CN109990619A - 换热器外置的干湿联合闭式冷却系统及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热器外置的干湿联合闭式冷却系统及冷却方法，包括由轴流风机、开式塔与空冷器构成的一体塔，所述一体塔的顶部设有所述轴流风机，在轴流风机下面左右相对布置所述开式塔和所述空冷器，在所述空冷器与所述轴流风机的底部之间设有空冷百叶，所述空冷器下面设置有供开式塔进风用的开式塔进风百叶；所述一体塔外置有换热器，所述换热器的冷水侧与所述开式塔构成湿冷开式循环，所述换热器的热水侧与被冷却设备构成湿冷闭式循环，所述被冷却设备还与所述空冷器构成空冷闭式循环。本发明的优点是：换热效率高、水质干净、运行功率低、占地面积小、便于清洗管束、维护成本低、设备总造价投资低。

Description

换热器外置的干湿联合闭式冷却系统及冷却方法

技术领域

本发明涉及一种干湿联合型冷却水系统，特别是涉及一种换热器外置的干湿联合闭式冷却系统。适用于冶金、电力、化工、石化、制药、空调等行业的循环水或其他待冷却介质的冷却系统。

背景技术

干湿联合型冷却塔是一种具有空冷湿冷双模式运行换热设备。在工业生产或制冷过程中会产生大量热量，这部分热量通过冷却介质(一般是水)直接或间接的与大气进行热交换，最终将热量释放到大气环境中实现被冷却设备降温。干湿联合型闭式冷却塔在冶金、电力、化工等行业得到广泛的应用。目前行业中现有的干湿联合型冷却塔在运行时有以下不足：

1.专利号ZL 201720498890.2、授权公告号为CN206755926U、授权公告日为2017.12.15的中国实用新型专利公开了一种高效空冷设备，其设备的上管箱内设置有翅片空气预冷管束，上管箱顶部有抽风筒，抽风筒内设置有轴流风机，上箱体下方一体连接有相连通的下管箱，下管箱内设置有与翅片空气预冷管束相连通的换热管束，喷淋管位于换热管束上方，下管箱下方一体连接有循环水箱，循环水箱上部侧壁上开有进风口，进风口处设置有挡尘结构，循环水箱底部与喷淋管之间连接有循环水管，循环水管上设置有循环泵。

该空冷设备在冷季节运行空冷模式，即在轴流风机引风的作用下，冷空气进入进风口，通过换热管束、喷淋管等，再经过翅片空气预冷管束，最后通过轴流风机引出塔外，在此过程中，待冷却介质通过上箱体的翅片空气预冷管束内将自身的热量传递到翅片管壁及翅片上，再由翅片传递到略过翅片的冷空气中完成热传递，在空冷设备下面串联的下箱体换热管束的换热方式与上箱体的类似，在此不予赘述。行业中翅片管的翅化比17.1～23.4，光管的空冷换热效率很低，而此时的光管管束、喷淋管反而增加了风阻，提高了轴流风机电机的运行功率；在热季节运行湿冷模式，由喷淋泵抽喷淋水箱内冷却水经喷淋管喷洒到换热管束上，温度较低的外喷淋水吸收换热管管壁上的热量，同时伴有换热管内的待冷却介质的热量传递到换热管管壁上，最终待冷却介质的热量传导喷淋水。喷淋水在喷淋到换热管束上增加了与塔体内空气的接触面积，使进入塔内的空气增湿增温，再穿过上箱体翅片空气预冷管束。生产工艺上往往要求带冷却介质的终冷温度比较低，因此穿过翅片的空气温度与翅片管内的待冷却介质温差不大，空冷效率很低，翅片管束反而增加了轴流风机的阻力。另外，由于翅片管束和光管管束是串联运行的，增加了待冷却介质系统的管道阻力，浪费了循环水泵电机的运行功率，增加了设备的投资成本，同时设备也不利于检修维护。

