CN109708489B - 一种雨区采用干湿混合冷却模式的超大型湿式冷却塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雨区采用干湿混合冷却模式的超大型湿式冷却塔，所述超大型湿式冷却塔下部由上至下依次设有填料区和雨区，所述填料区为添加填料的区域，所述雨区为填料区与冷却塔塔底形成的区域，所述雨区设有若干分流板，所述分流板为板状结构，每个分流板的一端连接在超大型湿式冷却塔的塔壁上，每个分流板的另一端指向超大型湿式冷却塔的径向截面中心，每个分流板的两侧倾斜设置，所有分流板关于超大型湿式冷却塔的径向截面中心呈旋转对称性。将湿式冷却雨区分为干区和湿区，形成干湿混合冷却模式，从而降低雨区通风阻力，增强塔内气‑水流场的均匀性，强化雨区及填料区的传热传质性能，进而提高超大型湿式冷却塔的冷却效率。

Description

一种雨区采用干湿混合冷却模式的超大型湿式冷却塔

技术领域

本发明涉及火电站或核电站配备的超大型自然通风湿式冷却塔，具体涉及一种雨区采用干湿混合冷却模式的超大型湿式冷却塔。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

自然通风湿式冷却塔作为大型火电站(及部分核电站)主要冷端设备之一，其内部区域一般分为配水区、填料区以及雨区。湿式冷却塔冷却性能的好坏直接影响凝汽器的真空，进而影响发电机组效率。超大型湿式冷却塔塔底直径一般超过130米，外界冷风很难到达塔心区域，从而严重影响了冷却塔内部流场的均匀性，使冷却塔冷却效率降低。

对1000MW机组冷却塔而言，循环水量最大可达120000吨/小时，因此雨区淋水密度大，增加了冷却塔的通风阻力，外界冷空气很难进入塔心位置，致使塔内流场均匀性降低，减小了冷却塔通风量，降低了雨区的传热传质性能。

雨区通风性能的恶化，直接影响着填料区的通风特性，进而影响填料区和配水区的传热传质性能，从而恶化了全塔的总体热力性能。

为了增加冷却塔进风，发明专利CN200410035709.1《一种冷却塔底部翼型导风板进风整流系统》、实用新型专利CN201320639660.5《一种带有导风板的冷却塔》在塔周进风口附近增加导风装置。本发明的发明人发现使用这种方法虽然使塔周进风趋于均匀，但雨区雨滴通风阻力依然存在。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种雨区采用干湿混合冷却模式的超大型湿式冷却塔，将湿式冷却雨区分为干区和湿区，形成干湿混合冷却模式，从而降低雨区通风阻力，增强塔内气-水流场的均匀性，强化雨区及填料区的传热传质性能，进而提高超大型湿式冷却塔的冷却效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面提供了一种雨区采用干湿混合冷却模式的超大型湿式冷却塔，所述超大型湿式冷却塔下部由上至下依次设有填料区和雨区，所述填料区为添加填料的区域，所述雨区为填料区与冷却塔塔底形成的区域，所述雨区设有若干分流板，所述分流板为板状结构，每个分流板的一端连接在超大型湿式冷却塔的塔壁上，每个分流板的另一端指向超大型湿式冷却塔的径向截面中心，每个分流板的两侧倾斜设置，所有分流板关于超大型湿式冷却塔的径向截面中心呈旋转对称性。

超大型自然通风湿式冷却塔的塔底半径一般超过130m，且雨区大密度的淋水水滴对外界冷空气进入塔内造成了较大的阻力，使外界冷空气难以进入到塔心位置，加剧了冷却塔的流场不均匀性。首先，本发明冷却塔雨区干湿混合冷却系统通过在雨区加装分流板，将湿式冷却塔分为干湿两区，形成干湿混合冷却模式，减小了雨区通风阻力，增加塔心的通风量，增强塔内气-水场的均匀性，强化雨区及填料区的换热，进而提高冷却塔的冷却效率；同时，部分冷空气能够从分流板的两侧流出，使冷空气能够兼顾塔边位置的冷却效果。其次，分流板倾斜设置，主要作用是对收集雨区水滴进行导流，在分流板下方形成干区，消除雨区雨滴造成的空气阻力，使外界空气更易进入到塔心。

