CN109029010A - 一种高效节能除雾冷却塔及其除雾方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效节能除雾冷却塔及其除雾方法，属于冷却塔技术领域。本发明包括塔体，在塔体的顶端设置有风筒，风筒中间设置有轴流风扇，轴流风扇下方设有水轮机，塔体的中部从上而下依次设置有混风冷凝室、雾化区、收水器、布水器和冷却填料，塔体的底部设置有集水池和进风口。本发明在传统冷却塔的基础上将收水器结构进行改进，在冷却塔内还增加了混风冷凝室和喷雾冷凝区，降低了饱和湿热空气的温度和减少饱和湿热空气的含湿量，使排除冷却塔外饱和湿热空气出塔时变为不饱和状态，既较好冷却了热水，又彻底消除冷却塔塔顶白雾笼罩现象，同时减少和消除雾气对环境的污染；水轮机替代电机驱动风扇，体现了“无动力”，节能环保效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及冷却塔技术领域，更具体地说，涉及一种高效节能除雾冷却塔及其除雾方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，我国工业领域也在不断进步，但在节能、节水和环保等方面意识较差，早期工业上对反应釜、换热器、高温炉以及各种产生热量的设备进行冷却，大多数从江、河、湖、井中抽取大量的水，进入到换热设备中进行冷却，结束后将水排放掉，如此浪费了大量的水资源，为了节约水资源，冷却塔应运而生。随着对国外先进冷却塔技术的引进、消化吸收，我国冷却塔技术不断进步，逐渐缩小了与发达国家的差距。
冷却塔是用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置。冷却塔中的热水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热的目的，散去工业上产生的余热来降低水温，以保证系统的正常运行。
传统冷却塔主要由塔体、轴流风机、循环水泵、布水器、喷淋头、冷却填料、集水池和收水器等组成，工艺热水由循环水泵抽运至塔内布水器，经过喷淋头均匀喷洒于冷却填料之上，沿着填料表面向下流动，同时，在塔顶轴流风机风叶驱动下，环境冷空气从塔身下部进气百叶窗口进入塔内，向上穿过冷却填料层、水雾区和收水器直至排出塔外，在此过程中，冷却填料表面形成的水膜大部分与冷空气换热而蒸发，同时其余热水和冷空气进行接触换热，使得热水温度逐渐降低，达到冷却热水的目的，通过换热，冷空气变成了温度较高的湿热空气被排除塔外。
然而，冷却塔内的冷空气与具有余热的循环水进行换热的过程中，由于冷却水的蒸发，湿热空气带走大量热量和水蒸气，使湿热空气温度和湿度较高，湿热空气一排出塔外与冷空气接触，立即被降温冷凝形成白雾，外界环境温度越低，所形成的白雾也就越多越浓，从而容易造成环境污染和形成视觉障碍。长期使用会使大量的水蒸气排到外界空气中，造成循环冷却水的损失以及水资源的浪费。如果工艺热水含有有害物质，排出到空气中造成环境污染。
经检索，中国专利号ZL 201620990391，授权公告日为2017年3月8日，实用新型名称为：一种除雾冷却塔用收水器及除雾冷却塔，该申请案包括塔体，设于塔体顶端的风筒，设于塔体内腔的填料层、配水层和收水器，以及设于塔体内底端的集水池。中国专利号ZL201520126658，授权公告日为2015年7月29日，实用新型名称为：一种除雾节水型冷却塔，该申请案包括塔体，设置在塔体上部的风机、设置在塔体内的收水器、配水系统、填料层，设置在填料层下方塔壁上的进风口，设置在塔体内底部的集水池，配水系统包括内配水系统和外配水系统，内配水系统和外配水系统上设置有喷溅装置，内配水系统上设置有阀门；填料层设置有分区隔板，所述喷溅装置与填料层不同区域一一对应。上述两件专利虽然具有一定的除雾效果，但结构设计都较为复杂，实现成本较高；且除雾及冷却效果均不甚理想，仍存在污染环境和形成视觉障碍的问题，影响企业的生产。