CN106839811B - 一种高效换热节水除雾湿式冷却塔 - Google Patents
一种高效换热节水除雾湿式冷却塔 Download PDFInfo
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Abstract
一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，涉及一种带扇叶的自动高速旋转的喷雾装置和将冷却塔的出口水雾还原为冷却水进而循环使用的装置。本发明由四个主要部分组成：带扇叶的自动高速旋转的雾化喷头、瀑布式集水器、带钩折流板除雾器、加压泵及相关管道。自动高速旋转的雾化喷头将流体的动能有效转换为促进水流雾化的表面能，强化了喷头喷水的雾化性能，提高了水滴与空气间的换热效率，中心喷嘴上加装扇叶，使得效率进一步提高。节水除雾分两个阶段：第一阶段，湿空气通过瀑布式集水器时，一部分水蒸气液化并随瀑布降落，一部分水蒸气直径增大并随空气一同进入带钩折流板除雾器，湿空气中的水汽被粘附在叶片上，脱离空气，并最终以液态形式收集到冷却塔底部贮水池。因此，冷却塔换热效率有效提高，冷却塔出口排出空气中水雾有效降低，有利于节水环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，用于降低出口空气含湿量以及增强塔内冷却水与空气的热质交换效率，属于工业循环用水冷却技术领域。
背景技术
冷却塔的作用是将携带余热的循环水在塔内与空气进行热或热质交换，把水的热量传输给空气并散入大气，对循环水进行降温。冷却塔按照循环水与空气接触方式的不同，分为湿式冷却塔(热质交换)和干式冷却塔(热交换)两种形式。
在湿式冷却塔中，被喷洒在填料表面的循环水与空气直接接触，通过接触传热和蒸发散热，把水的热量和一部分质量传输给空气，降低了水温。湿式冷却塔的热交换效率较高，水被冷却的极限温度为空气的湿球温度。但是，冷却水因冷却过程中的水分蒸发而造成了水量耗损，并且，水分蒸发又使循环的冷却水含盐度增加。为了稳定水质，常采用加药旁滤法及排污法，其中排污法因为投资及运行费用低而得到广泛应用，其处理方法是排掉一部分含盐度较高的水，同时，采用补充水来降低含盐度，这意味着水量进一步损失。此外，湿式冷却塔顶部的飘水现象亦造成了水量损失。
同时，在冷却塔出口处湿热会凝结成水雾，造成环境光污染及影响当地气候环境。在中国北方地区，冬季进风口的上方还会出现结冰现象。
此外，在实际工业生产中，为了提高冷却塔的工作效率，通常将循环水以喷雾方式喷淋到填料上，用于增加循环水的换热效率。但是，现有喷雾装置所使用的喷头虽然在一定程度上增加了换热效率，但是在大型工业生产中，冷却塔的体积通常比较庞大，为了确保水滴与空气充分接触，需要增加喷头数量来增大喷淋面积，导致相应的布水管线复杂，细小液滴在下落时遇到管线会在其外表面凝聚，形成小的水流向下淌，然后降落，这样会减少水与空气的接触面积，降低了冷却效果。
发明内容
本发明的目的是克服上述问题而提供一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，旨在解决湿式冷却塔水损失大、出塔口水雾严重的现象，以及提高冷却塔的换热效率。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，其特征在于：该冷却塔包括常规冷却塔结构部分、雾化喷头(2)、瀑布式集水器(13)、带钩折流板除雾器(14)、密封壁(15)、集水槽(16)、输水管(18)、加压泵(12)及相关管道；
所述常规冷却塔结构部分主要由塔体(17)、填料层(4)、进风口(5)、贮水池(7)、配水管(1)、冷却水出口(8)、风机(24)组成；
所述塔体(17)为筒体结构，塔体(17)俯视投影为圆形；
所述瀑布式集水器(13)布置于集水槽(16)上方，瀑布式集水器(13)通过水管路与加压水出口(19)、加压泵(12)和贮水池(7)依次相连；
所述密封壁(15)倾斜布置，顶部连接冷却塔塔顶，底部连接带钩折流板除雾器(14)的顶部，两侧与冷却塔塔体内部紧密接触；
所述带钩折流板除雾器(14)底部连接集水槽(16)，带钩折流板除雾器(14)俯视投影外边缘与冷却塔塔体内部内切；
