CN107560453A - 一种具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔 - Google Patents
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Abstract
一种具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，包括双曲线塔体、自然冷却进风口和配水装置，自然冷却进风口设置在双曲线塔体的下段侧面上，在配水装置的上方设有风冷凝聚收水装置，在双曲线塔体外设有冷风抽供装置，风冷凝聚收水装置由冷风抽供装置提供低温冷却气源。低温空气被输入中空导热壳体中后经充分热交换后再排入塔颈内腔中，这样中空导热壳体的温度始终与外界温度接近，当高温饱和水蒸汽遇到低温的中空导热壳体时就会快速凝聚成水珠，成为清洁的水，它结构简单，既能消雾节水，又节能环保，还能获得纯净的淡水，同时，提高冷却塔的自然抽排性能，增加抽排压力，降低了通风阻力，改善冷却效果。
Description
技术领域:
本发明涉及一种工业用冷却塔，尤其涉及电厂冷却塔的消雾和水蒸汽回收利用技术。
背景技术:
目前，在电厂双曲线自然通风冷却塔的水蒸汽回收技术还没有成功的应用级成果，在中国专利ZL201020162612.8《电厂冷却塔节水装置》中公开了一种电厂冷却塔节水装置，在冷却塔顶部正上方设置收集水蒸汽的冷却罩，由冷却罩对冷却塔顶部冒出的水蒸汽进行凝聚集水，落入塔中复用，它能对排放到大气中的水蒸汽进行小量的凝聚，将水蒸汽转换成凝结水直接复用；由于冷却塔为连续工作制，在塔顶连续排出饱和蒸汽，虽然在塔顶设有冷却罩，但冷却罩的温度与冷却塔外溢的饱和蒸汽温度十分接近，冷凝效果不理想，特别在夏季10％的气象条件下(极端气候条件下)，冷却罩在烈日阳光照耀下，其温度远高于冷却塔外溢的蒸汽温度，这样反而会加速水蒸汽的挥发，不能起到凝聚水雾的作用。同时，在冷却塔的顶部增设冷却罩，排汽路径急速转向90°，增加了排汽阻力，加大了能耗，并直接影响冷却塔的排汽性能和冷却效果，且实施难度较大。因此，该方案在实际应用中没有得到推广应用，仅为一种设想方案。
西安工程大学在申请号201420542186.9中公开了“结合蒸发冷却与机械制冷的发电厂冷却塔节水系统”。
它是一种通过增加辅助冷水喷淋结合蒸发冷却与机械制冷的发电厂冷却塔节水系统，包括有通过管网连接的闭式蒸发冷却冷水机组、机械制冷系统及自然通风冷却塔；所述闭式蒸发冷却冷水机组，包括有机组壳体，所述机组壳体相对的两侧壁上分别设置有一次风进风口a、一次风进风口b；所述机组壳体内左右两侧对称设置有第一管式间接蒸发冷却器、第二管式间接蒸发冷却器，所述第一管式间接蒸发冷却器与第二管式间接蒸发冷却器之间设置有直接蒸发冷却器；所述第一管式间接蒸发冷却器上方依次设置有挡水板c和风机c；所述第二管式间接蒸发冷却器的上方依次设置有挡水板a和风机a；所述直接蒸发冷却器的上方依次设置有挡水板b和风机b；所述风机c、风机b及风机a对应的机组壳体顶壁上均设置有排风口；所述机械制冷系统，包括有压缩机，所述压缩机依次与蒸发器、节流阀及冷凝器连接构成闭合回路，所述蒸发器通过第三水管G3与第二水管G2连接；自然通风冷却塔，包括有塔体，所述塔体的顶壁设置有排风出口；所述塔体内设置有填料，所述填料的上方依次设置有布水装置、收水器及多个雾化喷嘴，多个雾化喷嘴通过第四水管G4与第二水管G2连接；所述填料的下方设置有集水池，所述集水池连接有冷水出水管，所述填料与集水池之间形成空气流道，所述空气流道对应的塔体侧壁上设置有空气入口；所述布水装置由热水进水管及设置于热水进水管上的多个喷嘴组成，多个喷嘴呈均匀设置；所述第四水管G4上设置有水泵。