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中冷却塔冷却和除雾效果不理想的缺点，提供一种高效节能除雾冷却塔及其除雾方法，本发明在传统冷却塔的基础上将收水器结构进行改进，并且在冷却塔内增加混风冷凝室和喷雾冷凝区，降低了饱和湿热空气的温度和减少饱和湿热空气的含湿量，使排除冷却塔外饱和湿热空气出塔时变为不饱和状态，达到了很好的冷却热水和除雾的效果。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种高效节能除雾冷却塔，包括塔体，塔体的顶端设置有风筒，风筒中间设置有轴流风扇，塔体的中部设置有布水器和冷却填料，塔体的底部设置有集水池和进风口，其塔体中部还包括混风冷凝室、雾化喷嘴、收水器，雾化喷嘴位于混风冷凝室和收水器之间，收水器设置在布水器的上方。
作为本发明更进一步的改进，所述的混风冷凝室设置有多个混风冷凝通道，该混风冷凝通道与空气引入通道相连，空气引入通道与塔体外部的引风机相连，空气引入通道和引风机之间设有控风阀门。
作为本发明更进一步的改进，所述的混风冷凝通道沿竖直方向设置，该混风冷凝通道的一端与风筒连通，另一端与雾化喷嘴所处腔室连通；且相邻的混风冷凝通道之间设置有阻隔板，混风冷凝通道内部填充有冷凝填料。
作为本发明更进一步的改进，所述的空气引入通道设置有主通道和支通道，主通道通过控风阀门与引风机相连，支通道的个数与混风冷凝通道的个数相对应，支通道倾斜设置，连接于混风冷凝通道的中间部位。
作为本发明更进一步的改进，所述的混风冷凝通道和空气引入通道连接为一组装体，该组装体与塔体的侧壁相连，为一可拆卸结构。
作为本发明更进一步的改进，所述的雾化喷嘴沿塔体圆周方向均匀布置，雾化喷嘴通过冷却水管道与管道加压泵相连，冷却水管道上设置有阀门。
作为本发明更进一步的改进，所述的阀门同时控制两个雾化喷嘴，或者一个阀门控制一个雾化喷嘴。
作为本发明更进一步的改进，所述的收水器内部由多层丝网堆叠而成，且所述的丝网为异型丝网。
作为本发明更进一步的改进，所述的轴流风扇下方设置有水轮机，水轮机与热水进入管道相通，水轮机的下方通过热水支管与布水器相通；所述的热水进入管道也与布水器相连，热水进入管道与布水器之间设有旁通阀。
本发明的一种高效节能除雾冷却塔的除雾方法，包括以下步骤：
步骤一、热水进入管道输送水流进入水轮机，驱动水轮机转动，进而水轮机带动轴流风扇旋转；
步骤二、热水进入到冷却塔中的布水器中，由布水器喷头喷洒到冷却填料上，轴流风扇工作将外界空气从进风口吸入到冷却塔中，热水与外界空气在冷却填料内进行换热，被冷却填料冷却的水进入到集水池中；
步骤三、冷空气变成湿热空气，在负压的作用下，在冷却塔中向上运动，进入收水器，收水器对湿热空气进行初步气液分离，分离后的液体落入集水池中，气体继续往上运动；
步骤四、管道加压泵抽取冷却水，由雾化喷嘴喷出，使上升的气体进一步冷却，冷却后的气体进入到混风冷凝室中；
步骤五、引风机吸入外界空气经空气引入通道送入混风冷凝通道，冷却后的气体在混风冷凝通道内与外界空气混合，冷凝填料对混合介质进一步拦截分割，使冷却后的气体进一步混合冷凝，冷凝后气体经过风筒排出塔外。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种高效节能除雾冷却塔，塔体中部设有混风冷凝室，混风冷凝室的内部设置有多个混风冷凝通道，该混风冷凝通道能够将上升的湿热空气进行冷凝，降低气体温度。
(2)本发明的一种高效节能除雾冷却塔，在混风冷凝通道的外部设有倾斜的空气引入通道，空气引入通道与引风机相连，通过空气引入通道使冷风进入混风冷凝室，冷风与湿热空气同方向流动，推动气流向上运动，减轻了轴流风机负荷，冷热介质共同在混风室竖管内混合换热冷凝，竖管内的填料对混合介质进一步拦截分割，使两项介质形成紊乱湍动，混合冷凝效果得到显著加强。
(3)本发明的一种高效节能除雾冷却塔，其混风冷凝通道和空气引入通道连接为一组装体，该组装体与塔体的侧壁相连，为一可拆卸结构，实际使用中，无需对冷却塔进行较大程度改造，即可方便的将组装体安装于冷却塔中；同时，由于冷却塔在使用过程中，混风冷凝通道内部易结垢，需要定期更换，设计为可拆卸结构也更加便于设备维护。
(4)本发明的一种高效节能除雾冷却塔，沿塔体圆周方向均匀布置了雾化喷嘴，该雾化喷嘴将冷却水以雾化的形式喷入到冷却塔内，与上升的湿热空气相接触，直接对流换热，冷凝效果显著。
