CN107741165A - 一种节能除雾干湿混合冷却塔 - Google Patents

一种节能除雾干湿混合冷却塔 Download PDF

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Abstract

一种节能除雾干湿混合冷却塔，涉及一种利用水轮机机械能带动风扇旋转及半导体制冷片制冷除雾的干湿混合冷却塔。本发明由四个主要部分组成：干湿部、水轮机、半导体制冷片、高位集水器。干湿部可单独进行干冷换热、湿冷换热或同时进行干冷、湿冷换热，换热比例分配可按环境温度调节，半导体制冷片可进一步节水除雾，其用电由水轮机带动小型发电机提供，不产生额外电耗，水轮机利用循环水的富余水头驱动，替代电机带动风扇旋转，高位集水器叉排设置两层，可以保证降落的冷却水被完全收集。本发明设计合理，解决了湿冷水蒸发损失大，干冷在夏季温度较高时换热效率低的缺陷，保证冷却塔在复杂气候条件下能连续高效运行，节电节水，且该冷却塔气流阻力小，噪音低，泵送功率低。

Description

一种节能除雾干湿混合冷却塔
技术领域
本发明涉及工业循环用水冷却技术和节能领域，用于降低出口空气含湿量以及节电节能，具体涉及一种冷却塔。
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，从而实现循环水的降温。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。
目前大多数国家采用传统湿式冷却系统，将冷却循环水喷淋在填料表面，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，在冷却塔出口处湿空气中水蒸气会凝结成水雾，造成环境光污染及影响当地局部气候环境。在中国北方地区，冬季进风口的上方还会出现结冰现象。
对于某些缺水地区来说，湿式冷却的发展，严重地受到了水资源的限制。故多采用干式冷却系统，在干式冷却塔中，循环水与空气的热交换是通过换热器壁面传热，将管内水的热量传输给换热器外流动的空气。因为水与空气不直接接触，故干式冷却塔没有水的蒸发，所以没有冷却水的蒸发损失，但是干式冷却塔的热交换能力远低于湿式冷却塔，而且耗材多，造价大。
此外，冷却塔中落下的冷却水从贮水池通过泵送至塔顶回收再利用的过程严重增加了电力能耗，贮水池雨区噪声巨大，严重影响周围环境，冷却水下落过程对入口气流阻力大，在强风条件下，空气进口处大量冷却水溅出，漂滴损失巨大。
而且，在机械通风冷却塔中，风扇通过电机带动，只要冷却塔工作，电机就要转动，该耗电量约占电厂发电量的1％～1.5％，耗能巨大。
发明内容
本发明的目的是克服上述问题而提供一种节能除雾干湿混合冷却塔，旨在解决湿式冷却塔水损失大、出塔口水雾严重的现象，降低电耗，实现节水节能。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
一种节能除雾干湿混合冷却塔，其特征在于：该冷却塔包括常规冷却塔结构部分、干部空气入口、湿部空气入口、换热器、百叶风口、水轮机、半导体制冷片、小型发电机、高位集水器、加压泵及相关管道；
所述常规冷却塔结构部分主要由塔体、收水器、喷淋喷头、填料、风扇、贮水池、风筒组成；
所述塔体为抽风式机械通风冷却塔，塔体俯视投影为矩形；
所述干部空气入口设置于固定架与塔体顶部之间，环绕布置于塔体四周；
所述湿部空气入口设置于干部空气入口下方，位于高位集水器与贮水池之间，环绕布置于塔体四周；