2.干湿联合冷却塔在夏季的湿冷模式运行下，当被冷却热负荷最大时，冷却塔的冷却能力不足，原因是喷淋水温度过高。

专利号为ZL 201721200949.1、授权公告号为CN 207472099U、授权公告日为2018.06.08的中国实用新型专利公开了一种干湿联合循环水冷却塔，其包括塔体，冷却塔采用引风式结构，该引风式结构下方的塔体上依次安装干冷却段和湿冷却段：所述干冷却段主体为水平布置的干管束：而湿冷却段依次包括除水器、配水装置、淋水填料、百叶窗、水箱：所述干管束的出口处分两路，一路安装干管束出口阀门后和循环水给水管道连通并通过水箱出口阀门通入水箱中，另一路安装配水总管阀门后和配水装置的配水总管连通。

干湿联合循环水冷却塔为保证夏季的冷却负荷满足，必须加装足够高的淋水填料，满足了夏季的冷却负荷。但是塔内上部的翅片管的冷却效率很低，反而增加了轴流风机的阻力；该设备在冬季运行空冷模式，塔内下面的配水装置、淋水填料没有空冷的作用，但增加了轴流风机的阻力。无论哪种运行模式下都提高了轴流风机电机的运行功率，增加了电耗，同时增加了设备的投资成本。

3.专利为ZL 201220157162.2、授权公告号为CN202582247U、授权公告日为2012.12.05的中国实用新型专利公开了一种干湿式联合工业循环水冷却系统，其包括干式冷却塔、闭式湿式冷却塔、进水总管、回水总管和闭式湿式冷却塔切换阀，干式冷却塔包括干冷塔体和空冷散热器，闭式湿式冷却塔包括湿冷塔体、冷却风机、冷却水管道、冷却水喷嘴和冷却盘管，干式冷却塔与闭式湿式冷却塔并联设置，工业循环水从进水总管同时进入空冷散热器和冷却盘管；或者工业循环水仅进入空冷散热器，再经过回水总管与被冷却设备形成回路。

干湿联合工业循环水冷却系统需要同时建造干式冷却塔与闭式湿式冷却塔，干式与湿式冷却塔分别交替应用，实现被冷设备冷却介质的降温。在干式运行模式下，虽然该设备可以减少水消耗、节约水资源，但是设备的占地面积很大，设备的运行消耗较大，总投资很高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够降低轴流风机功率、减少设备的占地面积、防止湿冷管组管束的冻裂及污垢热阻、提高设备的运行效率的一种换热器外置的干湿联合闭式冷却系统及冷却方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其特征在于，包括由轴流风机、开式塔与空冷器构成的一体塔，所述一体塔的顶部设有所述轴流风机，在轴流风机下面左右相对布置所述开式塔和所述空冷器，在所述空冷器与所述轴流风机的底部之间设有空冷百叶，所述空冷器下面设置有供开式塔进风用的开式塔进风百叶；

所述一体塔外置有换热器，所述换热器的冷水侧通过开式循环泵与所述开式塔构成湿冷开式循环，所述换热器的热水侧通过闭式循环泵与被冷却设备构成湿冷闭式循环，所述被冷却设备还与所述空冷器构成空冷闭式循环。

所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其中：所述空冷器由外向内依次是空冷管束与高压清洗装置。

所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其中：所述开式塔由上到下依次是收水器、喷淋装置、淋水填料与集水池。

所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其中：所述湿冷开式循环的一端与所述喷淋装置相接，另一端与所述集水池相接。

所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其中：所述湿冷闭式循环的进水管路、出水管路上分别设有分支管路，两个分支管管路连接至所述空冷器的空冷管束，在湿冷闭式循环的进水管路及其分支管路上分别设有换热器热水侧进管阀门与空冷管束进管阀门，在湿冷闭式循环的出水管路及其分支管路上分别设有换热器热水侧出管阀门与空冷管束出管阀门。

所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其中：所述空冷器的出风侧与所述开式塔的进风侧是相通的。

所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其中：所述换热器是板式换热器。

所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其中：所述换热器置于室内。

一种换热器外置的干湿联合闭式冷却方法，使用前述换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其中：

在冷季节时运行空冷模式，关闭湿冷闭式循环与湿冷开式循环，启动空冷闭式循环，然后打开空冷百叶，关闭开式塔进风百叶，启动轴流风机，使轴流风机下面产生低压，外部冷空气穿过空冷器，通过空冷闭式循环吸收被冷却设备的热量，由轴流风机排出至大气中；

