管或带翅片蛇形管或组合型蛇形管，蛇形管截面是圆形或椭圆形或长圆形或矩形。

7.根据权利要求3所述的高纵深立筒空冷器，其特征是：笼式纵向换热管束换热单元由上集合管、下集合管、纵向翅片管及中心管组成。

8.根据权利要求3或5或6或7所述的高纵深立筒空冷器，其特征是：还可以在管内设置翅片；管内外翅片材质是铝或铜或铁，厚度是0.2～5mm，高度是5～80mm。

9.根据权利要求3所述的高纵深立筒空冷器，其特征是：还可以在空冷器下部设置降温室、喷水雾化装置、格栅板或填料、气窗及水箱，还可以在上部或中部设置喷淋水装置。

10.根据权利要求3或9所述的高纵深立筒空冷器，其特征是：还可以设置独立的降温室、水箱，降温室上端设置风筒及鼓风机，内部设置喷水雾化装置，下端与水箱连接，侧面设置格栅板或填料或丝网或组合型除雾器并与1台或多台立筒空冷器下部连接并连通。