所述干部空气入口与湿部空气入口外部均设置可调节开度和进风方向的百叶窗；
所述水轮机由固定架固定在塔体内；
所述固定架位于收水器之上，与收水器相邻，俯视投影为十字形，十字交叉点固定有水轮机，四端点固定在塔体侧壁上；
所述固定架与水轮机、塔体接触处均设有缓震胶垫；
所述半导体制冷片设置于风筒内风扇上方的一水平面上，与小型发电机相连接；
所述小型发电机布置于风筒的外侧，小型发电机的输出轴与水轮机的输出轴上分别设置有皮带轮、皮带轮，皮带轮与皮带轮通过皮带连接；
所述高位集水器布置于填料的下方；
所述高位集水器由上槽、下槽、支撑件、细长分隔板、铰接挡板组成；
所述干部空气入口内设置换热器，换热器与百叶窗相邻设置，所述换热器采用管翅式结构，环绕塔体垂直定位，换热器顶部与塔体顶部内侧面紧密接触，底部与固定架紧密接触；
所述换热器通过输水管与水轮机相连，输水管与水轮机接口处设置阀门；
所述换热器通过回水管与贮水池相连；
所述换热器内侧接有百叶风口，百叶风口呈一定的角度向下倾斜，百叶风口具有至少两段风管，即风管、风管，各段风管具有逐渐减小的流动横截面；
所述风管和风管可相对于彼此调节管长度；
所述水轮机内设置涡轮，涡轮具有多个单独的叶片，叶片可以更换，形状为顶部被切除、内凹的半杯状；
所述叶片通过一系列螺钉固定在中心旋转轮毂上；
所述加压泵与主水管、分流管依次相连，每个分流管出口连接喷嘴，喷嘴以特定角度设置在涡轮周围；
所述水轮机底端连接流管，流管与水轮机接口处分别设有阀门，流管另一端与一系列喷淋喷头相连接；
所述涡轮与风扇安装在同一旋转轴上；
所述半导体制冷片冷面朝下，两两相接呈V型半导体制冷片组，所述V型半导体制冷片组在风筒内风扇上方的一水平面内以微小的间隔均匀分布，布满风筒这一水平面；
所述高位集水器设置多个上槽、下槽，下槽位于上槽的下方，并与之基本平行，上槽和下槽叉排布置，上槽边缘和相邻下槽边缘在同一垂线上，高位集水器横截面积与填料横截面积相同；
所述上槽大致为V型截面形状，槽开口向上；
所述下槽大致为缺失上部三边的正八边形截面形状，槽开口向上；
所述上槽由支撑件固定；
所述支撑件截面形状为工字形，上端固定于填料底部，下端固定于上槽的底面；
所述下槽由多个细长分隔板固定；
所述细长分隔板截面呈工字型，上端固定于填料底部，下端固定于下槽的底面；
所述铰接挡板设置在上槽的底部，一端固定在上槽的底面，另一端自由，长度由上下槽间距控制，铰接挡板可以支撑件为中心自由摆动。
本发明具有以下积极效果和技术特征：
1.冷却塔采用干湿混合，运行时可单独进行干冷换热、湿冷换热或同时进行干冷、湿冷换热，换热比例分配可按环境温度调节，解决了湿式冷却塔水蒸发损失大，干式冷却塔在夏季温度较高时换热效率低的缺陷，使得冷却塔在复杂气候条件下能灵活高效运行，达到节水节能效果；
2.干冷段、湿冷段沿垂直方向布置在同一冷却塔内，充分利用塔内空间，节省土地资源的使用，同时增强了塔内的抽吸力，满足更大的热负荷需求；
3.冷却塔出口处设置半导体制冷片，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，减少蒸发损失和飘水损失，降低补充水的水量，有利于节水和环保；
4.冷却塔内设置水轮机，利用循环水的富余水头驱动水轮机，替代电机来带动风扇，节电且噪声小。此外，循环水经水轮机后初步降温，有利于减小喷头堵塞，涡轮叶片的设置增大水流动能，促使喷淋水分布均匀，提高塔内热质交换效率。
5.半导体制冷片的用电由水轮机带动小型发电机发电，充分利用循环水的富余水头，避免产生额外的电耗量；