它是在冷却塔外增设供水装置和制冷装置，在冷却塔的顶部增设冷水喷淋装置和收水装置，由制冷装置先对供水装置的水进行冷却，当供水装置的出水温度达到预定温度后再通过喷淋装置从冷却塔顶部向下喷淋带压的冷却水雾雨滴，从而使从收水器缝隙中上升的高温蒸汽遇到低温细小水滴凝聚，并随水滴依次经集水器、淋水填料降入集水池中，从而达到减少水蒸汽外流回用的目的。这种发电厂冷却塔节水系统理论讲虽然能够实现对水蒸汽的回收利用，具有节水功能，但在实际推广应用的可能性很小，在国内外还没有实际使用的案例，其原因是该方案结构复杂，辅机包括了三台小型冷却塔、三台水泵、一台空调和一台增压泵，连接结构要求高，冷却塔配备这套辅机的直接投入大，而且辅机运行过程中的耗水量大，运营耗电量高，运营成本高，同时也会产生二次水蒸汽雾污染，同时，回收的蒸汽水随冷却喷淋水和从热水进水管喷出的热水一起落入淋水填料，经过二次加热升温产生二次蒸发，蒸汽回收的优质水没有得到利用，经济效益差。此外，喷淋装置从冷却塔顶部向下喷淋带压的冷却水雾雨滴，直接阻扰冷却塔上部混合空气的出流，起冷却作用的空气无法连续顺畅排出，将严重影响冷却塔的冷却效果。
为了更有效地对冷却塔外溢的蒸汽进行回收利用，减轻白烟水汽污染，提高冷却塔节水效果，降低节水回用的运营成本，提高冷却塔节水技术的综合经济效益，申请人发明了一种具有消雾聚液功能的双曲线自然通风电厂冷却塔。
发明内容：
本发明的目的是提供一种具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，它结构简单，投资少运营成本低，但它既能对双曲线自然通风电厂冷却塔内的高温水蒸汽进行冷凝聚液，并回收利用，又能消雾减少白烟排放，节水节能环保。
本发明采取的技术方案如下：
一种具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，包括双曲线塔体、底部集水池、自然冷却进风口、淋水填料层和配水装置，底部集水池设置在双曲线塔体的最底部，自然冷却进风口设置在双曲线塔体的下段侧面上，淋水填料层设置在双曲线塔体内，且位于自然冷却进风口的上方，配水装置设置在淋水填料层的上方，其特征是：在配水装置的上方设有风冷凝聚收水装置，在双曲线塔体外设有冷风抽供装置，风冷凝聚收水装置由冷风抽供装置提供低温冷却气源，在风冷凝聚收水装置的下方设有纯水接引槽。
进一步，所述风冷凝聚收水装置包括风冷消雾凝液板和塔内输气管，风冷消雾凝液板间隔地分布在配水装置的上方，所述风冷消雾凝液板为中空平板结构或中空曲面板结构，所有风冷消雾凝液板的冷却空腔均与塔内输气管相通，在风冷消雾凝液板上设有出气孔。
进一步，所述风冷消雾凝液板包括中空导热壳体、冷却空腔、进气孔和出气孔，进气孔设置在中空导热壳体的下段壁体上，冷却空腔通过进气孔与塔内输气管相通，出气孔设置在中空导热壳体的上段壳壁体上，并与塔内空间相通。
进一步，在中空导热壳体的外表面上设有截流凸条，在中空导热壳体安装后，截流凸条与中空导热壳体上边之间夹角为0°～75°。
进一步，在中空导热壳体的外表面上设有凝汽积水凸体。
进一步，所述风冷消雾凝液板的主冷凝面与塔内蒸汽上升流动的方向之存有夹角。
进一步，所述中空导热壳体的材质为铜、不锈钢、铝合金中的任一种。
进一步，所述冷风抽供装置包括M个风机和塔外输气管组成的冷空气抽送单元，每个冷空气抽送单元中的风机吸风口与外界相通，风机的出风口通过塔外输气管与塔内输气管密封对接，M＝1～20。
进一步，在塔内输气管和风机之间设有降温装置。
进一步，塔内输气管和塔外输气管均为保温隔热管。
由于本发明是在现有自然通风双曲线冷却塔的基础上，通过在配水装置上方增设风冷凝聚收水装置，风冷凝聚收水装置由冷风抽供装置提供低温冷风进行强制冷却，将外界的低温空气带压输入中空导热壳体中，低温空气从风冷消雾凝液板的进气口进入冷却空腔中，充分与中空导热壳体热交换后从出气孔排入双曲线塔体的塔颈内腔中，这样就能使中空导热壳体的温度始终与外界温度接近，当冷却塔内向上流动高温饱和水蒸汽遇到低温的中空导热壳体时，原本饱和状的高温水蒸汽就会在中空导热壳体表面快速凝聚成水珠，然后沿中空导热壳体的表面流下，由于在中空导热壳体的下端设有纯水接引槽，由饱和蒸汽冷凝形成的蒸馏水通过纯水接引槽引出，成为清洁的水，同时从双曲线塔体的上口排出的热蒸汽浓度大幅度下降，消雾效果显著。
