CN107560456A - 一种具有冷凝聚液消雾功能的机械通风冷却塔 - Google Patents
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Abstract
一种具有冷凝聚液消雾功能的机械通风冷却塔，包括冷却塔体、底部集水池、自然冷却风口、淋水填料层、配水系统和顶部排风机，底部集水池设置在冷却塔体的最底部，自然冷却风口设置在冷却塔体的下段侧面上，淋水填料层设置在冷却塔体内，且位于自然冷却风口的上方，配水系统设置在淋水填料层的上方，顶部排风机设置在冷却塔体的顶部，在配水系统和顶部排风机之间设有风冷凝聚收水装置，风冷凝聚收水装置由冷风抽供装置提供低温冷风。它结构简单，投资少运营成本低，但它既能对冷却塔外溢的高温饱和水蒸汽进行冷凝积聚单独回收利用，又能消雾减少白烟排放，节水节能环保。
Description
技术领域:
本发明涉及一种工业用冷却塔，尤其涉及电厂、化工系统冷却塔的饱和水蒸汽的回收利用技术。
背景技术:
我国人均水资源量只相当于世界人均量的1/4，约1/3的人口生活在缺水地区,尤其是北方的一些城市已出现严重的缺水情况，水资源短缺已成为制约我国经济和社会发展的重要因素。对于耗水量较大的湿式冷却塔，其节水技术的研究一直是科研院所、应用单位、设备生产厂等多方关注的技术热点，也是技术难点。
湿式冷却塔主要是利用蒸发换热，即通过循环水与环境空气的直接接触过程中，部分水的蒸发带走大量热量,从而达到对循环水降温的目的；这种冷却方式具有造价低、换热效率高、降温极限为空气湿球温度等优点，在纺织、石油化工、造纸、冶金及火力发电等行业大量应用；但湿式冷却塔水损失量大，且有比较严重的水雾污染。
机械通风湿式冷却塔是湿式冷却塔中应用最为广泛的一种，它是依靠出口风机的抽力实现塔内空气对循环水的冷却。循环水在与空气的强制对流冷却过程中，在机械通风湿式冷却塔内，水主要以蒸发、风吹等形式随空气被抽排至大气中。其中，蒸发损失是在塔内热循环水与环境空气的直接接触传热过程中产生的，主要以水蒸气形式随塔内上部的饱和湿热空气排出冷却塔，是湿式冷却塔对循环水进行降温的必然产物，是冷却塔本体的主要耗水因素，其水量约占循环水总量的1.2-1.6％，约占冷却塔本体耗水量的70-80％，是湿式冷却塔最大的水损项，约占电厂及其他工业企业总耗水总量的35-50％，是名符其实的“耗水大户”，且水蒸气在冷却塔顶区域形成“白烟”状的水雾污染，此部分耗水是节水的主要对象，节水潜力巨大。
循环水风吹损失也称飘滴损失，是因冷却塔塔筒抽力作用而被空气流吹出塔外的小水滴，其占比较小，约为循环水量的0.05％～0.08％，此项节水潜力不大。
目前有关冷却塔的蒸汽回收节水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冷凝聚液消雾功能的机械通风冷却塔。
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机械通风冷却塔，它结构简单，投资少运营成本低，但它既能对冷却塔外溢的高温饱和水蒸汽进行冷凝积聚单独回收利用，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机械通风冷却塔，包括冷却塔体、底部集水池、自然冷却风口、淋水填料层、配水系统和顶部排风机，底部集水池设置在冷却塔体的最底部，自然冷却风口设置在冷却塔体的下段侧面上，淋水填料层设置在冷却塔体内，且位于自然冷却风口的上方，配水系统设置在淋水填料层的上方，顶部排风机设置在冷却塔体的顶部，其特征是：在配水系统和顶部排风机之间设有风冷凝聚收水装置，风冷凝聚收水装置由冷风抽供装置提供低温冷风。
进一步，所述风冷凝聚收水装置包括中空导热板体、进气口、出气孔和输气管，进气口设置在中空导热板体的下端，进气口与输气管密封相通，出气孔设置在中空导热板体的顶部，输气管与冷风抽供装置相连接。
更进一步，在每个中空导热板体上端开设N个出气孔，N大于等于1，所有出气孔的孔径之和小于进气口的孔径尺寸。
进一步，所述中空导热板体等间距倾斜地设置在配水系统的上方。
更进一步，中空导热板体与水平面之间的夹角为45°～75°。
进一步，所述中空导热板体为平板结构或曲面板结构。
进一步，所述中空导热板体的材质为铜、不锈钢、铝合金中的任一种。
进一步，在风冷凝聚收水装置的下方设有纯水接引槽。
进一步，所述冷风抽供装置包括风机、吸风口和出风管，风机的吸风口与外界相通，出风管与输气管密封对接。
更进一步，在出风管的路径上设有降温装置。