6.冷却塔填料下方增设高位集水器，高位集水器与填料底部距离较小，使得冷却塔气流阻力小，噪音低，泵送功率低，避免强风情况下空气入口处冷却水的漂滴损失，而且高位集水器叉排设置两层，可以保证降落的冷却水被完全收集。
附图说明
图1是一种节能除雾干湿混合冷却塔的结构示意图；
图2是冷却塔内水轮机涡轮位置横截面图；
图3是水轮机涡轮三维结构图；
图4是半导体制冷片布置三维视图；
图5是半导体制冷片布置俯视图；
图6是高位集水器的结构示意图：
图中标号：1-塔体；2-收水器；3-喷淋喷头；4-填料；5-风扇；6-贮水池；7-干部空气入口；8-湿部空气入口；9-换热器；10-百叶风口；11-水轮机；12-固定架；13-半导体制冷片；14-小型发电机；15-高位集水器；16-输水管；17-回水管；18-主水管；18A、18B、18C、18D-分流管；19-加压泵；20-百叶窗；21A、21B-皮带轮；22-喷嘴；23-涡轮；23A-叶片；23B-螺钉；23C-中心旋转轮毂；24A、24B、24C、24D-流管；25-旋转轴；26-风筒；27-上槽；28-下槽；29-支撑架；30-细长分隔板；31-铰接挡板。
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-图5所示，本发明一种节能除雾干湿混合冷却塔，包括常规冷却塔结构部分、干部空气入口7、湿部空气入口8、换热器9、百叶风口10、水轮机11、半导体制冷片13、小型发电机14、高位集水器15、加压泵19及相关管道；
所述常规冷却塔结构部分主要由塔体1、收水器2、喷淋喷头3、填料4、风扇5、贮水池6、风筒26组成；
所述塔体1为抽风式机械通风冷却塔，塔体1俯视投影为矩形；
所述干部空气入口7设置于固定架12与塔体1顶部之间，环绕布置于塔体1四周；
所述湿部空气入口8设置于干部空气入口7下方，位于高位集水器15与贮水池6之间，环绕布置于塔体1四周；
所述干部空气入口7与湿部空气入口8外部均设置可调节开度和进风方向的百叶窗20；
所述水轮机11由固定架12固定在塔体1内；
所述固定架12位于收水器2之上，与收水器2相邻，俯视投影为十字形，十字交叉点固定有水轮机11，四端点固定在塔体1侧壁上；
所述固定架12与水轮机11、塔体1接触处均设有缓震胶垫；
所述半导体制冷片13设置于风筒26内风扇5上方的一水平面上，与小型发电机14相连接；
所述小型发电机14布置于风筒26的外侧，小型发电机14的输出轴与水轮机11的输出轴上分别设置有皮带轮21A、皮带轮21B，皮带轮21A与皮带轮21B通过皮带连接；
所述高位集水器15布置于填料4的下方；
所述高位集水器15由上槽27、下槽28、支撑件29、细长分隔板30、铰接挡板31组成；
所述干部空气入口7内设置换热器9，换热器9与百叶窗20相邻设置，所述换热器9采用管翅式结构，环绕塔体1垂直定位，换热器9顶部与塔体1顶部内侧面紧密接触，底部与固定架12紧密接触；
所述换热器9通过输水管16与水轮机11相连，输水管16与水轮机11接口处设置阀门；
所述换热器9通过回水管17与贮水池6相连；
所述换热器9内侧接有百叶风口10，百叶风口10呈一定的角度向下倾斜，百叶风口10具有至少两段风管，即风管10a、风管10b，各段风管具有逐渐减小的流动横截面；
所述风管10a和风管10b可相对于彼此调节管长度；
所述水轮机11内设置涡轮23，涡轮23具有多个单独的叶片23A，叶片23A可以更换，形状为顶部被切除、内凹的半杯状；