所述集水槽(16)底部连接输水管(18)，集水槽(16)底部坡向输水管(18)，集水槽(16)俯视投影为优弧弓形，弧边缘与冷却塔塔体内部紧密接触；
所述输水管(18)底部穿过填料层(4)，输水管(18)出水口与填料层(4)底层平齐；
所述配水管(1)设置雾化喷头(2)；
所述进风口(5)为环形带滤网风口；
所述冷却水出口(8)设置在贮水池(7)底部；
空气由进风口(5)进入冷却塔，沿流动方向，依次为第一湿空气(10)、第二湿空气(11)、第三湿空气(21)和干燥后空气(23)；
所述带钩折流板除雾器(14)由一系列叶片(22)组成，顶部设有盖板密封，带钩折流板除雾器(14)设置在第三湿空气(21)和干燥后空气(23)之间；
所述叶片(22)为带钩折流板，包含短钩(22-A)、中钩(22-B)和长钩(22-C)，材料为聚乙烯或聚氯乙烯，板厚2～3mm，各叶片平行布置，各叶片间隔为21～25mm；
所述短钩(22-A)、中钩(22-B)和长钩(22-C)长度依次增大；
所述瀑布集水器(13)由分水联管(34)、集水管(35)和封头(36)组成；
所述瀑布集水器(13)设有加压水进口(33)，通过管道与加压泵(12)连接；
所述瀑布集水器(13)通过吊架(37)固定；
所述雾化喷头(2)为自动高速旋转喷头；
所述雾化喷头(2)由上、下两部分组成，上部为管接头(32)，下部包括三孔射流45°喷嘴(26)和旋转头(27)，上部和下部通过轴承(29)连接，上部为固定端，固定于配水管(1)，下部为活动端；
所述三孔射流45°喷嘴(26)设置在旋转头中心和旋转头两侧，设置在旋转头两侧的三孔射流45°喷嘴(26)对称布置且轴线与旋转头轴线为45°夹角，设置在旋转头中心的三孔射流45°喷嘴(26)上设置可自由旋转的扇叶(28)；
所述带钩折流板除雾器(14)、密封壁(15)、集水槽(16)和塔体(17)限制空气流动通道，空气依次流经第二湿空气(11)区域、第三湿空气(21)区域和干燥后空气(23)区域；
所述风机(24)设置于冷却塔顶部，为变频轴流风机；
所有部件与冷却塔塔体内壁紧密接触的部位设置橡胶密封垫，柔性密封；
瀑布式集水器(13)和带钩折流板除雾器(14)收集的第二湿空气(11)和第三湿空气(21)中的水汽恢复为冷却水；
上述湿式冷却塔高效换热节水除雾的方法：风机(24)运行，室外空气在静压差作用下通过进风口(5)进入冷却塔内部，冷却水经配水管(1)通过雾化喷头(2)，冷却水部分动能在从三孔射流45°喷嘴(26)喷出时形成的反作用力推动喷头(2)下部高速旋转，大部分动能在撞击喷嘴斜面或通过空隙时转换为促进水流雾化的表面能，形成大范围的雾化和分散的喷水(3)，旋转头中心的三孔射流45°喷嘴(26)喷水带动扇叶(28)高速旋转，进一步强化喷水(3)的旋流效果。
进入冷却塔内部的室外空气与落于填料层表面的冷却水水膜和水滴进行热质交换，部分冷却水蒸发进入空气后成为第一湿空气(10)，并进一步与喷水(3)热质交换成为第二湿空气(11)。贮水池(7)中的一部分冷却水(6)经加压泵(12)加压，由水管路送入瀑布式集水器(13)后形成瀑布(20)。第二湿空气(11)流经瀑布(20)时，第二湿空气(11)中直径约10微米的部分水蒸汽颗粒被冷凝液化并随瀑布(20)一起降落至集水槽(16)，第二湿空气(11)中剩余水蒸汽在通过瀑布(20)时直径增大，第二湿空气(11)成为第三湿空气(21)。第三湿空气(21)流经带钩折流板除雾器(14)，第三湿空气(21)中直径较大的水蒸汽颗粒脱离空气，粘附在叶片(22)表面上，并依靠重力落至集水槽(16)。第三湿空气(21)经带钩折流板除雾器(14)后成为干燥后空气(23)，由风机(24)通过塔顶开口(25)排至室外。集水槽(16)回收的湿空气中的水分通过输水管(18)流至贮水池(7)。贮水池(7)中的冷却水(6)通过冷却水出口(8)供至冷却设备。
本发明具有以下积极效果和技术特征：
1.设置自动旋转喷头，将流体的动能有效转换为促进水流雾化的表面能，强化了喷头喷水的雾化性能，提高了水滴与空气间的热质交换效率；
2.在旋转喷头的中心喷嘴上加装了扇叶，更有效地提高空气的流动速率，进一步增强换热效率；
3.设置瀑布式集水器与带钩折流板除雾器，将湿空气中所含水汽冷凝为冷却水，消除或降低塔口处的水雾，降低补充水的水量，有利于节水环保；