(5)本发明的一种高效节能除雾冷却塔，湿热空气在上升的过程中，通过雾化喷嘴所处的腔室和混风冷凝室，降低了饱和湿热空气的温度，并减少了饱和湿热空气的含湿量，使排出冷却塔外的饱和湿热空气出塔时变为不饱和状态，达到了很好的冷却热水和除雾的效果。
(6)本发明的一种高效节能除雾冷却塔，冷却水管道上设置有阀门，一个阀门同时控制一到两个雾化喷嘴，可以根据实际情况，控制阀门开合，合理用水，减少水资源的浪费，节约成本。
(7)本发明的一种高效节能除雾冷却塔，其收水器内部由多层丝网堆叠而成，且所述的丝网为异型丝网，对夹带液体的湿热空气进行初步气液分离，拦截被负压带起的较大的水滴，同时为上方雾化水回流与下方湿热汽上升提供交汇平台，形成更多热气凝结内核，在丝网表面形成水膜，增强冷凝效果。
(8)本发明的一种高效节能除雾冷却塔，布水器上设置多个布水器喷头，布水器喷头可将热水转变为雾态，该状态下的热水与上升的气体相接触，增大了接触面积，传热效果更佳；冷却填料设置在布水器喷头和进风口之间，使热水与空气在冷却填料进行传热，增加换热面积和换热量，使得冷却效果更加理想。
(9)本发明的一种高效节能除雾冷却塔，其轴流风扇与水轮机相连，利用热水在一定高度上具有一定的水头这一原理，使热水经水泵沿热水进入管道送入到水轮机中，带动轴流风扇旋转，体现了“无动力”，省去了原有电机带动轴流风扇旋转产生的能耗，节能环保效果显著。
(10)本发明的一种高效节能除雾冷却塔，当热水中含有有害物质时，热水经过冷却塔处理后，使得该冷却塔向外界环境排出的气体中有害物质大大降低，甚至达到有害物质零排放；处理后的热水少部分被排出冷却塔的气体带走，绝大部分冷却后，收集到集水池中，供其他工序使用，使得水资源得到很好的循环利用，无需额外对整个体系增加过多的水，节约了水资源，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的高效除雾节能冷却塔的结构示意图；
图2为本发明实施例2所述的高效除雾节能冷却塔的结构示意图。
1、风筒；2、轴流风扇；3、塔体；4、引风机；5、控风阀门；6、混风冷凝室；7、混风冷凝通道；8、空气引入通道；9、管道加压泵；10、冷却水管道；11、阀门；12、雾化喷嘴；13、收水器；14、水泵；15、热水进入管道；16、布水器；17、布水器喷头；18、冷却填料；19、进风口；20、集水池；21、旁通阀；22、水轮机；23、热水支管。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1，本实施例的一种高效节能除雾冷却塔，在塔体3的顶端设置有风筒1，风筒1中间设置有轴流风扇2，由电机加减速器带动轴流风扇2运转，进而使轴流风扇2工作；在塔体3的中部从上而下依次设置有混风冷凝室6、雾化喷嘴12、收水器13、布水器16和冷却填料18；塔体3的底部设置有进风口19和集水池20，进风口19设置在集水池20上方冷却塔塔体3的侧壁上。
冷却塔的外部设置有水泵14，水泵14将热水通过热水进入管道15送入到冷却塔中的布水器16，热水由布水器16上的布水器喷头17喷洒到冷却填料18上，布水器喷头17将热水转变为雾态，雾态的热水与从进风口19吸入到冷却塔中的外界空气在冷却填料18内进行换热，该状态下的热水与上升的气体相接触，增大了接触面积，传热效果更佳，且冷却填料18也增加了换热面积和换热量，使得冷却效果更加理想。
冷却塔内的收水器13采用异型丝网堆叠而成，结构致密，将上升的湿热空气进行初步气液分离，拦截被负压带起的较大的水滴，同时为上方雾化水回流与下方湿热汽上升提供交汇平台，形成更多热气凝结内核，在丝网表面形成水膜，增强冷凝效果。如果热水中含有有害物质，收水器13中的水膜会吸收有害物质，减少排除塔外的气体中有害物质含量，甚至排出的气体中不含有害物质，保护环境。
