CN106871661A - 一种增加冷却塔热负荷及除雾的方法 - Google Patents

一种增加冷却塔热负荷及除雾的方法 Download PDF

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钱林明
边为山
宗伟新
吴国军
吴志军
杭尚元
单亚军
徐强
丁健
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28C1/00—Direct-contact trickle coolers, e.g. cooling towers
    • F28C1/14—Direct-contact trickle coolers, e.g. cooling towers comprising also a non-direct contact heat exchange

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Abstract

本发明公开了一种增加冷却塔热负荷及除雾的方法。具体而言，本发明的方法包括下列步骤：1)在普通湿式冷却塔的收水器与风机之间加装换热装置；2)开启风机和用于冷却系统热源的循环水后，将一部分系统热源转移至步骤1)中加装的换热装置，然后与通过收水器后上升的饱和湿热空气进行换热，将饱和湿热空气加热至不饱和状态。本发明的方法能够有效减少出塔空气产生白雾的现象，减少循环水损失，并减少循环水的用量，达到节水目的。本发明的方法具有路线简单、安装方便、投资少等特点，基本不增加额外的能耗，可靠性高。

Description

一种增加冷却塔热负荷及除雾的方法
技术领域
本发明属于煤化工技术领域，涉及一种通过转移系统中的热量来增加冷却塔(尤其是湿式冷却塔)热负荷并达到节水除雾目的的方法。
背景技术
水是人类赖以生存的必不可少的自然资源，虽然地球上的储水量很丰富，但97.5％为咸水，并且真正能够被人类直接使用的淡水资源不足世界淡水总量的1％。同时，随着社会经济的发展，淡水资源遭到一定程度的污染，水质不断恶化，淡水资源匮乏已经成为制约社会经济发展的主要因素之一。因此，合理、高效利用淡水资源具有重要的意义。
近年来，雾霾成为我国主要的空气污染之一。雾霾是雾和霾的混合物，霾的核心是悬浮于空气中的烟、灰尘等物质，严重影响人体的健康，对于雾霾的治理刻不容缓。
冷却塔广泛应用于石油、化工、电力等行业，是循环水冷却过程中的重要装置。普通湿式冷却塔的塔体内部主要包括风机、收水器、喷水装置和填料层等装置，主要是利用干空气带走循环水蒸发的水汽，从而达到降低循环水温度的目的。因此，当环境气温降低时，出冷却塔的湿热空气遇到环境中的冷空气就会产生白雾现象，严重影响厂区的环境和卫生，加重周边的雾霾现象，同时也造成水资源的浪费，增加企业的运行成本。根据国家建设“资源节约型、环境友好型”社会的方针，结合企业实际，降低系统热负荷，开发冷却塔的节水、除雾技术迫在眉睫。
发明内容
针对传统冷却塔水分损失大，出塔湿热空气会产生白雾的现象，本发明的目的在于提供一种降低系统热负荷，增加冷却塔热负荷，同时减少冷却塔循环水量，消除由出塔湿热空气产生的白雾的方法。
为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种增加冷却塔热负荷及除雾的方法，其包括下列步骤：
1)在普通湿式冷却塔的收水器与风机之间加装换热装置；
2)开启风机和用于冷却系统热源的循环水后，将一部分系统热源转移至步骤1)中加装的换热装置，然后与通过收水器后上升的饱和湿热空气进行换热，将饱和湿热空气加热至不饱和状态。
在一项优选的实施方案中，步骤1)中所述换热装置既可以由单个高效板翅式换热装置(属于间壁式换热器)构成，也可以由多个并联的高效板翅式换热装置构成。在一项更优选的实施方案中，所述高效板翅式换热装置的布置方式为对称布置。
在一项优选的实施方案中，步骤2)中所述一部分系统热源占系统热源总量的1/6。