更进一步，在出风管与空气接触段的外表均设有保温层。
由于本发明是在不影响冷却塔淋水填料上部饱和热湿空气出流的基础上，在冷却塔上部设有风冷凝聚收水装置，风冷凝聚收水装置设置在配水系统和顶部排风机之间，风冷凝聚收水装置由冷风抽供装置提供低温冷风，冷风抽供装置提供低温冷风通过出风管与输气管密封对接，这样外界的低温空气带压输入风冷凝聚收水装置中的中空导热板体中，从下端流入从上端流出，使得中空导热板体的温度与外界温度接近，当冷却塔内向上流动饱和水蒸汽在流经风冷凝聚收水装置时，原本为饱和状的水蒸汽遇到低温的中空导热板体会快速在表面凝聚积水成珠，然后沿中空导热板体的表面流下，由于在中空导热板体的下端设有纯水接引槽，由饱和蒸汽冷凝形成的蒸馏水由纯水接引槽引出，成为高档利用水。
在冷却塔运行过程中，水经过冷却塔填料层时，气水充分接触混合，气中水的分压达到了当时温度所对应的饱和压力，进入冷却塔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饱和热湿空气在上升过程中，通过换热斜板的外部通道时，必然会与风冷凝聚收水装置的中空导热板体接触，中空导热板体内流通的是冷却塔外部的冷空气，根据常规机力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斜板表面的波纹下滑，落入集水槽，集水槽汇集冷凝水至冷却塔一侧的收集管，这样可回冷却塔蒸发量的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来冷凝上升过程中的饱和热湿空气，可回冷却塔蒸发量就越大，通过增加冷风抽供装置的供气量或者降低冷风抽供装置的供气温度都能提高冷却塔蒸发水汽量的回收利用比例。
对于一台冷却水量5000m3/h的机力通风冷却塔，按1.5％蒸发量计算，蒸发损失75m3/h，采用本发明的节水回收方案可回收冷凝水25％～50％，可回收冷凝水18.75m3/h～37.5m3/h；如按年运行5500小时计算，则一年可回收纯净水达10.3125万m3～20.625万m3。
冷风抽供装置通过吸供外界正常空气使风冷凝聚收水装置与冷却塔淋水填料上部饱和热湿空气的温度差值保持8.5°-11°，就能回收冷凝水23％～25％。若增加冷风抽供装置的供气量，又对所输入的冷空气进行降温处理，使风冷凝聚收水装置与冷却塔淋水填料上部饱和热湿空气的温度差保持20°-32°，那么回收冷凝水的比例就能达到46％～50％。
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，同时，由于风冷凝聚收水装置可以在冷却塔内部一定的气流上升通道内凝聚收水，相对常规塔，还可以取消配水管路上部的常规收水器，降低了通风阻力，改善冷却效果。
本发明的核心技术是发明了全新的风冷凝聚收水装置，通过冷风抽供装置对其内腔源源不断地供送冷却空气，由于风冷凝聚收水装置的中空导热板体内腔中所流动的空气温度起始温度就是外界温度，当低温空气从底部流入并不断上升时，低温空气与中空导热板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板体的表面冷凝聚集形成纯净水液，又能提升中空导热板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。
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；
图中：1-冷却塔体；2-底部集水池；3-自然冷却风口；4-淋水填料层；5-配水系统；6-顶部排风机；7-风冷凝聚收水装置；8-冷风抽供装置；9-纯水接引槽；10-降温装置；71-中空导热板体；72-进气口；73-出气孔；74-输气管；81-风机；82-吸风口；83-出风管。
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机械通风冷却塔，如图1所示，它包括冷却塔体1、底部集水池2、自然冷却风口3、淋水填料层4、配水系统5、顶部排风机6、风冷凝聚收水装置7、冷风抽供装置8和纯水接引槽9，底部集水池2设置在冷却塔体1的最底部，自然冷却风口3设置在冷却塔体1的下段侧面上，淋水填料层4设置在冷却塔体1内，且位于自然冷却风口3的上方，配水系统5设置在淋水填料层4的上方，顶部排风机6设置在冷却塔体1的顶部，在配水系统5和顶部排风机6之间设有风冷凝聚收水装置7，风冷凝聚收水装置7由冷风抽供装置8提供低温冷却风，所述中空导热板体71等间距倾斜地设置在配水系统5的上方，