在热季节时运行湿冷模式，开启湿冷闭式循环与湿冷开式循环，关闭空冷闭式循环，然后关闭空冷百叶，打开开式塔进风百叶，启动轴流风机，使轴流风机下面产生低压，外部空气穿过开式塔，带走湿冷开式循环中的水液的热量，由轴流风机排出至大气中；湿冷开式循环与湿冷闭式循环在换热器完成热交换，吸收被冷却设备的热量。

所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却方法，其中：所述空冷器的出风侧与所述开式塔的进风侧是相通的；

在空冷模式下，换热后的大部分空气穿过空冷百叶，小部分空气从开式塔中穿过，最终均到达轴流风机的风筒底部；

在湿冷模式下，大部分空气穿过开式塔进风百叶到达开式塔的进风侧，少部分空气通过所述空冷器到达开式塔的进风侧，两股空气流汇合后穿过所述开式塔。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：1.本发明可以控制仅湿冷单元或仅空冷单元工作，而且工作时仅参与工作的单元具有风阻，无论在湿冷模式还是在空冷模式下运行，其内部阻力相比现有的干湿上下联合冷却塔都大大减少，电机的运行功率大幅降低，设备的投资成本得以节省。2.空冷单元和湿冷单元能够分别独立运行，在设备的可维护性上相比传统的干湿上下联合冷却塔也提高了很多。3.相比干湿左右布置的冷却装置在设备的换热效率上大大提高，避免了湿冷管束外置冻坏现象。4.换热器被放置在室内不用怕冻，也不会积垢，另外板式换热器积垢后方便清理。

附图说明

图1为本发明换热器外置的干湿联合闭式冷却系统的一个较佳实施例的结构示意图。

图2为本发明换热器外置的干湿联合闭式冷却系统的一个较佳实施例的空冷运行模式图。

图3为本发明换热器外置的干湿联合闭式冷却系统的一个较佳实施例的湿冷运行模式图。

附图标记说明：1-轴流风机；2-空冷百叶；3-空冷器；3-1-空冷管束；3-2-高压清洗装置；4-开式塔；4-1-收水器；4-2-喷淋装置；4-3-淋水填料；4-4-集水槽；5-开式塔进风百叶；6-开式循环泵进口过滤器；7-开式循环泵；8-板式换热器；9-板式换热器热水侧出管阀门；10-空冷管束出管阀门；11-闭式循环管道过滤器；12-闭式循环泵；13-空冷管束进管阀门；14-板式换热器热水侧进管阀门；15-被冷却设备。

具体实施方式

如图1所示，是本发明提供一种换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，包括轴流风机1、开式塔4与空冷器3构成的一体塔，所述一体塔的顶部设有所述轴流风机1，在轴流风机1下面左右相对布置所述开式塔4和所述空冷器3，在开式塔4顶部内侧边缘与轴流风机1风筒底部边缘之间设置有空冷百叶2，空冷器3由外向内依次是空冷管束3-1与高压清洗装置3-2(用于对空冷管束3-1进行定期清洗)，开式塔4由上到下依次是收水器4-1、喷淋装置4-2、淋水填料4-3与集水池4-4，另外空冷器3下面设置有供开式塔4进风用的开式塔进风百叶5；

所述一体塔外置有板式换热器8，所述板式换热器8的冷水侧通过开式循环泵7与所述开式塔4的收水器4-1、集水池4-4以及过滤器6构成湿冷开式循环；

所述板式换热器8的热水侧通过闭式循环泵12、闭式循环管道过滤器11以及被冷却设备15构成湿冷闭式循环，在湿冷闭式循环的进水管路、出水管路上分别设有分支管路，两个分支管管路连接所述空冷器3的空冷管束3-1，在湿冷闭式循环的进水管路及其分支管路上分别设有板式换热器热水侧进管阀门14与空冷管束进管阀门13，在湿冷闭式循环的出水管路及其分支管路上分别设有板式换热器热水侧出管阀门9与空冷管束出管阀门10。