在一项优选的实施方案中，步骤2)中所述一部分系统热源包括低品位热水、蒸汽和热工艺气体等。
与现有技术相比，采用上述技术方案的本发明在实际应用时可以根据冷却塔的风量将一部分系统热源转移至加装在风机和收水器之间的换热装置，该部分热源与冷却塔中上升的饱和湿热空气进行换热，并将其加热至不饱和状态，减少出塔空气产生白雾的现象，减少了循环水的损失；同时，由于一部分系统热源已被转移至冷却塔中的换热装置，系统热负荷相应降低，用于冷却的热量随之减少，循环水的用量也可以相应减少，能够达到节水目的。本发明的方法具有路线简单、安装方便、投资少等特点，基本不增加额外的能耗，可靠性高。
附图说明
图1为实施例1中增加冷却塔热负荷及除雾方法的示意图，其中附图标记的含义如下：101.风机；102.换热装置；103.收水器；104.喷水装置；105.填料层；P1.泵；E1.系统换热装置。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明中的技术方案做出进一步的阐述。除另有说明外，下列实施例中所使用的设备、材料、试剂等均可通过常规商业手段获得。
实施例1：增加冷却塔热负荷及除雾方法的实施。
传统湿式冷却塔的塔体内部主要包括风机(101)、收水器(103)、喷水装置(104)和填料层(105)，用于冷却系统的循化水在泵(P1)的作用下进入系统换热装置(E1)，在此与系统热源进行换热，流出的热水进入冷却塔并通过喷水装置(104)进行喷淋，然后与利用风机(101)从进风口吸入冷却塔的冷空气进行换热，从而使风冷后的循环水进行下一轮的冷却。
以一台循环水量为4000t/h的湿式冷却塔为例，在上水温度为30℃，回水温度为20℃，进风温度为18℃，出风温度为28℃，空气相对湿度为80％，冷却塔风量为330×104(m3/h)的条件下，冷却塔热负荷(Q)计算如下：4000×103(kg/h)×4.18(kJ/(kg·℃))×10(℃)＝167.2×106(kJ/h)。因此，从系统中移走的热负荷总量也为167.2×106(kJ/h)，该部分热量通过水分蒸发和空气升温的方式转移至空气中。出塔空气中的水汽为饱和状态，28℃时空气中的饱和水汽浓度为27.2g/m3，18℃时空气中的饱和水汽浓度为15.36g/m3，相对湿度为80％，进塔空气中的水汽浓度为12.288g/m3，空气在冷却塔内的水汽增加量计算如下：27.2-12.288＝14.912(g/m3)，330×104(m3/h)×14.912(g/m3)＝49.2096×103(kg/h)。水在28℃时的汽化热为2440kJ/kg，水在汽化时所带走的热量计算如下：2440(kJ/kg)×49.2096×103(kg/h)＝120.1×106(kJ/h)。空气升温所带走的热量计算如下：330×104(m3/h)×1.2(kg/m3)×1.004(kJ/(kg·℃)×10(℃)＝39.76×106(kJ/h)。空气升温及水分蒸发所带走的总热量计算如下：120.1×106+39.76×106＝159.86×106(kJ/h)。由此可见，空气温升及水分蒸发所带走的总热量与系统转移至冷却塔的总热量基本相当。另外，在循环水量为4000m3/h，循环水温降10℃，冷却塔风量为330×104(m3/h)，空气升温10℃，空气相对湿度为80％的工况条件下，冷却塔出风口会产生白雾现象，冷却塔的水分蒸发量为49t/h，水分蒸发率为1.225％，水分流失较为严重。
如图1所示，本实施例对上述传统湿式冷却塔进行了结构改进，在收水器(103)与风机(101)之间加装了换热装置(102)，该换热装置由单个高效板翅式换热装置构成。开启风机(101)和用于冷却系统热源的循环水后，将一部分系统热源(记作系统热源I，该部分热源为低品位的热水，该部分的热负荷大约为27.9×106(kJ/h))转移至换热装置(102)，然后与通过收水器(103)上升的饱和湿热空气进行换热，将饱和湿热空气加热至不饱和状态。