中空导热板体71与水平面之间的夹角为45°～75°，所述风冷凝聚收水装置7包括中空导热板体71、进气口72、出气孔73和输气管74，进气口72设置在中空导热板体71的下端，进气口72与输气管74密封相通，出气孔73设置在中空导热板体71的顶部，输气管74与冷风抽供装置8相连接，在本例中，在每个中空导热板体71上端均匀地开设6个出气孔73，所述出气孔73的孔径为中空导热板体71下端进气孔的孔径的1/10；所述中空导热板体71的横截面的形状为长方形，中空导热板体71的长度1.0m-1.5m，其底部垂直距离配水管的顶部1.5m-2.5m；在中空导热板体71的底部下0.5m-1.0m位置布置U型纯水接引槽9；中空导热板体71内腔的通风道宽度为50mm-80mm；相邻两块中空导热板体71之间的间距为500mm-800mm；这是饱和热湿空气向上流动的通道，所述中空导热板体71的材质为铜、不锈钢、铝合金中的任一种，纯水接引槽9设置在风冷凝聚收水装置7的下方；所述冷风抽供装置8包括风机81、吸风口82和出风管83，风机81的吸风口82与外界相通，出风管83与输气管74密封对接。
实施例2：为了提高冷凝去雾效果，提高收水率，在实施例1的基础上，将冷风抽供装置8中的出风管83填设在冷却水池中，此处冷却水池就是冷却装置10，在出风管83与空气接触段的外表均设有保温层。这样就能大幅度降低输入中空导热板体71内腔空气的温度，增加中空导热板体71内腔中的冷却空气与中空导热板体71外表面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热板体71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，中空导热板体71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10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机械通风冷却塔，包括冷却塔体(1)、底部集水池(2)、自然冷却风口(3)、淋水填料层(4)、配水系统(5)和顶部排风机(6)，底部集水池(2)设置在冷却塔体(1)的最底部，自然冷却风口(3)设置在冷却塔体(1)的下段侧面上，淋水填料层(4)设置在冷却塔体(1)内，且位于自然冷却风口(3)的上方，配水系统(5)设置在淋水填料层的上方，顶部排风机(6)设置在冷却塔体(1)的顶部，其特征是：在配水系统(5)和顶部排风机(6)之间设有风冷凝聚收水装置(7)，风冷凝聚收水装置(7)由冷风抽供装置(8)提供低温冷却风。
2.根据权利要求1所述具有冷凝聚液消雾功能的机械通风冷却塔，其特征是：所述风冷凝聚收水装置(7)包括中空导热板体(71)、进气口(72)、出气孔(73)和输气管(74)，进气口(72)设置在中空导热板体(71)的下端，进气口(72)与输气管(74)密封相通，出气孔(73)设置在中空导热板体(71)的顶部，输气管(74)与冷风抽供装置(8)相连接。
3.根据权利要求2所述具有冷凝聚液消雾功能的机械通风冷却塔，其特征是：在每个中空导热板体(71)上端开设N个出气孔(73)，N大于等于1，所有出气孔(73)的孔径之和小于进气口(72)的孔径尺寸。
4.根据权利要求2所述具有冷凝聚液消雾功能的机械通风冷却塔，其特征是：所述中空导热板体(71)等间距倾斜地设置在配水系统(5)的上方。
5.根据权利要求4所述具有蒸汽冷凝聚液消雾功能的机械通风冷却塔，其特征是：中空导热板体(71)与水平面之间的夹角为45°～75°。
6.根据权利要求2所述具有冷凝聚液消雾功能的机械通风冷却塔，其特征是：所述中空导热板体(71)为平板结构或曲面板结构。
7.根据权利要求1所述具有冷凝聚液消雾功能的机械通风冷却塔，其特征是：在风冷凝聚收水装置(7)的下方设有纯水接引槽(9)。
8.根据权利要求1所述具有冷凝聚液消雾功能的机械通风冷却塔，其特征是：所述冷风抽供装置(8)包括风机(81)、吸风口(82)和出风管(83)，风机(81)的吸风口(82)与外界相通，出风管(83)与输气管(74)密封对接。
9.根据权利要求8所述具有冷凝聚液消雾功能的机械通风冷却塔，其特征是：在出风管(83)的路径上设有降温装置(10)。
10.根据权利要求2所述具有冷凝聚液消雾功能的机械通风冷却塔，其特征是：所述中空导热板体(71)的材质为铜、不锈钢、铝合金中的任一种。
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