4.从湿空气流动线路来看，在密封壁的作用下其必须通过瀑布式集水器与带钩折流板除雾器，干燥排出后年平均大约可以恢复75％的出口水雾为塔内冷却水进行循环(夏季超过55％，冬季超过95％)，这部分水是纯净水，用它来替代补充水，解决了在循环中使用非纯水带来的问题，如产生沉积物、水硬度高和溶解性气体等，减少了补充水水量、水处理和维修填料的开支，具有良好的经济和社会效益。
附图说明
图1是一种高效换热节水除雾湿式冷却塔的结构示意图；
图2是一种高效换热节水除雾湿式冷却塔的局部俯视图；
图3是带钩折流板除雾器三维结构图；
图4是带钩折流板除雾器俯视图；
图5是雾化喷头的结构示意图；
图6是瀑布式集水器的结构示意图：
图中标号：1-配水管；2-雾化喷头；3-喷水；4-填料层；5-进风口；6-冷却水；7-贮水池；8-冷却水出口；9-部分冷却水；10-第一湿空气；11-第二湿空气；13-瀑布式集水器；14-带钩折流板除雾器；15-密封壁；16-集水槽；17-塔体；18-输水管；19-加压水出口；20-瀑布；21-第三湿空气；22-叶片；23-干燥后空气；24-风机；25-塔顶开口；26-三孔射流45°喷嘴；27-旋转头；28-扇叶；29-轴承；30-轴承隔套；31-紧锁螺母；32-管接头；33-加压水进口；34-分水联管；35-集水管；36-封头；37-吊架。
具体实施方式
下面结合实施例和附图进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例1
如图1所示，本发明一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，包括常规冷却塔结构部分、雾化喷头(2)、瀑布式集水器(13)、带钩折流板除雾器(14)、密封壁(15)、集水槽(16)、输水管(18)、加压泵(12)及相关管道；
所述常规冷却塔结构部分主要由塔体(17)、填料层(4)、进风口(5)、贮水池(7)、配水管(1)、冷却水出口(8)、风机(24)组成；
所述塔体(17)为筒体结构，塔体(17)俯视投影为圆形；
所述瀑布式集水器(13)布置于集水槽(16)上方，瀑布式集水器(13)通过水管路与加压水出口(19)、加压泵(12)和贮水池(7)依次相连；
所述密封壁(15)倾斜布置，顶部连接冷却塔塔顶，底部连接带钩折流板除雾器(14)的顶部，两侧与冷却塔塔体内部紧密接触；
所述带钩折流板除雾器(14)底部连接集水槽(16)，带钩折流板除雾器(14)俯视投影外边缘与冷却塔塔体内部内切；
所述集水槽(16)底部连接输水管(18)，集水槽(16)底部坡向输水管(18)，集水槽(16)俯视投影为优弧弓形，弧边缘与冷却塔塔体内部紧密接触；
所述输水管(18)底部穿过填料层(4)，输水管(18)出水口与填料层(4)底层平齐；
所述配水管(1)设置雾化喷头(2)；
所述进风口(5)为环形带滤网风口；
所述冷却水出口(8)设置在贮水池(7)底部；
空气由进风口(5)进入冷却塔，沿流动方向，依次为第一湿空气(10)、第二湿空气(11)、第三湿空气(21)和干燥后空气(23)；
所述带钩折流板除雾器(14)由一系列叶片(22)组成，顶部设有盖板密封，带钩折流板除雾器(14)设置在第三湿空气(21)和干燥后空气(23)之间；
所述叶片(22)为带钩折流板，包含短钩(22-A)、中钩(22-B)和长钩(22-C)，材料为聚乙烯或聚氯乙烯，板厚2～3mm，各叶片平行布置，各叶片间隔为21～25mm；
所述短钩(22-A)、中钩(22-B)和长钩(22-C)长度依次增大；
所述瀑布集水器(13)由分水联管(34)、集水管(35)和封头(36)组成；
所述瀑布集水器(13)设有加压水进口(33)，通过管道与加压泵(12)连接；
所述瀑布集水器(13)通过吊架(37)固定；
所述雾化喷头(2)为自动高速旋转喷头；
所述雾化喷头(2)由上、下两部分组成，上部为管接头(32)，下部包括三孔射流45°喷嘴(26)和旋转头(27)，上部和下部通过轴承(29)连接，上部为固定端，固定于配水管(1)，下部为活动端；
所述三孔射流45°喷嘴(26)设置在旋转头中心和旋转头两侧，设置在旋转头两侧的三孔射流45°喷嘴(26)对称布置且轴线与旋转头轴线为45°夹角，设置在旋转头中心的三孔射流45°喷嘴(26)上设置可自由旋转的扇叶(28)；
