CN110220396A - 无雾热动循环冷却水塔系统 - Google Patents

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张嘉汇
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明提供了一种无雾热动循环冷却水塔，具有完全封闭式循环水系统、热动风机，热动风机由风筒、设置在风筒内部的按循环水流动方向依次设置的循环冷却水回水布水管、换热芯管、出水管组成，还含有冲淋系统或及热涨冷缩补偿系统。本发明在烟囱效应的作用下抽吸冷空气自然冷却循环冷却水回水，并采用全封闭式循环冷却工艺和局部淋冷工艺的无雾热动循环冷却水塔，在推广应用后，将减少循环冷却水电单耗50%以上，节水数十亿吨，大幅度减少工业用水，减少雾霾和暴雨暴雪灾害天气。

Description

无雾热动循环冷却水塔系统
技术领域
本发明涉及一种冷却塔。
背景技术
循环冷却水系统在发电、化工、钢铁等企业不可或缺，而且企业电力消耗中，循环冷却水系统循环水泵、冷却塔风机电耗占企业总电耗的10-40%。同时，目前企业使用的循环冷却塔都通过蒸发水分散发热量，塔顶排出的水汽量往往高于生产设备的蒸汽消耗量，每座塔日排放水汽排放量从数十吨到数万吨不等，而且水汽蒸发导致循环冷却塔底循环水中钙、镁离子含量增加，必须按控制浓缩比排污才能避免换热设备结垢降低传热效率。目前循环冷却塔在消耗大量水资源的同时，塔顶产生大量水雾，不仅成为形成团雾或雾霾的帮凶，加重空气污染，还增加了暴雨暴雪的频次和危害程度。
在大幅度增加水资源消耗的同时，当前循环冷却塔都配置塔顶风机，抽吸大量空气与自上而下的循环冷却回水进行质、热交换，数千瓦至数百千瓦的电机日夜不停地运转需要消耗大量电能；每小时数十吨至数万吨的循环水需要输送到循环冷却塔顶上的进水口，通常循环冷却塔塔顶的进水口标高约5-30米。进水口标高按10米计算，每吨循环水约增加电耗0.03kwh。循环冷却水回水从冷却塔进水口进入布水管，然后从塔上部落到塔底，这部分压头属于工艺消耗。按循环冷却水流量5000吨/小时计算，这部分工艺电耗增加用电负荷约150kw,这与冷却塔风机的用电负荷已相当。这两部分在循环冷却水系统电耗中占15-30%的比例，国内外每年总电耗达数千亿千瓦时。
另外，为防止循环水系统滋长菌藻，减轻换热设备结垢和腐蚀，需要按比例向循环冷却水系统中加入杀菌剂、阻垢剂、防蚀剂等，既增加了循环冷却水系统运行成本，也增加了污染。
专利申请号为2016102319824的 冷却塔内超声波除雾节水系统，包括安装在冷却塔内顶部的压电材料；与压电材料连接的超声波控制系统；与压电材料连接的电源，电源电压的施加方向沿压电材料的轴向，超声波控制系统与电源连接控制其电压和频率；通过超声波控制系统控制电源的频率，从而控制压电材料的机械振动频率，产生超声波，在超声波的作用下，穿过压电材料的湿空气中所携带的水分子开始振动，在压电材料表面聚结成水滴，在重力作用下，水滴脱离压电材料，沉降到塔底的集水池中。该发明除雾需要超声波设备，投资较大。
发明内容
发明目的：提供一种无需额外动力消耗，能够自动进行冷热交换、全封闭冷却消除雾气的无雾热动循环冷却水塔系统。
技术方案：
本发明的无雾热动循环冷却塔系统，具有完全封闭式循环水系统、热动风机、冲淋系统、热胀冷缩补偿系统。
热涨冷缩补偿系统设置在完全封闭式循环水系统进水管路上，给循环水补充热量或者预先降低温度，用于补偿循环冷却水水温变化引起的循环冷却水体积变化，避免循环冷却水泵气蚀。
热动风机是利用循环水余热与底部吸入的冷空气产生热交换，生成垂直上升热气流的装置。热动风机由风筒，以及设置在风筒内部的按循环水流动方向依次设置的循环水布水管、换热芯管、出水管等组成。
循环冷却水供水系统含有进水管、循环水泵，循环冷却水供水系统联通循环水布水管，能够供出冷却水到冷却器或冷凝器的热交换装置。循环水泵能够对冷却后循环冷却水进行增压，将循环冷却水输送到冷凝冷却器等换热设备并循环到热动风机的换热芯管。循环水泵选用管道泵和变频电机可达到最理想的节电效果。