所述叶片23A通过一系列螺钉23B固定在中心旋转轮毂23C上；
所述加压泵19与主水管18、分流管18A、18B、18C、18D依次相连，每个分流管出口连接喷嘴22，喷嘴22以特定角度设置在涡轮23周围；
所述水轮机11底端连接流管24A、24B、24C、24D，流管24A、24B、24C、24D与水轮机11接口处分别设有阀门，流管24A、24B、24C、24D另一端与一系列喷淋喷头3相连接；
所述涡轮23与风扇5安装在同一旋转轴25上；
所述半导体制冷片13冷面朝下，两两相接呈V型半导体制冷片组，所述V型半导体制冷片组在风筒26内风扇5上方的一水平面内以微小的间隔均匀分布，布满风筒这一水平面；
所述高位集水器15设置多个上槽27、下槽28，下槽28位于上槽27的下方，并与之基本平行，上槽27和下槽28叉排布置，上槽边缘和相邻下槽边缘在同一垂线上，高位集水器15横截面积与填料4横截面积相同；
所述上槽27大致为V型截面形状，槽开口向上；
所述下槽28大致为缺失上部三边的正八边形截面形状，槽开口向上；
所述上槽27由支撑件29固定；
所述支撑件29截面形状为工字形，上端固定于填料4底部，下端固定于上槽27的底面；
所述下槽28由多个细长分隔板30固定；
所述细长分隔板30截面呈工字型，上端固定于填料4底部，下端固定于下槽28的底面；
所述铰接挡板31设置在上槽27的底部，一端固定在上槽27的底面，另一端自由，长度由上下槽间距控制，铰接挡板31可以支撑件29为中心自由摆动。
实施例2
以下结合附图1-图5，说明一种节能除雾干湿混合冷却塔的工作原理。
一种节能除雾干湿混合冷却塔中，湿式冷却采用气水直接接触，水侧流动为循环水经加压泵19依次流入主水管18、分流管18A、18B、18C、18D、水轮机11、流管24A、24B、24C、24D、喷淋喷头3、填料4，与空气进行换热后的冷却水被高位集水器15收集，收集水从槽的端部排出。空气侧流动为塔外空气在风扇抽吸力作用下从湿部空气入口8进入塔内，依次经过百叶窗20、高位集水器15、填料4、喷淋喷头3，与循环水换热后的塔外干冷空气被加热加湿，加热加湿后的空气继续上升，流经收水器2，湿空气中一定体积的颗粒水滴被收集，初步除湿后的空气继续上升，流经风筒26，经半导体制冷片时空气中的水蒸气基本被完全冷却凝结回收，同时，半导体制冷片布置起到挡流板作用，减少空气中裹挟的小水滴，冷却除湿后的干空气排出塔外。
干式冷却采用空气与循环水间壁式换热，进入水轮机11的循环水经输水管16流入换热器9，与在风扇抽吸作用下从干部空气入口7和湿部空气8进入的干冷空气交叉进行换热。干式冷却时，皮带轮21A与皮带轮21B断开，小型发电机14不运行，半导体制冷片停止工作，换热后的空气经风筒26直接排除塔外。
干式冷却与湿式冷却优先采用以下的运行方式对循环水进行冷却：
在环境温度较低的春秋季，采用干式冷却单独运行。此时，流管24A、24B、24C、24D与水轮机11接口处的阀门呈完全关闭状态，输水管16与水轮机11接口处的阀门呈完全开启状态，干部空气入口7与湿部空气入口8外的百叶窗20都呈完全打开状态，进入水轮机11的循环水全部导入换热器9进行干冷换热。
