CN108225043A

CN108225043A - 可消纵向旋涡的填料及高位收水冷却塔

Info

Publication number: CN108225043A
Application number: CN201810106294.4A
Authority: CN
Inventors: 赵元宾
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2018-06-29

Abstract

本发明公开了一种可消纵向旋涡的填料及高位收水冷却塔，包括可消纵向旋涡的填料和高位收水冷却塔。可消纵向旋涡的填料由内环填料、中环填料和外环填料构成，其中中环填料底部相对于内环填料底部下凸，外环填料底部相对于中环填料底部下凸，凸起面向收水装置，内环填料、中环填料、外环填料的顶部平齐；高位收水冷却塔由塔筒、除水器、配水系统、可消纵向旋涡的填料、收水装置等组成。本发明通过填料底部外圈相对于内圈向下凸起，减小了高位塔外环收水装置区域纵向旋涡的生成空间，有效减小甚至消除了高位塔外环收水装置区域空气流场的纵向旋涡，强化了高位塔外环区域传热传质，提高了高位塔热力性能，对于其设计优化及系统节能有重要的价值。

Description

可消纵向旋涡的填料及高位收水冷却塔

技术领域

本发明涉及火力发电厂和原子能发电领域，确切地说是可消纵向旋涡的填料及高位收水冷却塔。

背景技术

高位收水冷却塔(简称高位塔)在国内使用日益增多，随着我国1000MW级大型电站机组的建设及对沿海电站循环水热污染的重视，高位收水冷却塔已是超大型冷却塔技术发展的新方向之一。相比常规自然通风冷却塔，高位收水冷却塔采用收水装置进行高位收水，具有节能、降噪等优点。通过收水装置高位收水，高位塔可大幅减小其供水几何扬程。高位塔供水几何扬程为配水水位和收水水位之间的落差，不受冷却塔进风口高度的限制，因此有利于冷却塔的大型化。常规自然通风冷却塔在填料下方存在大的雨区，大雨区存在的优点是有一定的传热传质能力，可降低环境自然风的不利影响，但雨区阻力较大，且动能损失较大。而采用高位收水装置的高位冷却塔，则将填料下方的雨滴通过收水装置汇集到集水沟，形成一定的水头从而大幅降低循环水泵扬程，实现高位收水冷却塔的运行节能；采用高位收水装置，则将原来的大雨区缩小为小雨区，一定程度上减小了雨区的传热传质能力；但因为大雨区的减小，高位收水冷却塔通风阻力减小，增大了通风量，一定程度的上强化了其余区域的传热传质。现有技术中专利名称为：核电收水装置及包含收水装置的高位塔(公布号CN201410021108)。

现有的高位收水冷却塔结构如图1所示，其在不同环境风速下的空气动力场如图2～图4所示。由图1可知，无环境自然风条件下，高位塔进风口处空气流速沿高度分布相对均匀，塔内填料下方收水装置具有一定的导向作用，但在高位塔最外侧收水单元与塔壁间所形成的收水装置区域最外侧空气流动通道内存在大的纵向旋涡，降低了该区域内空气流速及其上部填料区的传热传质。如图2、图3所示，随环境侧风风速的增加，高位塔迎风侧收水装置区域纵向旋涡逐渐增大，背风侧收水装置区域纵向旋涡相对较小。在2m/s环境自然风下，高位塔迎风侧进风口上缘产生的纵向旋涡基本可充满其迎风侧收水装置区域的4个空气流动通道；在7m/s环境自然风下，高位塔迎风侧纵向漩涡更大，几乎影响了整个半塔的收水装置区域，造成迎风侧半塔收水装置区域所有空气流动通道内空气流速均较小。由此可见，高位收水冷却塔内存在的纵向漩涡是影响高位收水冷却塔冷却性能的主要因素。为提高高位收水冷却塔冷却性能，有必要减小或消除高位收水冷却塔内收水装置区域所存在的纵向漩涡。

申请公布号CN201510250178，该专利技术公开了一种高位收水冷却塔非均匀填料系统，解决的技术问题和取得技术效果为提高填料区域的气水比，充分利用高位收水冷却塔填料的冷却能力，提高高位收水冷却塔的冷却效率。而该发明非均匀填料并未对高位收水冷却塔内的纵向旋涡产生减小或消除作用，依然极易诱导大的纵向旋涡，使其冷却性能急剧降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是高位收水冷却塔填料下方外围收水装置区域存在的大的纵向旋涡，特别是在环境侧风条件下，纵向旋涡覆盖了高位塔迎风侧收水区域多个空气流动通道，造成该区域上方通风量较小、传热传质较差，高位收水冷却塔冷却性能相应降低。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：