在冷却塔运行过程中，待冷却的热水经过冷却塔填料层时，空气与热水充分接触混合，气中水的分压达到了当时温度所对应的饱和压力，从双曲线塔体下侧面的自然冷却进风口进入的冷空气便成为了饱和热湿空气，在冷却塔上部蒸发水损基本上是以饱和热湿空气的形式存在的。
冷却塔淋水填料上部的饱和热湿空气在上升过程中，通过风冷凝聚收水装置时，必然会与中空导热壳体接触，由于中空导热壳体内流通的是冷却塔外部的低温空气，根据常规自然通风冷却塔的运行设计参数及统计数据，冷却塔外部的冷空气与冷却塔淋水填料上部饱和热湿空气的温度差值大致保持为8.5°-11°，这样能通过风冷凝聚收水装置来冷凝上升过程中的饱和热湿空气，冷凝水在风冷凝聚收水装置上富集并沿着中空导热壳体表面的下滑，落入纯水接引槽中，纯水接引槽汇集冷凝水至冷却塔一侧的收集管，这样可回收冷却塔蒸发量的20％-30％水量。风冷凝聚收水装置的温度与冷却塔淋水填料上部饱和热湿空气之间的温度差值越大，通过风冷凝聚收水装置冷凝的饱和热湿空气就多，可回收冷却塔蒸发量就越大，消雾效果越好，通过增加冷风抽供装置的供气流量或者降低冷风抽供装置的供气温度都能提高冷却塔的消雾凝水效果，蒸发水汽量的回收利用比例能得了提高。
对于一台1万平米的自然通风冷却塔，按循环水量70000m3/h计算，蒸发量按1.5％计算，蒸发损失1050m3/h，可回收冷凝水按25％计算，可回收冷凝水262.5m3/h；如按年运行5500小时考虑，则一年可回收节约水量144.3750万m3。若按全国200座1万平米的冷却塔同时运行，全年可节省2.8875亿m3，按每吨4元计算，全年可节约11.55亿元。
冷风抽供装置通过抽吸外界正常空气对风冷凝聚收水装置进行强制冷却，即使在夏天，中空导热壳体与塔内饱和热湿空气之间的温度差值也能保持8.5°-11°，这样也能使塔内饱和热湿空气23％～25％冷凝成水。若既增加冷风抽供装置的供气流量，又对所输入的冷空气进行降温处理，使中空导热壳体与塔内饱和热湿空气之间的温度差值保持在20°-32°，那么回收冷凝水的比例就能达到46％～50％。
本发明通过冷风抽供装置对中空导热壳体的冷却内腔源源不断地供送冷却空气，中空导热壳体的冷却内腔中所流动空气的起始温度就是外界空气温度，它与塔内待排出的饱和高温水气的温度存在较大的温度差，当低温空气从中空导热壳体的底部流入并不断上升时，低温空气与中空导热壳体外表面的饱和热湿空气进行热量交换，既能使饱和热湿空气在中空导热壳体的表面冷凝聚集形成纯净水液，又能提升中空导热壳体内腔中流动空气的温度，从而提高冷却塔顶部抽排压力，有利于提高冷却塔的抽排性能，减少饱和热湿空气的含量，从而实现减少雾汽排放污染，在整个消雾节水系统中，只要在现行冷却塔中增设风冷凝聚收水装置，在塔外增设能对风冷凝聚收水装置不断提供冷空气的冷风抽供装置，结构简单，运行可靠，能耗低，冷却塔顶部的出风压力增大，有利于提高冷却塔的抽排性能，它是现有冷却塔节水消雾的理想方案。
本发明既适用淡水冷却，也适用于海水冷却，当海水冷却的双曲线自然通风冷却塔采用本发明后，既能消雾节水，又节能环保，还能获得纯净的淡水，同时，提高冷却塔的自然抽排性能，增加抽排压力，降低了通风阻力，改善冷却效果。
附图说明：
图1为本发明的一种结构示意图；
图2为风冷凝聚收水装置的一种结构示意图；
图3为图2的A向视图，即风冷消雾凝液板的一种结构示意图；
图4为降温装置的第一种结构示意图；
图5为降温装置的第二种结构示意图；
图6为降温装置的第三种结构示意图；