带钩折流板除雾器(14)、密封壁(15)、集水槽(16)和塔体(17)限制空气流动通道，空气依次流经第二湿空气(11)区域、第三湿空气(21)区域和干燥后空气(23)区域；
所述风机(24)设置于冷却塔顶部，为变频轴流风机；
所有部件与冷却塔塔体内壁紧密接触的部位设置橡胶密封垫，柔性密封；
瀑布式集水器(13)和带钩折流板除雾器(14)收集的第二湿空气(11)和第三湿空气(21)中的水汽恢复为冷却水；
实施例2
以下结合附图1，说明一种高效换热节水除雾湿式冷却塔的高效换热及节水除雾的方法：
风机(24)运行，室外空气在静压差作用下通过进风口(5)进入冷却塔内部，冷却水经配水管(1)通过雾化喷头(2)，冷却水部分动能在从三孔射流45°喷嘴(26)喷出时形成的反作用力推动喷头(2)下部高速旋转，大部分动能在撞击喷嘴斜面或通过空隙时转换为促进水流雾化的表面能，形成大范围的雾化和分散的喷水(3)，旋转头中心的三孔射流45°喷嘴(26)喷水带动扇叶(28)高速旋转，进一步强化喷水(3)的旋流效果。
进入冷却塔内部的室外空气与落于填料层表面的冷却水水膜和水滴进行热质交换，部分冷却水蒸发进入空气后成为第一湿空气(10)，并进一步与喷水(3)热质交换成为第二湿空气(11)。贮水池(7)中的一部分冷却水(6)经加压泵(12)加压，由水管路送入瀑布式集水器(13)后形成瀑布(20)。第二湿空气(11)流经瀑布(20)时，第二湿空气(11)中直径约10微米的部分水蒸汽颗粒被冷凝液化并随瀑布(20)一起降落至集水槽(16)，第二湿空气(11)中剩余水蒸汽在通过瀑布(20)时直径增大，第二湿空气(11)成为第三湿空气(21)。第三湿空气(21)流经带钩折流板除雾器(14)，第三湿空气(21)中直径较大的水蒸汽颗粒脱离空气，粘附在叶片(22)表面上，并依靠重力落至集水槽(16)，短钩(22-A)、中钩(22-B)和长钩(22-C)收缩空气流动截面，促使第三湿空气(21)中的水蒸汽更易脱离空气。第三湿空气(21)经带钩折流板除雾器(14)后成为干燥后空气(23)，由风机(24)通过塔顶开口(25)排至室外。集水槽(16)回收的湿空气中的水分通过输水管(18)流至贮水池(7)。贮水池(7)中的冷却水(6)通过冷却水出口(8)供至冷却设备。
本发明属于工业循环用水冷却技术领域。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，其特征在于：该冷却塔包括常规冷却塔结构部分、雾化喷头(2)、瀑布式集水器(13)、带钩折流板除雾器(14)、密封壁(15)、集水槽(16)、输水管(18)、加压泵(12)及相关管道；
所述常规冷却塔结构部分主要由塔体(17)、填料层(4)、进风口(5)、贮水池(7)、配水管(1)、冷却水出口(8)、风机(24)组成；
所述塔体(17)为筒体结构，塔体(17)俯视投影为圆形；
所述瀑布式集水器(13)布置于集水槽(16)上方，瀑布式集水器(13)通过水管路与加压水出口(19)、加压泵(12)和贮水池(7)依次相连；
所述密封壁(15)倾斜布置，顶部连接冷却塔塔顶，底部连接带钩折流板除雾器(14)的顶部，两侧与冷却塔塔体内部紧密接触；
所述带钩折流板除雾器(14)底部连接集水槽(16)，带钩折流板除雾器(14)俯视投影外边缘与冷却塔塔体内部内切；
所述集水槽(16)底部连接输水管(18)，集水槽(16)底部坡向输水管(18)，集水槽(16)俯视投影为优弧弓形，弧边缘与冷却塔塔体内部紧密接触；
所述输水管(18)底部穿过填料层(4)，输水管(18)出水口与填料层(4)底层平齐；
所述配水管(1)设置雾化喷头(2)；
所述进风口(5)为环形带滤网风口；
所述冷却水出口(8)设置在贮水池(7)底部。
2.根据权利要求1所述的一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，其特征在于：空气由进风口(5)进入冷却塔，沿流动方向，依次为第一湿空气(10)、第二湿空气(11)、第三湿空气(21)和干燥后空气(23)。
3.根据权利要求1所述的一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，其特征在于：所述带钩折流板除雾器(14)由一系列叶片(22)组成，顶部设有盖板密封，带钩折流板除雾器(14)设置在第三湿空气(21)和干燥后空气(23)之间；