本发明公开的一种可消纵向旋涡的填料，所述填料的底部，其外圈相对于内圈向下凸起，凸起面朝向收水装置。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：

所述的填料沿径向由内向外分为内环填料、中环填料和外环填料，所述的内环填料、中环填料和外环填料的顶部平齐，所述的外环填料底部相对于中环填料底部下凸；所述的中环填料底部相对于内环填料底部下凸；所述的内环填料、中环填料和外环填料的底部沿径向由内向外形成了阶梯状结构。

本发明中高位收水冷却塔填料底部所形成的阶梯状结构，通过近高位塔进风口上沿外环填料的底凸大幅减小了近高位塔进风口位置的收水装置尺寸，减小了高位塔外环收水装置区域附近纵向旋涡的生成空间，实现了高位塔外环收水装置区域空气流场纵向旋涡的有效减小或消除。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：

在所述的内环填料厚度为H_f时，所述的外环填料由塔壁向塔心竖井延伸H_f～16H_f；所述的中环填料自外环填料内侧向塔心竖井延伸0～16H_f；所述的内环填料自中环填料内侧向内延伸至塔心竖井。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：

在所述的内环填料厚度为H_f时，所述中环填料11相对于内环填料10底部下凸0.1H_f～H_f，所述的外环填料12相对于中环填料11底部下凸0.1H_f～1.5H_f。

本发明公开了一种高位收水冷却塔，包括所述的底部下凸的可消纵向旋涡的填料。

进一步的，所述的高位收水冷却塔，包括塔筒，塔筒的底部是进风口，顶部是空气出口；在其底部位置由上到下依次设有除水器、配水系统、所述的可消纵向旋涡的填料和收水装置。

进一步的，所述的收水装置包括多个并排布置的收水单元，所述的收水单元与塔壁间形成收水装置区域最外侧空气流动通道，所述的收水单元之间形成收水装置区域空气流动通道，所述收水单元包含U型收水槽和收水斜板，所述的U型收水槽设置在收水斜板的底部。

进一步的，所述的收水装置区域，沿径向由塔中心向外分为内环收水装置区域、中环收水装置区域和外环收水装置区域，分别与所述的内环填料、中环填料和外环填料在径向上一一对应。

进一步的，所述的内环收水装置区域收水单元的收水斜板与水平面间的夹角即其倾角α为40°～50°，用于内环填料收水；所述的中环收水装置区域收水单元的收水斜板与水平面间的夹角即其倾角α为35°～48°，用于中环填料收水；所述的外环收水装置区域收水单元的收水斜板与水平面间的夹角即其倾角α为20°～45°，用于外环填料收水。

对于内环收水装置区域，其收水空间较大，收水斜板采用大的收水倾角，即可有大的收水面积。但对于外环收水装置区域，收水单元收水斜板采用小的倾角，可增大单个收水单元的收水面积，从而减小外环收水装置区域收水单元的个数，以最小化外环收水装置区域的通风阻力。

进一步的，横跨内环收水装置区域和中环收水装置区域的收水单元的具有不同倾角α的相邻收水斜板之间采用密封板进行密封，以实现收水单元的有效收水。

进一步的，横跨中环收水装置区域和外环收水装置区域的收水单元的具有不同倾角α的相邻收水斜板之间采用密封板进行密封，以实现收水单元的有效收水。

本发明通过填料底部外圈相对于内圈向下凸起，从而形成了填料底部沿径向呈阶梯状结构的高位收水冷却塔，其中距高位塔进风口较近的外环填料的底凸大大减小了高位塔外环收水装置区域空气流道内纵向旋涡的生成空间，有效减小甚至消除了高位塔外环收水装置区域空气流场的纵向旋涡，实现了高位塔收水区空气流场的有效重构，对于高位收水冷却塔局部传热传质强化及其系统热力性能改善具有重要的理论意义。