本发明另一方面提供了一种上述超大型湿式冷却塔在大型火电站或核电站中的应用。

本发明第三方面提供了一种自然通风湿式冷却方法，提供上述超大型湿式冷却塔，环境中的冷空气在超大型湿式冷却塔内密度压差的作用下经冷却塔底部的空气进口进入冷却塔内部，进入冷却塔内部的冷空气一部分直接与塔边位置的水滴换热，进入冷却塔内部的冷空气另一部分进入分流板下部形成的干区，进入干区的一部分冷空气直接进入塔心，与塔心位置的水滴进行换热，进入干区的另一部分冷空气进入塔边，与塔边位置的水滴进行进一步换热。

本发明的有益效果为：

本发明冷却塔雨区干湿混合冷却系统通过在雨区加装分流板，将湿式冷却塔分为干湿两区，形成干湿混合冷却模式，减小了雨区通风阻力，增强塔内气-水场的均匀性，强化雨区及填料区的换热，进而提高冷却塔的冷却效率。

附图说明

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

图1为自然通风干混合式冷却塔的结构示意图；

图2为图1的轴向截面结构示意图；

图3为分流板的结构示意图；

图4为实施例1分流板在雨区的安装示意图；

图5为安装分流板前后塔内流场对比图；

图6为安装分流板前后塔内温度场对比图；

其中，1、雨区，2、分流板，3、塔壁，4、人字柱，5、收水槽，6、落水孔，7、挡板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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，现有技术中存在冷却效率较低的不足，为了解决如上的技术问题，本公开提出了一种雨区采用干湿混合冷却模式的超大型湿式冷却塔。

本公开的一种典型实施方式，提供了一种雨区采用干湿混合冷却模式的超大型湿式冷却塔，所述超大型湿式冷却塔下部由上至下依次设有填料区和雨区，所述填料区为添加填料的区域，所述雨区为填料区与冷却塔塔底形成的区域，所述雨区设有若干分流板，所述分流板为板状结构，每个分流板的一端连接在超大型湿式冷却塔的塔壁上，每个分流板的另一端指向超大型湿式冷却塔的径向截面中心，每个分流板的两侧倾斜设置，所有分流板关于超大型湿式冷却塔的径向截面中心呈旋转对称性。

超大型自然通风湿式冷却塔的塔底半径一般超过130m，且雨区大密度的淋水水滴对外界冷空气进入塔内造成了较大的阻力，使外界冷空气难以进入到塔心位置，加剧了冷却塔的流场不均匀性。首先，本公开冷却塔雨区干湿混合冷却系统通过在雨区加装分流板，将湿式冷却塔分为干湿两区，形成干湿混合冷却模式，减小了雨区通风阻力，增加塔心的通风量，增强塔内气-水场的均匀性，强化雨区及填料区的换热，进而提高冷却塔的冷却效率；同时，部分冷空气能够从分流板的两侧流出，使冷空气能够兼顾塔边位置的冷却效果。其次，分流板倾斜设置，主要作用是对收集雨区水滴进行导流，在分流板下方形成干区，消除雨区雨滴造成的空气阻力，使外界空气更易进入到塔心。分流板指向冷却塔的径向截面中心，即分流板与分流板所在的径向截面的切线垂直，能够使外界冷空气直接进入塔心位置。

分流板的两侧倾斜设置后，分流板的两侧分为分流板高侧和分流板低侧，分流板高侧是指距离冷却塔底面距离最大的分流板一边，分流板低侧是指距离冷却塔底面距离最小的分流板一边，该实施方式的一种或多种实施例中，分流板低侧设有收水槽，收水槽的一个槽壁的顶边与分流板低侧连接。能够对分流后的水滴进行再分布。