下面说明本实施例的使用方法和工作过程。

在冷季节时，本发明运行空冷模式，如图2所示，关闭板式换热器热水侧出管阀门9和板式换热器热水侧进管阀门14，打开空冷管束出管阀门10和空冷管束进管阀门13，启动闭式循环泵12，使被冷却设备15的待冷却介质流经空冷管束3-1；

然后打开空冷百叶2，关闭开式塔进风百叶5，启动轴流风机1，使轴流风机1下面产生低压，外部冷空气依次穿过空冷器3的空冷管束3-1、高压清洗装置3-2，再穿过空冷百叶2(大部分热空气通过空冷百叶2)，到达轴流风机1的风筒底部，最终由轴流风机1将进入到风筒下面空气排出大气中，低温空气通过空冷管束3-1的翅片，吸收空冷管束3-1内待冷却介质的热量，最终把待冷却介质的热量散发到大气中。

本发明空冷装置运行的风阻静压为空冷百叶2的阻力、空冷管束3-1的阻力、高压清洗装置3-3的阻力之和，相比现有干湿上下联合型冷却塔，解决了其内部阻力高的问题。

另外，在寒冷季节，淋水填料4-3具有冷脆性，在空冷模式下，可将开式塔进风百叶6打开，使通过空冷管束3-1的热空气的一部分能够进入开式塔4，提高淋水填料4-3和收水器4-1的环境温度，防止两者产生冷脆开裂。

在热季节时，本发明运行水冷模式，如图3所示，打开板式换热器热水侧出管阀门9和板式换热器热水侧进管阀门14，关闭空冷管束出管阀门10和空冷管束进管阀门13，启动闭式循环泵12，使待冷却介质通过板式换热器8的热水侧，被冷设备的乏热被待冷却介质带出传递给板式换热器8的热水侧；

然后关闭空冷百叶2，打开开式塔进风百叶5，向集水池4-5内提前注满冷却水，启动开式循环泵7以抽取集水池4-5内冷却水，冷却水经过过滤器6的过滤，经开式循环泵7加压后，进入板式换热器8的冷水侧，冷却板式换热器8的热水侧的待冷却介质的热量，最终板式换热器8冷水侧的水被加热后，由管道输送到喷淋装置4-2，均匀喷淋到淋水填料4-3上，冷却水由于重力作用自淋水填料4-3上部流淌到其下面，淋水填料4-3可以使冷却水在淋水填料4-3上得以均匀散开，增加了与塔内空气接触面积和接触时间；

启动轴流风机1，使轴流风机1底部产生低压，大部分空气穿过开式塔进风百叶5进入设备内部，少部分空气依次通过空冷器的空冷管束3-1及高压清洗装置3-2进入设备内部，最终两股空气流汇合后依次穿过淋水填料4-3、喷淋装置4-2以及收水器4-1，最终到达轴流风机1底部，由轴流风机1将其底部空气排放到大气中，此过程中，外部空气与淋水填料4-3上的冷却水膜充分接触，使得喷淋水热量通过蒸发及传导方式散发到空气中，增加了空气的湿度，从而使冷却水温度降低，经填料降温后的冷却水均匀散落到集水池4-5中，进入下一次循环。

在水冷模式下，轴流风机1所要克服阻力为：开式塔进风百叶5的阻力、淋水填料4-3的阻力、喷淋装置4-2的阻力以及收水器4-1的阻力之和。上述板式换热器8的换热效率相比闭式冷却塔的湿冷换热效率要高出约3倍，避免了以往湿冷管束的冻裂现场、现场操作麻烦、光管管束的结垢问题，有益于闭式换热系统效率的提高，可维护性增强。

另外，在热季节，空冷管束3-1上很容易出现结露，造成空冷管束3-1的翅片上积垢和腐蚀，本发明在水冷模式下，空冷器3并未关闭气路，可使得少部分空气通过空冷器3进入设备内，可减少空冷管束3-1上的结露，延长空冷管束3-1的使用寿命。

