CN109974468A - 循环冷却回水富余能量利用工艺及设施 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍了一种循环冷却回水富余能量利用设施，具有进水总管、支路A、支路B、冷却塔A、冷却塔B。冷却塔A上设置有转速测量装置，冷却塔A的排风口处的风机叶轮下方具有共用转轴的水轮机叶轮；两个冷却塔的两水槽通过布水槽连通管及连通阀控制连通。其控制方法是分别控制调控阀A和调控阀B的开合度，使支路A能够进入足量的循环冷却回水为水轮机提供足量的水能，推动水轮机和塔顶风叶转动，达到设计冷却效果而不耗电。本发明充分利用循环冷却回水富余能量，完全替代电动机推动风叶旋转，节约用电，且自控程度较高。

Description

循环冷却回水富余能量利用工艺及设施
技术领域
本发明涉及一种冷却塔的构造及其运行技术。
背景技术
冷却塔通常是采用冷风对热水进行冷却降温，形成冷却的溶液流入冷却塔底部，热风从冷却塔的顶部被风机排出。过去一直使用电机驱动风机的风叶旋转排风。
专利申请号为2012100232870的发明公开了一种横流冷却塔，包括塔体、进风口和出风口，进风口设于塔体一侧，出风口设于塔体另一侧，出风口处设有引风机，塔体内上部设有喷淋装置，喷淋装置与水管连接，塔体底部安装有水箱，水管下端伸入水箱内，水管末端安装有水泵，水箱底部与排水管连接。该发明的出风口的引风机需要消耗额外能源。
专利申请号为2013102017318的发明涉及冷却塔辅助设备技术领域，具体而言，涉及一种水动风力推进器及冷却塔风力系统。水动风力推进器，包括机壳、进水口、出水口、风扇和叶轮；机壳内设有集水器，集水器两端分别延伸与机壳的两端密封连接；集水器的周侧沿集水器的轴向均匀排布有多层进水孔；叶轮设置于集水器内；进水口设于机壳的侧壁上，出水口位于叶轮的下方的机壳上；风扇设于机壳的上部；叶轮和风扇共轴连接。该发明对热交换部件公开较少，缺少补风和冷却液循环使用功能，不能保证有效利用水资源和富余动力。
发明内容
发明目的：
提供一种减少能源消耗、充分利用水力资源的冷却塔余压利用工艺设施及其控制方法。
技术方案：
本发明提供的一种循环水冷却塔余压利用设施，具有进水总管、支路A（该支路上设置有调控阀A）、支路B（该支路上设置有调控阀B）、冷却塔A、冷却塔B。
进水总管供循环冷却水回水进入，进水总管分别连通支路A和支路B，支路A上设置有进水量自动调控阀A，支路B通过进水口B连通冷却塔B的布水槽，支路B上设置有进水量调控阀B。
冷却塔A顶部的风机叶轮下方具有共用转轴（优选铅垂设置，与排风流向一致，水流畅，风阻小）的水轮机叶轮，支路A连通冷却塔A水轮机的进水口A，水轮机的排出水进入冷却塔A的布水槽。
另外具有控制器；控制器与调控阀A之间具有控制线A相连接，能控制调控阀A的开合度；冷却塔A上设置有测量水轮机叶轮或风机叶轮转速的转速测量装置；控制器与转速测量装置之间具有能采集转速测量装置的转速数据的转速信号线。
循环冷却回水从支管A通过进水口A进入水轮机，携带的水能量（支管A中回水流量与富余压力之积；富余压力指除了能够满足水由入口流向出口或者由地处流向高处需要的压力，还具有能够驱动其它机械部件运动的压力）推动水轮机叶轮旋转，进而带动风机叶轮旋转。冷却塔A上设置有测量水轮机叶轮或风机叶轮转速的转速测量装置（连接在转轴上的转速表）。
冷却塔B的顶部排风口处的风机叶轮B下方具有共用转轴的减速机，减速机由电动机连接并驱动，进而驱动风机叶轮B旋转。控制器与调控阀B之间具有控制线B相连接，能控制调控阀B的开合度。
进水口A与水轮机叶轮基本在同一水平位置，进水口B位于减速机下方。