本发明高位收水冷却塔结构特点：

1.外环填料底凸有效减小了高位塔外环收水装置区域纵向旋涡的生成空间；

2.减小甚至消除了高位塔收水装置区域外侧空气流道的纵向旋涡；

3.强化了高位塔外环区域的传热传质；

4.提高了高位收水冷却塔整体热力性能；

5.在相同的冷却性能下，可减小高位收水冷却塔尺寸；

6.在相同的冷却性能下，可减小高位收水冷却塔造价；

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为采用常规填料的自然通风高位收水冷却塔的结构示意图。

图2为无环境自然风时高位塔外侧收水装置区域局部空气流场。

图3为2m/s环境自然风条件下高位塔迎风侧收水装置区域局部空气流场。

图4为7m/s环境自然风条件下高位塔迎风侧收水装置区域局部空气流场。

图5为本发明的带底凸填料的高位收水冷却塔结构示意图。

图6为本发明可消纵向旋涡的填料的结构示意图。

图7为收水装置区域俯视图。

图8为收水装置结构示意图。

图9为收水单元结构示意图。

图10横跨相邻收水装置区域的同一收水单元两种倾角收水斜板间的密封。

附图标记说明：1-塔筒；2-空气出口；3-除水器；4-配水系统；5-收水装置；6-底部平齐的常规填料；7-进风口；8-塔心竖井；9-底部下凸的可消纵向旋涡填料；10－内环填料；11－中环填料；12－外环填料；13－集水沟；14－塔壁；15－最外侧收水单元；16－收水装置区域最外侧空气流动通道；17－收水单元；18－收水装置区域空气流动通道；19－内环收水装置区域；20－中环收水装置区域；21－外环收水装置区域；22－U型收水槽；23－收水斜板；24－大倾角的收水斜板；25－小倾角的收水斜板；26－密封板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的高位塔以及在不同自然条件下高位塔迎风侧收水装置区域局部空气流场如图1-4所示，其填料采用的是如图1所示的底部平齐的常规填料6，高位塔填料下方收水装置具有一定的导向作用，但在高位塔最外侧收水单元与塔壁间所形成的收水装置区域最外侧空气流动通道内存在大的纵向旋涡，降低了该区域内空气流速及其上部填料区的传热传质。随环境侧风风速的增加，高位塔迎风侧收水装置区域纵向旋涡逐渐增大，在2m/s环境自然风下，高位塔迎风侧进风口上缘产生的纵向旋涡基本可充满其迎风侧收水装置区域的4个空气流动通道；在7m/s环境自然风下，高位塔迎风侧纵向漩涡更大，几乎影响了整个半塔的收水装置区域。由此可见，高位收水冷却塔内存在的纵向漩涡是影响高位收水冷却塔冷却性能的主要因素。为提高高位收水冷却塔冷却性能，有必要减小或消除高位收水冷却塔内收水装置区域所存在的纵向漩涡。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种可消纵向旋涡的填料及高位收水冷却塔。

本申请的一种典型的实施方式中，如图5、图6所示，本发明一种底部下凸的可消纵向旋涡填料9及包含填料的高位收水冷却塔，高位收水冷却塔本体由塔筒1、除水器3、配水系统4、底部下凸的可消纵向旋涡填料9、收水装置5组成；该冷却塔可以消除其进风口上沿外环收水装置区域空气流场的纵向旋涡，该纵向旋涡消除装置为设置在塔筒1内、进风口7和收水装置5上方的底部下凸的可消纵向旋涡填料9，本发明通过改变填料的结构，实现了对其底部收水装置区域空气流场纵向旋涡的消除。

具体的，沿径向由冷却塔中心向外依次将填料分为内环填料10、中环填料11和外环填料12。所述的内环填料10、中环填料11和外环填料12的顶部保持平齐，以保证配水系统4在填料9顶部均匀配水。在内环填料10厚度为H_f时，所述的外环填料12由塔壁向塔心竖井8延伸H_f～16H_f；所述的中环填料11自外环填料12内侧向塔心竖井8延伸0～16H_f；所述的内环填料自中环填料内侧向内延伸至塔心竖井。所述中环填料11相对于内环填料10底部下凸0.1H_f～H_f，所述的外环填料12相对于中环填料11底部下凸0.1H_f～1.5H_f。

所述的内环填料10、中环填料11和外环填料12所形成的阶梯状结构的凸起部分面向收水装置5。

如图7、图8所示的收水装置5包括多个并排布置的收水单元17。收水装置5所在区域，沿径向由塔中心向外依次分为内环收水装置区域19、中环收水装置区域20和外环收水装置区域21，分别与内环填料10、中环填料11和外环填料12在径向上一一对应。