本发明无论在水冷模式或空冷模式下运行，其内部阻力相比现有干湿上下联合冷却塔都大大减小，轴流风机1的电机运行功率大幅降低，设备的投资成本得以节省。由于空冷器和开式塔分别独立运行，在设备的可维护性上相比干湿上下联合冷却塔也提高了很多。

综上所述，本发明一种开式塔空气器一体式塔的轴流风机运行的内部阻力小，随之轴流风机的风压很低，使得风机电机功率减小；开式塔4和空冷器3左右分开布置单独运行，相比现有的干湿联合型冷却塔的湿冷管束与空冷管束串联运行系统管道阻力降低，系统管道循环泵的运行功率降低。还有针对空冷装置的高压清洗装置安装、操作及维护更加便捷。总之无论是从循环水系统的设备投资造价上还是其运行成本上都大大节省。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其特征在于，包括由轴流风机、开式塔与空冷器构成的一体塔，所述一体塔的顶部设有所述轴流风机，在轴流风机下面左右相对布置所述开式塔和所述空冷器，在所述空冷器与所述轴流风机的底部之间设有空冷百叶，所述空冷器下面设置有供开式塔进风用的开式塔进风百叶；

所述一体塔外置有换热器，所述换热器的冷水侧通过开式循环泵与所述开式塔构成湿冷开式循环，所述换热器的热水侧通过闭式循环泵与被冷却设备构成湿冷闭式循环，所述被冷却设备还与所述空冷器构成空冷闭式循环。

2.根据权利要求1所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其特征在于：所述空冷器由外向内依次是空冷管束与高压清洗装置。

3.根据权利要求1所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其特征在于：所述开式塔由上到下依次是收水器、喷淋装置、淋水填料与集水池。

4.根据权利要求3所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其特征在于：所述湿冷开式循环的一端与所述喷淋装置相接，另一端与所述集水池相接。

5.根据权利要求2所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其特征在于：所述湿冷闭式循环的进水管路、出水管路上分别设有分支管路，两个分支管管路连接至所述空冷器的空冷管束，在湿冷闭式循环的进水管路及其分支管路上分别设有换热器热水侧进管阀门与空冷管束进管阀门，在湿冷闭式循环的出水管路及其分支管路上分别设有换热器热水侧出管阀门与空冷管束出管阀门。

6.根据权利要求1所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其特征在于：所述空冷器的出风侧与所述开式塔的进风侧是相通的。

7.根据权利要求1所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其特征在于：所述换热器是板式换热器或管壳式换热器。

8.根据权利要求1所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其特征在于：所述换热器置于室内。

9.一种换热器外置的干湿联合闭式冷却方法，使用如权利要求1所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却系统，其特征在于：

在冷季节时运行空冷模式，关闭湿冷闭式循环与湿冷开式循环，启动空冷闭式循环，然后打开空冷百叶，关闭开式塔进风百叶，启动轴流风机，使轴流风机下面产生低压，外部冷空气穿过空冷器，通过空冷闭式循环吸收被冷却设备的热量，由轴流风机排出至大气中；

在热季节时运行湿冷模式，开启湿冷闭式循环与湿冷开式循环，关闭空冷闭式循环，然后关闭空冷百叶，打开开式塔进风百叶，启动轴流风机，使轴流风机下面产生低压，外部空气穿过开式塔，带走湿冷开式循环中的水液的热量，由轴流风机排出至大气中；湿冷闭式循环与湿冷开式循环在换热器完成热交换，吸收被冷却设备的热量。

10.根据权利要求9所述的换热器外置的干湿联合闭式冷却方法，其特征在于：所述空冷器的出风侧与所述开式塔的进风侧是相通的；

在空冷模式下，换热后的大部分空气穿过空冷百叶，小部分空气从开式塔中穿过，最终均到达轴流风机的风筒底部；

在湿冷模式下，大部分空气穿过开式塔进风百叶到达开式塔的进风侧，少部分空气通过所述空冷器到达开式塔的进风侧，两股空气流汇合后穿过所述开式塔。