两个冷却塔的布水槽之间具有连通管，连通管上设置有单向流动阀门。
冷却塔B的排风口下方均具有淋水装置、热交换填料（让冷风与较热的循环水有充分的接触面积）。
支路B的管径小于支路A的管径。两个布水槽通过布水槽连通管相互连通，布水槽连通管上设置有连通阀，支路A中水量较大。从水轮机流出的水量较大，进入冷却塔A布水槽中后形成高液位，而从支管B中进入冷却塔B布水槽的水较少，液位较低，水由冷却塔A布水槽向冷却塔B单向流动。
本发明中，将转速与预先设计值比较，控制器根据转速信号分别控制调控阀A和调控阀B的开合度，保持与水轮机额定流量相近流量的循环冷却水回水通过支管A进入水轮机，提供足量的水动能保持水轮机带动冷却塔顶部风叶在设计转速下旋转，不再使用电动机驱动风机，节约电能。
循环冷却回水进入水轮机的进口富余压力应约0.04MPa-0.1MPa。单位时间进入水轮机的回水流量与富余压力之积应大于所述风机转动需要的额定功率的50%以上，100%以下，保证设备正常运行，回水正常流动驱动水轮机叶轮，风机叶轮被正常带动转动排风。水压也不易过大，超出风机需要的功率，导致设备及管路易于损坏，浪费能源（避免输送回水至进水总管的输送泵消耗过多电能，在有上述富余水压的情况下，自然流动输送即可）。
本发明中，为解决冷却塔超负荷达不到冷却效果问题，也可以将水轮机排出水全部流通过支路A送至冷却塔A布水槽，不进入支路B。因水轮机排出水流量大，冷却塔A布水槽中水位更高，水通过布水槽连通管进入冷却塔B的布水槽，提供冷却B更多的水流压力和水流，提高冷却塔B的热交换及冷却能力。
本发明中，进水总管的进水压力在使用水轮机替代电动机及减速箱后保持不变，保证不增加循环水泵输送电耗。通过控制器分别控制调控阀A和调控阀B的开合度，增大支管A流量，提高进水轮机的循环冷却回水流量，从而使水流量和压力之积增加较多，为水轮机提供充足的动力，确保水轮机达到设计转速，驱动风叶旋转，达到额定排风量，达到设计冷却效果而不耗电。。水轮机转速过快时，转速信号馈送关小阀A信号，流量减小，水轮机转速下降。反之，则开大阀A,增大转速。
两个冷却塔壁面上均可以设置有拔风口，供进入冷空气。单位时间内，优选冷却塔A的气水比--空气的体积（单位：千立方米）与进水的体积（单位：立方米）的比值达到0.5-1：1（空气的体积与进水的体积，使得与富余的水压与出风带来的冷却塔冷却效果有机联动），此时的能耗比较经济，而且冷却效率较高。
有益效果：
本发明的冷却塔A的风机叶轮的运转完全利用富余的水能量，本发明充分利用循环冷却回水富余能量保证水轮机达到设计转速，完全替代电动机推动冷却塔顶部风叶旋转，将循环冷却回水的蕴含的热量（用于热交换）和积蓄的富余能量（动能和势能）都能充分利用，节约用电，节约能源消耗。通过控制系统的自动采集信号和自动控制阀门的开合程度，整个系统能够自动运行，减少了人工值守，自控程度较高。本发明的富余水压和水气比的工艺参数设置合理，保证了设备的正常运行所需的动力、不给设备额外的负荷和具有较高的热交换效率。
附图说明
图1是本发明的一种纵向剖面结构示意图；
1-进水总管；2-支路A；3水轮机叶轮；4-布水槽连通管；6-电动机；7-减速机；8-支路B；9-控制器；20-调控阀A；21-转速测量装置；31-进水口A；32-排风口；33-风叶叶轮；34-淋水装置；35-热交换填料；40-单向连通阀；41-余水口；42-补水口；70-进水口B；80-调控阀B；90-转速信号线；91-控制线A；92-控制线B。
具体实施方式
实施例一：
如图1所述的冷却塔余压利用设施，具有进水总管、支路A、支路B、冷却塔A、冷却塔B，进水总管分别连通支路A和支路B，支路A连通冷却塔A的进水口A，支路A上设置有调控阀A，支路B连通冷却塔B的进水口B，支路B上设置有调控阀B，冷却塔A顶部的风机叶轮下方具有共用转轴的水轮机叶轮，冷却塔A上设置有测量水轮机叶轮的转速测量装置。