在收水器13上方的冷却塔内壁上装有雾化喷嘴12，雾化喷嘴12沿塔体3圆周方向均匀布置，雾化喷嘴12通过塔外的冷却水管道10与管道加压泵9相连，并在冷却水管道10上设置有阀门11，阀门11的个数与雾化喷嘴12的个数相同，即一个阀门11控制一个雾化喷嘴12。根据外界环境温度，控制阀门11开合，外界温度越高，阀门11打开的数量越少甚至不开；外界温度越低，阀门11打开的数量就越多，通过合理用水，达到最佳的效果，减少水资源的浪费，节约成本。雾化喷嘴12将冷却水以雾化的形式喷入到冷却塔内，由于雾化颗粒小，与上升的湿热空气相接触，直接对流换热，冷凝效果显著。
混风冷凝室6设置有多个混风冷凝通道7，该混风冷凝通道7沿竖直方向设置，其一端与风筒1连通，另一端与雾化喷嘴12所处腔室连通；且相邻的混风冷凝通道7之间设置有阻隔板，该阻隔板能够将上升的湿热空气进行阻拦，使湿热空气只能从混风冷凝通道7通过，湿热空气经过混风冷凝通道7内部的冷凝填料，该冷凝填料采用冷却效果更好的冷却填料，使湿热空气的冷却效果更好。
混风冷凝通道7与空气引入通道8相连，该空气引入通道8设置有主通道和支通道，主通道通过塔体3外部的控风阀门5与引风机4相连，支通道的个数与混风冷凝通道7的个数相对应，支通道倾斜设置，连接于混风冷凝通道7的中间部位。引风机4将外界冷空气通过空气引入通道8送入到混风冷凝通道7中，外界冷空气与湿热空气同方向流动，推动气流向上运动，减轻了轴流风扇2的负荷，冷热介质共同在混风冷凝通道7内混合换热冷凝，混风冷凝通道7的冷凝填料对混合介质进一步拦截分割，使两项介质形成紊乱湍动，混合冷凝效果得到显著加强。通过调节阀门11和控风阀门5，控制外引冷风流量和雾化冷却水流量比例，可以达到最佳除湿效果。
利用本实施例的一种高效节能除雾冷却塔进行的除雾的过程如下：水泵14将热水通过热水进入管道15送入到冷却塔中的布水器16，热水由布水器喷头17喷洒到冷却塔内，在轴流风扇2的作用下，外界空气从进风口19进入到塔内，与热水在冷却填料18相汇合，进行换热，被冷却填料18冷却的水进入到集水池20中；气体变成湿热空气，在负压的作用下，气体向上运动，经过收水器13进行初步气液分离，分离后的气体经过雾化喷嘴12所处的腔室，经过雾化传质，使上升的气体进一步冷却，冷却后的气体进入到混风冷凝通道7中，与引风机4吸入的外界空气相汇合，冷凝填料对混合介质进一步拦截分割，使冷却后的气体进一步混合冷凝，冷凝后气体经过风筒1排出塔外。通过对饱和湿热空气直接喷雾传质冷凝降温，然后引入外界环境空气，通过气汽混合，进一步减少饱和湿热空气的饱和度，同时进行着气汽混合换热冷凝，饱和湿热空气出塔时变为不饱和状态，使气体温度和湿度变化曲线始终处于饱和线以下，不会有液滴析出而产生白雾，解决了塔顶白雾笼罩现象的问题；同时，大量蒸发汽水被重新冷凝回流至塔底集水池20而得到循环利用，节约了水资源，降低生产成本。
实施例2
本实施例的一种高效节能除雾冷却塔，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例的一个阀门11同时控制两个雾化喷嘴12。
实施例3
本实施例的一种高效节能除雾冷却塔，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例中混风冷凝通道7和空气引入通道8连接为一组装体，该组装体与塔体3的侧壁相连，为一可拆卸结构，实际使用中，无需对冷却塔进行较大程度改造，即可方便的将组装体安装于冷却塔中；同时，由于冷却塔在长期使用过程中，混风冷凝通道7内部易结垢，需要定期清理，设计为可拆卸结构也更加便于设备维护。
实施例4
结合图2，本实施例的一种高效节能除雾冷却塔，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例中轴流风扇2与水轮机22相连，水轮机22与热水进入管道15相通，水轮机22的下方通过热水支管23与布水器16相通，且在热水进入管道15与布水器16之间设有旁通阀21，旁通阀21可以根据实际情况开合；热水经水泵14沿热水进入管道15送入到水轮机22，由于这部分热水具有热水具有一定的动能和势能，即具有了相应的水头，能够带动水轮机22转动，进而带动轴流风扇2旋转，体现了“无动力”，省去了原有电机带动轴流风扇2旋转产生的能耗，节能环保效果显著，值得说明的是，此处的“无动力”并非说整个除雾冷却塔完全不借用外部动力，而是指利用热水的水头取代了电机产生的电能，无需电机带动轴流风扇2旋转，省去了电机所提供的额外动力。