寒冷的冬季，当外界环境温度远低于零下时，干式冷却单独运行时换热单元会发生结霜危害。可将少部分循环水进行湿式冷却，绝大部分循环水进行干式冷却避免这一现象。此时，输水管16与水轮机11接口处的阀门呈完全开启状态，流管24A、24B、24C、24D与水轮机11接口处的阀门呈部分开启状态，干部空气入口7的百叶窗20完全开启，湿部空气入口8的百叶窗20部分开启，干式冷却和湿式冷却的流量比例可以根据需要由阀门的开度来调节。湿式冷却换热后的湿热空气与干式冷却换热后的干热空气在百叶风口10的作用下均匀混合，混合空气向上流经风筒26，经半导体制冷片13冷却除湿后排出塔外。干式冷却出口的循环水与湿式冷却出口的循环水混合后循环使用，这样，在满足了机组热负荷的条件下，又有效的避免了干式冷却冷却单元的结霜危害。
夏季外界环境温度较高，冷却塔换热条件差，纯粹的干式冷却不能满足热负荷的要求，此时采用干湿联合，干湿换热比例可根据气象条件由阀门的开度进行调节，干部空气入口7与湿部空气入口8外的百叶窗20都呈完全打开状态。
当换热器需要维护时，可单独采用湿式冷却。此时，输水管16与水轮机11接口处的阀门关闭，流管24A、24B、24C、24D与水轮机11接口处的阀门完全开启，湿部空气入口8的百叶窗20完全开启，干部空气入口7的百叶窗20关闭，循环水在冷却塔内只进行湿式冷却，换热后的空气经收水器2与半导体制冷片13将所含水蒸气基本完全回收，排出塔外。
高位集水器15的上槽27底部加装铰接挡板31，可保证降落水滴在气流影响下亦可全部被收集。铰接挡板31在湿部空气入口8的气流作用下，可在A、B状态间自由摆动，A状态时无上升空气流，铰接挡板向下，关闭上下槽间的空隙，下落水滴在重力作用下全部垂直落入高位集水器15；B状态时，在湿部空气入口8的上升气流作用下，铰接挡板31向上打开，下落水滴在上升气流的作用下倾斜降落，全部落入集水槽。
综上，本发明所述是一种结合干湿两种冷却方式对循环水进行降温处理的冷却塔，可根据气象条件，采用多种运行模式，保证冷却塔在复杂气候条件下灵活高效运行，达到节水节电效果。
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)

1.一种节能除雾干湿混合冷却塔，其特征在于：该冷却塔包括常规冷却塔结构部分、干部空气入口(7)、湿部空气入口(8)、换热器(9)、百叶风口(10)、水轮机(11)、半导体制冷片(13)、小型发电机(14)、高位集水器(15)、加压泵(19)及相关管道；
所述常规冷却塔结构部分包含塔体(1)、填料(4)、贮水池(6)；
所述水轮机(11)由固定架(12)固定在塔体(1)内；
所述干部空气入口(7)设置于固定架(12)与塔体(1)顶部之间，环绕布置于塔体(1)四周；
所述湿部空气入口(8)设置于干部空气入口(7)下方，位于高位集水器(15)与贮水池(6)之间，环绕布置于塔体(1)四周；
所述高位集水器(15)布置于填料(4)的下方。
2.根据权利要求1所述的一种节能除雾干湿混合冷却塔，其特征在于：
所述常规冷却塔结构部分还包括有收水器(2)、喷淋喷头(3)、风扇(5)、风筒(26)；所述塔体(1)为抽风式机械通风冷却塔，塔体(1)俯视投影为矩形；
所述干部空气入口(7)与湿部空气入口(8)外部均设置可调节开度和进风方向的百叶窗(20)；
所述固定架(12)位于收水器(2)之上，与收水器(2)相邻，俯视投影为十字形，十字交叉点固定有水轮机(11)，四端点固定在塔体(1)侧壁上；
所述半导体制冷片(13)设置于风筒(26)内风扇(5)上方的一水平面上，与小型发电机(14)相连接；
所述固定架(12)与水轮机(11)、塔体(1)接触处均设有缓震胶垫；
所述小型发电机(14)布置于风筒(26)的外侧，小型发电机(14)的输出轴与水轮机(11)的输出轴上分别设置有皮带轮(21A)、皮带轮(21B)，皮带轮(21A)与皮带轮(21B)通过皮带连接；