冷却塔B顶部的风机叶轮下方具有共用转轴的减速机，减速机由电动机连接并驱动；另外具有控制器；控制器与调控阀A之间具有控制线，能控制调控阀A的开合度；控制器与调控阀B之间具有控制线，能控制调控阀B的开合度；控制器与转速测量装置之间具有转速信号线能采集转速测量装置的转速数据。
两个冷却塔的排风口下方，均具有布水槽，两个布水槽通过布水槽连通管相互连通，布水槽连通管上设置手动阀。
工作时，冷却塔A和冷却塔B的额定设计负荷为3500m3/h。水轮机的额定流量为4000m3/h。原来支管A和支管B中循环冷却回水流量约2800m3/h，分别进入冷却A和冷却塔B的布水槽，然后回水经布水槽进入喷头喷淋至各塔中冷却。
本发明中，在回水富余压力未发生变化的情况下，通过控制器分别控制调控阀A和调控阀B的开合度，使得进入支管A的水流量达到4000左右，推动已替代电机及减速箱的水轮机带动风叶以原转速旋转。支管B的流量则降至1600左右，水轮机排水进入冷却塔A布水槽后，约1000流至冷却塔B布水槽，在冷却塔B中冷却。
通过合流利用，水轮机得到足够的水能；通过分流冷却，冷却塔A未超负荷冷却，保持合适的冷却效果。

Claims (8)

1.一种循环冷却回水富余能量利用设施，具有进水总管、支路A、支路B、冷却塔A、冷却塔B，进水总管分别连通支路A和支路B，支路A上设置有进水量自动调控阀A，支路B通过进水口B连通冷却塔B的布水槽，支路B上设置有进水量调控阀B，其特征在于：
冷却塔A顶部的风机叶轮下方具有共用转轴的水轮机叶轮，支路A连通冷却塔A水轮机的进水口A，水轮机的出水口连接冷却塔A的布水槽；
另外具有控制器；控制器与调控阀A之间具有控制线A相连接，能控制调控阀A的开合度；冷却塔A上设置有测量水轮机叶轮或风机叶轮转速的转速测量装置；控制器与转速测量装置之间具有能采集转速测量装置的转速数据的转速信号线。
2.如权利要求1所述的冷却塔余压利用设施，其特征在于：冷却塔B顶部的风机叶轮下方具有共用转轴的减速机，减速机由电动机连接并驱动；控制器与调控阀B之间具有控制线B相连接，能控制调控阀B的开合度。
3.如权利要求1所述的冷却塔余压利用设施，其特征在于：进水口A与水轮机叶轮基本在同一水平位置，进水口B位于减速机下方。
4.如权利要求1所述的冷却塔余压利用设施，其特征在于：两个冷却塔的布水槽之间具有连通管，连通管上设置有单向流动阀门。
5.一种采用权利要求1所述的冷却塔余压利用设施的控制方法，其特征在于：
循环冷却回水进入水轮机的富余压力约为0.04MPa-0.1MPa；控制器根据转速信号分别控制调控阀A和调控阀B的开合度，保持与水轮机额定流量相近的循环冷却水回水通过支管A进入水轮机，提供足量的水动能保持水轮机带动冷却塔顶部风叶在设计转速下旋转，不再使用电动机驱动风机。
6.如权利要求4所述的冷却塔余压利用设施的控制方法，其特征在于：进入水轮机的流量与压力之积大于风机转动所需要能量的50%以上。
7.如权利要求4所述的冷却塔余压利用设施的控制方法，其特征在于：
当转速测量装置的读数比预先设计值小时，调控阀A的开合度扩大，调控阀B的开合度减小，使得支路A的进水量增大；
当转速测量装置的读数比预先设计值大时，调控阀A的开合度减小，调控阀B的开合度增大，使得支路A的进水量减大。
8.如权利要求4、5或6所述的冷却塔余压利用设施的控制方法，其特征在于：
冷却塔A的气水比的比值为0.5-1：1。
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