所述叶片(22)为带钩折流板，包含短钩(22-A)、中钩(22-B)和长钩(22-C)，材料为聚乙烯或聚氯乙烯，板厚2～3mm，各叶片平行布置，各叶片间隔为21～25mm；
所述短钩(22-A)、中钩(22-B)和长钩(22-C)长度依次增大。
4.根据权利要求1所述的一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，其特征在于：所述瀑布集水器(13)由分水联管(34)、集水管(35)和封头(36)组成；
所述瀑布集水器(13)设有加压水进口(33)，通过管道与加压泵(12)连接；
所述瀑布集水器(13)通过吊架(37)固定。
5.根据权利要求1所述的一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，其特征在于：所述雾化喷头(2)为自动高速旋转喷头；
所述雾化喷头(2)由上、下两部分组成，上部为管接头(32)，下部包括三孔射流45°喷嘴(26)和旋转头(27)，上部和下部通过轴承(29)连接，上部为固定端，固定于配水管(1)，下部为活动端；
所述三孔射流45°喷嘴(26)设置在旋转头中心和旋转头两侧，设置在旋转头两侧的三孔射流45°喷嘴(26)对称布置且轴线与旋转头轴线为45°夹角，设置在旋转头中心的三孔射流45°喷嘴(26)上设置可自由旋转的扇叶(28)。
6.根据权利要求1所述的一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，其特征在于：带钩折流板除雾器(14)、密封壁(15)、集水槽(16)和塔体(17)限制空气流动通道，空气依次流经第二湿空气(11)区域、第三湿空气(21)区域和干燥后空气(23)区域。
7.根据权利要求1所述的一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，其特征在于：风机(24)设置于冷却塔顶部，为变频轴流风机。
8.根据权利要求1所述的一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，其特征在于：所有部件与冷却塔塔体内壁紧密接触的部位设置橡胶密封垫，柔性密封。
9.根据权利要求1所述的一种高效换热节水除雾湿式冷却塔，其特征在于：瀑布式集水器(13)和带钩折流板除雾器(14)收集的第二湿空气(11)和第三湿空气(21)中的水汽恢复为冷却水。
10.根据权利要求1所述的一种高效换热节水除雾湿式冷却塔的方法，其特征在于：风机(24)运行，室外空气在静压差作用下通过进风口(5)进入冷却塔内部，冷却水经配水管(1)通过雾化喷头(2)，冷却水部分动能在从三孔射流45°喷嘴(26)喷出时形成的反作用力推动喷头(2)下部高速旋转，大部分动能在撞击喷嘴斜面或通过空隙时转换为促进水流雾化的表面能，形成大范围的雾化和分散的喷水(3)，旋转头中心的三孔射流45°喷嘴(26)喷水带动扇叶(28)高速旋转，进一步强化喷水(3)的旋流效果；
进入冷却塔内部的室外空气与落于填料层表面的冷却水水膜和水滴进行热质交换，部分冷却水蒸发进入空气后成为第一湿空气(10)，并进一步与喷水(3)热质交换成为第二湿空气(11)；贮水池(7)中的一部分冷却水(6)经加压泵(12)加压，由水管路送入瀑布式集水器(13)后形成瀑布(20)；第二湿空气(11)流经瀑布(20)时，第二湿空气(11)中直径约10微米的部分水蒸汽颗粒被冷凝液化并随瀑布(20)一起降落至集水槽(16)，第二湿空气(11)中剩余水蒸汽在通过瀑布(20)时直径增大，第二湿空气(11)成为第三湿空气(21)；第三湿空气(21)流经带钩折流板除雾器(14)，第三湿空气(21)中直径较大的水蒸汽颗粒脱离空气，粘附在叶片(22)表面上，并依靠重力落至集水槽(16)；第三湿空气(21)经带钩折流板除雾器(14)后成为干燥后空气(23)，由风机(24)通过塔顶开口(25)排至室外；集水槽(16)回收的湿空气中的水分通过输水管(18)流至贮水池(7)；贮水池(7)中的冷却水(6)通过冷却水出口(8)供至冷却设备。
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