该系列实施例中，收水槽轴向两端为封闭结构，所述收水槽底部设有通孔作为落水孔。能够保证雨区淋水更均匀，增加冷却效果。

其中，所述封闭结构为挡板，所述挡板的高度与收水槽的侧壁高度相同。

该系列实施例中，收水槽两个侧壁的顶边形成的面与冷却塔的径向截面平行。保证收水槽能汇集更多的水滴，增加收水槽的利用率。

该实施方式的一种或多种实施例中，所述填料区上方设有配水区。方便对雨水进行分配。

该实施方式的一种或多种实施例中，分流板与大型湿式冷却塔径向截面的夹角为10～20°。分流板与大型湿式冷却塔径向截面的夹角称为分流板的安装夹角，记为α。安装夹角越小，形成的干区越大，进入塔心位置的冷空气的量越大，该安装夹角的冷却效果更好。

该实施方式的一种或多种实施例中，分流板一端至另一端的距离与填料区塔内半径比为1/3～3/4。能够更好的保证冷空气与塔心位置的水滴进行换热。分流板一端至另一端的距离与填料区塔内半径比称为半径占比，记为γ，分流板一端至另一端的距离称为宽度，记为w，分流板两侧之间的距离称为长度，记为l。

分流板低侧距地面的高度称为安装高度，记为h。分流板的个数记为n。α、h、γ、w以及n的具体取值，要根据冷却塔所在地的地理位置、气象条件、冷却塔运行条件等确定。

冷却塔底部的空气进口为人字柱搭建形成。

本公开的另一种实施方式，提供了一种上述超大型湿式冷却塔在大型火电站或核电站中的应用。

本公开的第三种实施方式，提供了一种自然通风湿式冷却方法，提供上述超大型湿式冷却塔，环境中的冷空气在超大型湿式冷却塔内密度压差的作用下经冷却塔底部的空气进口进入冷却塔内部，进入冷却塔内部的冷空气一部分直接与塔边位置的水滴换热，进入冷却塔内部的冷空气另一部分进入分流板下部形成的干区，进入干区的一部分冷空气直接进入塔心，与塔心位置的水滴进行换热，进入干区的另一部分冷空气进入塔边，与塔边位置的水滴进行进一步换热。

该实施方式的一种或多种实施例中，对雨区中被分流板导流后的水滴进行收集，将收集后的水滴，再进行淋水。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本公开的技术方案。

一种雨区采用干湿混合冷却模式的超大型湿式冷却塔，如图1-4所示，超大型湿式冷却塔下部由上至下依次设有配水区、填料区和雨区1。填料区为添加填料的区域。雨区1为填料区与冷却塔塔底形成的区域。雨区设有4个分流板2，每个分流板2的一端连接在超大型湿式冷却塔的塔壁3底部的人字柱4上，每个分流板2的另一端指向超大型湿式冷却塔的径向截面中心，每个分流板2的两侧倾斜设置，所有分流板2关于超大型湿式冷却塔的径向截面中心呈旋转对称性，分流板2为板状结构，分流板低侧设有收水槽5，收水槽5的一个槽壁的顶边与分流板2低侧连接，收水槽5轴向两端为挡板7，收水槽5底部设有通孔作为落水孔6。

安装分流板的雨区被分为干区和湿区两部分，如图4所示。分流板2下方没有淋水雨滴的区域为干区，未被淋水集水装置覆盖有淋水雨滴的部分为湿区。雨区干区部分因没有水滴阻力的作用，外界冷空气更容易进入到塔心位置，提高流场的均匀性。