图中：1-双曲线塔体；2-底部集水池；3-自然冷却进风口；4-淋水填料层；5-配水装置；6-风冷凝聚收水装置；7-冷风抽供装置；8-纯水接引槽；9-降温装置；61-风冷消雾凝液板；62-塔内输气管；611-中空导热壳体；612-冷却空腔；613-进气孔；614-出气孔；615-截流凸条；616-凝汽积水凸体；71-风机；72-塔外输气管；91-导热输气管；92-冷却水管；93-循环水泵；94-冷却水源；95-保温层；96-隔热套管；97-冷却液腔。
具体实施方式：
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方案：
实施例1：一种具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，如图1所示，包括双曲线塔体1、底部集水池2、自然冷却进风口3、淋水填料层4、配水装置5、风冷凝聚收水装置6、冷风抽供装置7和纯水接引槽8，底部集水池2设置在双曲线塔体1的最底部，自然冷却进风口3设置在双曲线塔体1的下段侧面上，淋水填料层4设置在双曲线塔体1内，且位于自然冷却进风口3的上方，配水装置5设置在淋水填料层4的上方，风冷凝聚收水装置6设置在配水装置5的上方，在双曲线塔体1外设有冷风抽供装置7，冷风抽供装置7为风冷凝聚收水装置6提供低温冷却气源，所述风冷凝聚收水装置6包括风冷消雾凝液板61和塔内输气管62，若干块风冷消雾凝液板61等间距地分布在配水装置5的上方，风冷消雾凝液板61的主冷凝面与塔内蒸汽上升流动的方向之存有15°～30°夹角；所述风冷消雾凝液板61为中空平板结构，所述风冷消雾凝液板61包括中空导热壳体611、冷却空腔612、进气孔613、出气孔614、截流凸条615和凝汽积水凸体616，进气孔613设置在中空导热壳体611的下端面上，冷却空腔612通过进气孔613与塔内输气管62相通，出气孔614设置在中空导热壳体611的上端面上，出气孔614与塔内空间相通，在每个中空导热壳体611上端面间隔地开设12个出气孔614，所有出气孔614的孔径之和小于进气孔613的孔径尺寸，在中空导热壳体611的外表面上设有截流凸条615和凝汽积水凸体616，截流凸条615与中空导热壳体611上边平行，凝汽积水凸体616均匀地分布在中空导热壳体611的外表面上，所述中空导热壳体611的材质为不锈钢，在每个中空导热壳体611的下方设有纯水接引槽8；所述冷风抽供装置7包括4个由风机71和塔外输气管72组成的冷空气抽送单元，在每个冷空气抽送单元中，风机71的吸风口与外界相通，风机71的出风口与塔外输气管72密封对接，所有塔外输气管72都与塔内输气管62相通，塔内输气管62和塔外输气管72均为保温隔热管。
实施例2：为了进一步提高冷凝去雾效果，提高收水率，在实施例1的基础上，在塔内输气管和风机之间设有降温装置9，所述降温装置9如图4所示，在导热输气管91的外表面绕制冷却水管92，冷却水管92通过循环水泵93与冷却水源94相通，在冷却水管92的外表面包裹有保温层95。
在上例中，所述降温装置9还可采取如图5所示方案，在导热输气管91的外表面设有隔热套管96，隔热套管96与导热输气管91之间形成密闭的冷却液腔97，冷却液腔97通过循环水泵93与冷却水源94相通。
所述降温装置9可以更简单，如图6所示，将导热输气管91的外表面直接浸没在冷却水源94中。
上述三种降温装置9都能大幅度降低输入中空导热壳体611内腔空气的温度，增加中空导热壳体611内腔中的冷却空气与中空导热壳体611外的饱和热湿空气之间的温度差，能将更小颗粒的饱和热湿水汽快速凝聚在中空导热壳体611外表面上，从而提高冷却塔中饱和热湿水汽回收利用率，减少“白烟”排放污染。
本发明的实施方式很多，在此不在逐一罗列，中空导热壳体611的形状、大小、间隔距离、设置倾斜角度都可根据人们的设计意愿进行改变，降温装置9的方案也很多，只要能对进气管路中的空气进行冷却降温的所有方案均可。本发明特别适用于海水冷却，采用本发明的技术方案可以获得纯净的淡水，解决人们日常饮水和生活用的需要，在核电站上应用经济效益和社会效益更为明显。