热水继续沿着热水支管23流入到布水器16中，由布水器喷头17喷出。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高效节能除雾冷却塔，包括塔体(3)，塔体(3)的顶端设置有风筒(1)，风筒(1)中间设置有轴流风扇(2)，塔体(3)的中部设置有布水器(16)和冷却填料(18)，塔体(3)的底部设置有集水池(20)和进风口(19)，其特征在于：所述的塔体(3)的中部还包括混风冷凝室(6)、雾化喷嘴(12)、收水器(13)，雾化喷嘴(12)位于混风冷凝室(6)和收水器(13)之间，收水器(13)设置在布水器(16)的上方。
2.根据权利要求1所述的一种高效节能除雾冷却塔，其特征在于：所述的混风冷凝室(6)设置有多个混风冷凝通道(7)，该混风冷凝通道(7)与空气引入通道(8)相连，空气引入通道(8)与塔体(3)外部的引风机(4)相连，空气引入通道(8)和引风机(4)之间设有控风阀门(5)。
3.根据权利要求2所述的一种高效节能除雾冷却塔，其特征在于：所述的混风冷凝通道(7)沿竖直方向设置，该混风冷凝通道(7)的一端与风筒(1)连通，另一端与雾化喷嘴(12)所处腔室连通；且相邻的混风冷凝通道(7)之间设置有阻隔板，混风冷凝通道(7)内部填充有冷凝填料。
4.根据权利要求3所述的一种高效节能除雾冷却塔，其特征在于：所述的空气引入通道(8)设置有主通道和支通道，主通道通过控风阀门(5)与引风机(4)相连，支通道的个数与混风冷凝通道(7)的个数相对应，支通道倾斜设置，连接于混风冷凝通道(7)的中间部位。
5.根据权利要求2-4任一项所述的一种高效节能除雾冷却塔，其特征在于：所述的混风冷凝通道(7)和空气引入通道(8)连接为一组装体，该组装体与塔体(3)的侧壁相连，为一可拆卸结构。
6.根据权利要求2-4任一项所述的一种高效节能除雾冷却塔，其特征在于：所述的雾化喷嘴(12)沿塔体(3)圆周方向均匀布置，雾化喷嘴(12)通过冷却水管道(10)与管道加压泵(9)相连，冷却水管道(10)上设置有阀门(11)。
7.根据权利要求6所述的一种高效节能除雾冷却塔，其特征在于：所述的阀门(11)同时控制两个雾化喷嘴(12)，或者一个阀门(11)控制一个雾化喷嘴(12)。
8.根据权利要求7所述的一种高效节能除雾冷却塔，其特征在于：所述的收水器(13)内部由多层丝网堆叠而成，且所述的丝网为异型丝网。
9.根据权利要求8所述的一种高效节能除雾冷却塔，其特征在于：所述的轴流风扇(2)下方设置有水轮机(22)，水轮机(22)与热水进入管道(15)相通，水轮机(22)的下方通过热水支管(23)与布水器(16)相通；所述的热水进入管道(15)也与布水器(16)相连，热水进入管道(15)与布水器(16)之间设有旁通阀(21)。
10.一种高效节能除雾冷却塔的除雾方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、热水进入管道(15)输送水流进入水轮机(22)，驱动水轮机(22)转动，进而水轮机(22)带动轴流风扇(2)旋转；
步骤二、热水进入到冷却塔中的布水器(16)中，由布水器喷头(17)喷洒到冷却填料(18)上，轴流风扇(2)工作将外界空气从进风口(19)吸入到冷却塔中，热水与外界空气在冷却填料(18)内进行换热，被冷却填料(18)冷却的水进入到集水池(20)中；
步骤三、冷空气变成湿热空气，在负压的作用下，在冷却塔中向上运动，进入收水器(13)，收水器(13)对湿热空气进行初步气液分离，分离后的液体落入集水池(20)中，气体继续往上运动；
步骤四、管道加压泵(9)抽取冷却水，由雾化喷嘴(12)喷出，使上升的气体进一步冷却，冷却后的气体进入到混风冷凝室(6)中；
步骤五、引风机(4)吸入外界空气经空气引入通道(8)送入混风冷凝通道(7)，冷却后的气体在混风冷凝通道(7)内与外界空气混合，冷凝填料对混合介质进一步拦截分割，使冷却后的气体进一步混合冷凝，冷凝后气体经过风筒(1)排出塔外。
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