分流板以收水槽与冷却塔径向平行的方式进行安装。使分流板与水平面之间的倾斜夹角为α，称之为安装角度。收水槽底部位置距地面的高度h称为安装高度。分流板一端至另一端的长度称为分流板宽，记为w，w与填料区塔内半径的比称为半径占比γ。分流板两侧之间的长度为l。

增设分流板后冷却塔内流场均匀性和热力性能得到一定的改观。对于塔高为177.2m、出口直径为79.3m、喉部高度为141.1m、喉部直径为77.9m、进风口高度为12.0m、淋水面积为13000m²的冷却塔进行模拟，当α＝15°、h＝8.5m、γ＝2/3、w＝47.4m、n＝4时，结果如图4～5所示，图4为安装分流板前后冷却塔内速度场对比，从图5中可以看出，增加分流板后雨区空气流速增加，冷空气更易进入到塔心位置，塔内空气流场也趋于均匀。图6为安装分流板前后冷却塔内部温度场对比，从图5中可以看出，加装分流板后塔内温度场更加均匀，并且塔心位置温度明显降低。

当固定板长l为13.5m时(w＝47.4m、n＝4)，变半径占比及安装角度对冷却塔热力性能的影响模拟结果如表1所示。

表1分流板参数变化对冷却塔热力性能的影响(l＝13.5m)

分析表1数据可知，增设分流板在冷却塔雨区形成干湿混合冷却系统后，冷却塔的热力性能有所提升，水温降最大可达0.3℃。模拟结果表明，设置六块分流板时，对冷却塔热力性能的强化效果更佳，因此考虑到分流板板宽、分流板数量的变化对热力性能的影响，最终采用雨区干湿混合冷却技术后，同等条件下，超大型湿式冷却塔的出塔水温可多降低0.5～0.8℃。

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

Claims (8)

1.一种雨区采用干湿混合冷却模式的超大型湿式冷却塔，其特征是，所述超大型湿式冷却塔下部由上至下依次设有填料区和雨区，所述填料区为添加填料的区域，所述雨区为填料区与冷却塔塔底形成的区域，所述雨区设有若干分流板，所述分流板为板状结构，每个分流板的一端连接在超大型湿式冷却塔的塔壁上，每个分流板的另一端指向超大型湿式冷却塔的径向截面中心，每个分流板的两侧倾斜设置，所有分流板关于超大型湿式冷却塔的径向截面中心呈旋转对称性；

分流板低侧设有收水槽，收水槽的一个槽壁的顶边与分流板低侧连接；

收水槽轴向两端为封闭结构，所述收水槽底部设有通孔作为落水孔。

2.如权利要求1所述的超大型湿式冷却塔，其特征是，收水槽两个侧壁的顶边形成的面与冷却塔的径向截面平行。

3.如权利要求1所述的超大型湿式冷却塔，其特征是，所述填料区上方设有配水区。

4.如权利要求1所述的超大型湿式冷却塔，其特征是，分流板与大型湿式冷却塔径向截面的夹角为10～20°。

5.如权利要求1所述的超大型湿式冷却塔，其特征是，分流板一端至另一端的距离与填料区塔内半径比为1/3～3/4。

6.一种权利要求1～5任一所述的超大型湿式冷却塔在大型火电站或核电站中的应用。

7.一种自然通风湿式冷却方法，其特征是，提供权利要求1～5任一所述的超大型湿式冷却塔，环境中的冷空气在超大型湿式冷却塔内密度压差的作用下经冷却塔底部的空气进口进入冷却塔内部，进入冷却塔内部的冷空气一部分直接与塔边位置的水滴换热，进入冷却塔内部的冷空气另一部分进入分流板下部形成的干区，进入干区的一部分冷空气直接进入塔心，与塔心位置的水滴进行换热，进入干区的另一部分冷空气进入塔边，与塔边位置的水滴进行进一步换热。

8.如权利要求7所述的冷却方法，其特征是，对雨区中被分流板导流后的水滴进行收集，将收集后的水滴，再进行淋水。

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