Claims (10)
1.一种具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，包括双曲线塔体(1)、底部集水池(2)、自然冷却进风口(3)、淋水填料层(4)和配水装置(5)，底部集水池(2)设置在双曲线塔体(1)的最底部，自然冷却进风口(3)设置在双曲线塔体(1)的下段侧面上，淋水填料层(4)设置在双曲线塔体(1)内，且位于自然冷却进风口(3)的上方，配水装置(5)设置在淋水填料层(4)的上方，其特征是：在配水装置(5)的上方设有风冷凝聚收水装置(6)，在双曲线塔体(1)外设有冷风抽供装置(7)，风冷凝聚收水装置(6)由冷风抽供装置(7)提供低温冷却气源，在风冷凝聚收水装置(6)的下方设有纯水接引槽(8)。
2.根据权利要求1所述具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，其特征是：所述风冷凝聚收水装置(6)包括风冷消雾凝液板(61)和塔内输气管(62)，风冷消雾凝液板(61)间隔地分布在配水装置(5)的上方，所述风冷消雾凝液板(61)为中空平板结构或中空曲面板结构，所有风冷消雾凝液板(61)的冷却空腔均与塔内输气管(62)相通，在风冷消雾凝液板(61)上设有出气孔。
3.根据权利要求2所述具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，其特征是：所述风冷消雾凝液板(61)包括中空导热壳体(611)、冷却空腔(612)、进气孔(613)和出气孔(614)，进气孔(613)设置在中空导热壳体(611)的下段壁体上，冷却空腔(612)通过进气孔(613)与塔内输气管(62)相通，出气孔(614)设置在中空导热壳体(611)的上段壳壁体上，并与塔内空间相通。
4.根据权利要求3所述具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，其特征是：在中空导热壳体(611)的外表面上设有截流凸条(615)，在中空导热壳体(611)安装后，截流凸条(615)与中空导热壳体(611)上边之间夹角为0°～75°。
5.根据权利要求3所述具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，其特征是：在中空导热壳体(611)的外表面上设有凝汽积水凸体(616)。
6.根据权利要求2所述具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，其特征是：所述风冷消雾凝液板(61)的主冷凝面与塔内蒸汽上升流动的方向之存有夹角。
7.根据权利要求4所述具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，其特征是：所述中空导热壳体(611)的材质为铜、不锈钢、铝合金中的任一种。
8.根据权利要求1所述具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，其特征是：所述冷风抽供装置(7)包括M个风机(71)和塔外输气管(72)组成的冷空气抽送单元，每个冷空气抽送单元中的风机(71)吸风口与外界相通，风机(71)的出风口与塔外输气管(72)密封对接，M＝1～20。
9.根据权利要求1所述具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，其特征是：在塔内输气管(62)和风机(71)之间设有降温装置(9)。
10.根据权利要求1所述具有冷凝聚液消雾功能的双曲线自然通风冷却塔，其特征是：塔内输气管(62)和塔外输气管(72)均为保温隔热管。
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