经过上述改进，冷却塔的出风口不再出现白雾现象，冷却塔的水分蒸发量为39t/h，水分蒸发率为0.975％，循环水损失减少了20.4％。除去转移至冷却塔换热装置的系统热源以外的剩余热源(记作系统热源II，该部分的热负荷大约为139.3×106(kJ/h))仍在系统换热装置(E1)中与循环水进行换热。由于系统热负荷的降低，冷却所需的循环水用量也相应减少，达到了节水目的。
实施例2：增加冷却塔热负荷及除雾方法的实施。
传统湿式冷却塔的塔体内部主要包括风机、收水器、喷水装置和填料层，用于冷却系统的循化水在泵的作用下进入系统换热装置，在此与系统热源进行换热，流出的热水进入冷却塔并通过喷水装置进行喷淋，然后与利用风机从进风口吸入冷却塔的冷空气进行换热，从而使风冷后的循环水进行下一轮的冷却。
以一台循环水量为3000t/h的湿式冷却塔为例，在上水温度为30℃，回水温度为20℃，进风温度为18℃，出风温度为28℃，空气相对湿度为70％，冷却塔风量为300×104(m3/h)的条件下，冷却塔热负荷(Q)计算如下：3000×103(kg/h)×4.18(kJ/(kg·℃))×10(℃)＝125.4×106(kJ/h)。因此，从系统中移走的热负荷总量也为125.4×106(kJ/h)，该部分热量通过水分蒸发和空气升温的方式转移至空气中。出塔空气中的水汽为饱和状态，28℃时空气中的饱和水汽浓度为27.2g/m3，18℃时空气中的饱和水汽浓度为15.36g/m3，相对湿度为70％，进塔空气中的水汽浓度为10.752g/m3，空气在冷却塔内的水汽增加量计算如下：27.2-10.752＝16.448(g/m3)，300×104(m3/h)×10.752(g/m3)＝32.256×103(kg/h)。水在28℃时的汽化热为2440kJ/kg，水在汽化时所带走的热量计算如下：2440(kJ/kg)×32.256×103(kg/h)＝78.7×106(kJ/h)。空气升温所带走的热量计算如下：300×104(m3/h)×1.2(kg/m3)×1.004(kJ/(kg·℃)×10(℃)＝36.14×106(kJ/h)。空气升温及水分蒸发所带走的总热量计算如下：78.7×106+36.14×106＝114.84×106(kJ/h)。由此可见，空气温升及水分蒸发所带走的总热量与系统转移至冷却塔的总热量基本相当。另外，在循环水量为3000m3/h，循环水温降10℃，冷却塔风量为300×104(m3/h)，空气升温10℃，空气相对湿度为70％的工况条件下，冷却塔出风口会产生白雾现象，冷却塔的水分蒸发量为38t/h，水分蒸发率为1.266％，水分流失较为严重。
本实施例对上述传统湿式冷却塔进行了结构改进，在收水器与风机之间加装了换热装置，该换热装置由两个并联的高效板翅式换热装置构成，并且呈对称布置。开启风机和用于冷却系统热源的循环水后，将一部分系统热源(记作系统热源I，该部分热源为蒸汽，该部分的热负荷大约为20.9×106(kJ/h))转移至换热装置，然后与通过收水器上升的饱和湿热空气进行换热，将饱和湿热空气加热至不饱和状态。
经过上述改进，冷却塔的出风口不再出现白雾现象，冷却塔的水分蒸发量为31t/h，水分蒸发率为1.033％，循环水损失减少了18.4％。除去转移至换热装置的系统热源以外的剩余热源(记作系统热源II，该部分的热负荷大约为104.5×106(kJ/h))仍在系统换热装置中与循环水进行换热。由于系统热负荷的降低，冷却所需的循环水用量也相应减少，达到了节水目的。
实施例3：增加冷却塔热负荷及除雾方法的实施。
传统湿式冷却塔的塔体内部主要包括风机、收水器、喷水装置和填料层，用于冷却系统的循化水在泵的作用下进入系统换热装置，在此与系统热源进行换热，流出的热水进入冷却塔并通过喷水装置进行喷淋，然后与利用风机从进风口吸入冷却塔的冷空气进行换热，从而使风冷后的循环水进行下一轮的冷却。