收水单元17包含U型收水槽22、收水斜板23。所述的内环收水装置区域19收水单元17的收水斜板22与水平面间的夹角即其倾角α为40°～50°，用于内环填料10收水；所述的中环收水装置区域20收水单元17的收水斜板22与水平面间的夹角即其倾角α为35°～48°，用于中环填料11收水；所述的外环收水装置区域21收水单元17的收水斜板22与水平面间的夹角即其倾角α为20°～45°，用于外环填料12收水。

如图10所示的，对于横跨内环收水装置区域19和中环收水装置区域20的收水单元17，其在内环收水装置区域19和中环收水装置区域20的衔接处，大倾角的收水斜板24和小倾角的收水斜板25之间采用密封板26进行密封；对于横跨中环收水装置区域20和外环收水装置区域21的收水单元17，其在中环收水装置区域20和外环收水装置区域21的衔接处，大倾角的收水斜板24和小倾角的收水斜板25之间采用密封板26进行密封。

本发明通过填料底部外圈相对于内圈向下凸起，从而形成了填料底部沿径向呈阶梯状结构的高位收水冷却塔，其中距高位塔进风口较近的外环填料的底凸大大减小了高位塔外环收水装置区域空气流道内纵向旋涡的生成空间，有效减小甚至消除了高位塔外环收水装置区域空气流场的纵向旋涡，实现了高位塔收水装置区域空气流场的有效重构，强化了高位塔外环区域的传热传质，提高了高位塔整体热力性能，可在相同冷却性能下，减小高位塔尺寸及其造价，对于高位塔设计优化及其系统节能具有重要的价值。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种可消纵向旋涡的填料，其特征在于，所述填料的底部，其外圈相对于内圈向下凸起，凸起面向收水装置。

2.如权利要求1所述的一种可消纵向旋涡的填料，其特征在于，所述的填料分为内环填料、中环填料和外环填料，内环填料、中环填料和外环填料的顶部平齐，所述的外环填料底部相对于中环填料底部下凸；所述的中环填料底部相对于内环填料底部下凸；所述的内环填料、中环填料和外环填料的底部沿径向由内向外形成了阶梯状结构。

3.如权利要求2所述的一种可消纵向旋涡的填料，其特征在于，在所述的内环填料厚度为H_f时，所述的外环填料由塔壁向塔心竖井延伸H_f～16H_f；所述的中环填料自外环填料内侧向塔心竖井延伸0～16H_f；所述的内环填料自中环填料内侧向内延伸至塔心竖井。

4.如权利要求2所述的一种可消纵向旋涡的填料，其特征在于，在所述的内环填料厚度为H_f时，所述的外环填料底部相对于中环填料底部下凸0.1H_f～H_f；所述中环填料底部相对于内环填料底部下凸0.1H_f～1.5H_f。

5.一种高位收水冷却塔，其特征在于，包括权利要求1～4任一所述的可消纵向旋涡的填料。

6.如权利要求5所述的一种高位收水冷却塔，其特征在于，所述的高位收水冷却塔，包括塔筒，塔筒的底部是进风口，顶部是空气出口；在其底部位置由上到下依次设有除水器、配水系统、所述的填料和收水装置。

7.如权利要求6所述的一种高位收水冷却塔，其特征在于，所述的收水装置包括多个并排布置的收水单元，所述收水单元包含U型收水槽和收水斜板，其所在收水装置区域沿径向由塔中心向外依次分为内环收水装置区域、中环收水装置区域和外环收水装置区域，分别与所述的内环填料、中环填料和外环填料在径向上一一对应。

8.如权利要求7所述的一种高位收水冷却塔，其特征在于，所述的内环收水装置区域收水单元的收水斜板与水平面间的夹角，即其倾角为40°～50°，用于内环填料收水；所述中环收水装置区域收水单元的收水斜板与水平面间的夹角即其倾角为35°～48°，用于中环填料收水；所述外环收水装置区域收水单元的收水斜板与水平面间的夹角即其倾角为20°～45°，用于外环填料收水。

9.如权利要求8所述的一种高位收水冷却塔，其特征在于，横跨内环收水装置区域和中环收水装置区域的收水单元的具有不同倾角α的相邻收水斜板之间采用密封板进行密封，以实现收水装置区域内环和中环衔接处的有效收水。

10.如权利要求8所述的一种高位收水冷却塔，其特征在于，横跨中环收水装置区域和外环收水装置区域的同一收水单元的具有两种倾角α的相邻收水斜板之间采用密封板进行密封，以实现收水装置区域内环和中环衔接处的有效收水。