所述高位集水器(15)由上槽(27)、下槽(28)、支撑件(29)、细长分隔板(30)、铰接挡板(31)组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种节能除雾干湿混合冷却塔，其特征在于所述干部空气入口(7)内设置换热器(9)，换热器(9)与百叶窗(20)相邻设置，所述换热器(9)采用管翅式结构，环绕塔体(1)垂直定位，换热器(9)顶部与塔体(1)顶部内侧面紧密接触，底部与固定架(12)紧密接触；
所述换热器(9)通过输水管(16)与水轮机(11)相连，输水管(16)与水轮机(11)接口处设置阀门；
所述换热器(9)通过回水管(17)与贮水池(6)相连。
4.根据权利要求3所述的一种节能除雾干湿混合冷却塔，其特征在于所述换热器(9)内侧接有百叶风口(10)，百叶风口(10)呈一定的角度向下倾斜，百叶风口(10)具有至少两段风管，即风管(10a)、风管(10b)，各段风管具有逐渐减小的流动横截面；
所述风管(10a)和风管(10b)可相对于彼此调节管长度。
5.根据权利要求3所述的一种节能除雾干湿混合冷却塔，其特征在于所述水轮机(11)内设置涡轮(23)，涡轮(23)具有多个单独的叶片(23A)，叶片(23A)可以更换，形状为顶部被切除、内凹的半杯状；
所述叶片(23A)通过一系列螺钉(23B)固定在中心旋转轮毂(23C)上。
6.根据权利要求3所述的一种节能除雾干湿混合冷却塔，其特征在于所述加压泵(19)与主水管(18)、分流管(18A、18B、18C、18D)依次相连，每个分流管出口连接喷嘴(22)，喷嘴(22)以特定角度设置在涡轮(23)周围。
7.根据权利要求3所述的一种节能除雾干湿混合冷却塔，其特征在于所述水轮机(11)底端连接流管(24A、24B、24C、24D)，流管(24A、24B、24C、24D)与水轮机(11)接口处分别设有阀门，流管(24A、24B、24C、24D)另一端与一系列喷淋喷头(3)相连接。
8.根据权利要求5所述的一种节能除雾干湿混合冷却塔，其特征在于所述涡轮(23)与风扇(5)安装在同一旋转轴(25)上。
9.根据权利要求3所述的一种节能除雾干湿混合冷却塔，其特征在于所述半导体制冷片(13)冷面朝下，两两相接呈V型半导体制冷片组，所述V型半导体制冷片组在风筒(26)内风扇(5)上方的一水平面内以微小的间隔均匀分布，布满风筒这一水平面。
10.根据权利要求3所述的一种节能除雾干湿混合冷却塔，其特征在于所述高位集水器(15)设置多个上槽(27)、下槽(28)，下槽(28)位于上槽(27)的下方，并与之基本平行，上槽(27)和下槽(28)叉排布置，上槽边缘和相邻下槽边缘在同一垂线上，高位集水器(15)横截面积与填料(4)横截面积相同；
所述上槽(27)大致为V型截面形状，槽开口向上；
所述下槽(28)大致为缺失上部三边的正八边形截面形状，槽开口向上；
所述上槽(27)由支撑件(29)固定；
所述支撑件(29)截面形状为工字形，上端固定于填料(4)底部，下端固定于上槽(27)的底面；
所述下槽(28)由多个细长分隔板(30)固定；
所述细长分隔板(30)截面呈工字型，上端固定于填料(4)底部，下端固定于下槽(28)的底面；
铰接挡板(31)设置在上槽(27)的底部，一端固定在上槽(27)的底面，另一端自由，长度由上下槽间距控制，铰接挡板(31)可以支撑件(29)为中心自由摆动。
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