以一台循环水量为5000t/h的湿式冷却塔为例，在上水温度为30℃，回水温度为20℃，进风温度为18℃，出风温度为28℃，空气相对湿度为75％，冷却塔风量为400×104(m3/h)的条件下，冷却塔热负荷(Q)计算如下：5000×103(kg/h)×4.18(kJ/(kg·℃))×10(℃)＝209.0×106(kJ/h)。因此，从系统中移走的热负荷总量也为209.0×106(kJ/h)，该部分热量通过水分蒸发和空气升温的方式转移至空气中。出塔空气中的水汽为饱和状态，28℃时空气中的饱和水汽浓度为27.2g/m3，18℃时空气中的饱和水汽浓度为15.36g/m3，相对湿度为75％，进塔空气中的水汽浓度为11.52g/m3，空气在冷却塔内的水汽增加量计算如下：27.2-11.52＝15.68(g/m3)，400×104(m3/h)×15.68(g/m3)＝62.72×103(kg/h)。水在28℃时的汽化热为2440kJ/kg，水在汽化时所带走的热量计算如下：2440(kJ/kg)×62.72×103(kg/h)＝153.04×106(kJ/h)。空气升温所带走的热量计算如下：400×104(m3/h)×1.2(kg/m3)×1.004(kJ/(kg·℃)×10(℃)＝48.19×106(kJ/h)。空气升温及水分蒸发所带走的总热量计算如下：153.04×106+48.19×106＝201.23×106(kJ/h)。由此可见，空气温升及水分蒸发所带走的总热量与系统转移至冷却塔的总热量基本相当。另外，在循环水量为5000m3/h，循环水温降10℃，冷却塔风量为400×104(m3/h)，空气升温10℃，空气相对湿度为75％的工况条件下，冷却塔出风口会产生白雾现象，冷却塔的水分蒸发量为56t/h，水分蒸发率为1.12％，水分流失较为严重。
本实施例对上述传统湿式冷却塔进行了结构改进，在收水器与风机之间加装了换热装置，该换热装置由四个高效板翅式换热装置构成，并且呈对称布置。开启风机和用于冷却系统热源的循环水后，将一部分系统热源(记作系统热源I，该部分热源为热工艺气体，该部分的热负荷大约为34.8×106(kJ/h))转移至换热装置，然后与通过收水器上升的饱和湿热空气进行换热，将饱和湿热空气加热至不饱和状态。
经过上述改进，冷却塔的出风口不再出现白雾现象，冷却塔的水分蒸发量为45t/h，水分蒸发率为0.9％，循环水损失减少了19.6％。除去转移至换热装置的系统热源以外的剩余热源(记作系统热源II，该部分的热负荷大约为174.2×106(kJ/h))仍在系统换热装置中与循环水进行换热。由于系统热负荷的降低，冷却所需的循环水用量也相应减少，达到了节水目的。

Claims (6)

1.一种增加冷却塔热负荷及除雾的方法，其包括下列步骤：
1)在普通湿式冷却塔的收水器与风机之间加装换热装置；
2)开启风机和用于冷却系统热源的循环水后，将一部分系统热源转移至步骤1)中加装的换热装置，然后与通过收水器后上升的饱和湿热空气进行换热，将饱和湿热空气加热至不饱和状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤1)中所述换热装置由单个高效板翅式换热装置构成。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤1)中所述换热装置由多个并联的高效板翅式换热装置构成。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述多个并联的高效板翅式换热装置的布置方式为对称布置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤2)中所述一部分系统热源占系统热源总量的1/6。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤2)中所述一部分系统热源包括低品位热水、蒸汽和热工艺气体。
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