冲淋系统是在高温天气下用于强化冷却循环冷却水的辅助装置。冲淋系统由按冲淋水流动方向依次设置的冲淋水池、冲淋泵、冲淋布水管、冲淋喷头等组成。冲淋喷头设置在换热芯管的周边，能够给换热芯管喷水降温。当高温天气的气温高于循环冷却水设计温度时，循环冷却水温度将不能满足工艺生产需求，冲淋系统探测到水温超过设定值时，冲淋系统启动，冲淋芯管，同时降低进塔的空气温度，保证冷却塔出水达到设计温度达到设计要求，以及获得比较稳定的发电功率。
本发明中，优选的工艺参数如下：吸入质量比（空气的质量与水的质量之比）超过3倍以上的冷空气冷却循环冷却水回水。风筒当量直径2-200米，高度3-40米，由金属或被金属材料构制，下部镂空，垂直安装于支座，是具有烟囱效应的主体；芯管直径5-20mm，带有密集的金属翅片，翅片厚度0.3-1mm，间距2-10mm，翅片高度5-30mm，是热交换的主体；循环冷却水回水布水管当量直径50-500mm，由金属或非金属材料构制，当量直径不断递减，直至将循环冷却水回水均匀分配至芯管；出水管当量直径50-5000mm，由金属或非金属材料构制，接纳自芯管排出的冷却水。支座由混凝土和金属构件构制，悬空支撑风筒。
本发明的原理：温度约40℃以上的循环冷却水通过循环水布水管进入热动风机芯管，带有翅片的芯管加热管外空气，同时循环冷却水的温度下降，在常温下冷却到工艺设计温度以下，比如达到30℃左右。空气温度上升后，密度下降，形成热气流上升，在热动风机风筒的“烟囱效应“作用下，热气流从风筒顶部排入大气，同时热动风机从风筒底部源源不断地吸入冷空气，作为冷媒冷却循环冷却水回水。当环境气温升高超过31℃以上，芯管冷却效果下降，循环冷却水出水管水温度将超过规定设计温度时，如热动风机出水管水温度超过31℃，冲淋系统自动或人工启动，冲淋水喷淋在芯管上，强化冷却，同时冲淋水与进入热动风机中的空气进行质、热交换，空气温度下降，从而促进热交换，确保热动风机出水管出水温度与环境温度逼近，满足工艺需求。冲淋过程中，冲淋水部分被蒸发，部分落回冲淋水池中，落回的冲淋水被浓缩。因此，冲淋水需按适时补充或作为污水排污。
有益效果：
本发明涉及利用循环冷却水回水余热加热空气形成热气流，在烟囱效应的作用下抽吸冷空气自然冷却循环冷却水回水，并采用全封闭式循环冷却工艺和局部淋冷工艺的的无雾热动循环冷却水塔，在国内外推广全封闭式循环冷却工艺。预计将减少循环冷却水电单耗50%以上，国内外每年节电将超千亿度；全封闭循环冷却防止水汽蒸发并避免循环冷却水浓缩排污，预计每年节约水资源数十亿吨，对解决水资源日渐枯竭难题带来巨大帮助。循环冷却水封闭循环不再需要投入处理药剂（如阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂等），维修操作费用大大减少，还能保证冷凝冷却器无垢高效运行。局部淋冷工艺确保循环冷却水供水温度在高温天气下水温逼近环境湿球温度，满足工艺需求。
附图说明
图1时本发明的一种纵向剖面结构示意图；
图中， 1-循环水布水管、2-换热芯管、3-风筒、4-冲淋喷头、5-冲淋布水管、6-出水管、7-冲淋泵、8-冲淋水池、9、底部冷空气口、10-侧边冷空气进口、11-循环水泵、12-热涨冷缩补偿系统。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示的无雾热动循环冷却塔系统，具有完全封闭式循环水系统、热动风机、冲淋系统、热涨冷缩补偿系统。
热动风机由风筒，以及设置在风筒内部的按循环水流动方向依次设置的循环水布水管、换热芯管、出水管等组成。
热涨冷缩补偿系统设置在循环水供水系统管路上；循环水供水系统含有循环水泵，循环水供水系统联通循环水布水管。
冲淋系统由按冲淋水流动方向依次设置的冲淋水池、冲淋泵、冲淋布水管、冲淋喷头等组成。冲淋喷头设置在换热芯管的周边。
实施例2：
实施例1中，工作时，选用的工艺参数如下，能够达到较好的技术效果：
循环冷却水回水流量98m3/，回水压力0.21MPa,温度43℃，进入热动风机后被冷却。气温25℃时，湿度50%，出水温度31℃，循环泵电机电流10A，供水压力0.32MPa。热动风机风筒当量直径为16米，筒高25米，热动风机出口风速1.4m/s,排风温度33℃，塔顶清澈无雾。
气温37℃时，相对湿度65%，冲淋水系统开启，冲淋水池水温30℃，冲淋水流量12m3/h,冲淋水压力0.26MPa，冲淋泵电机电流5A。循环冷却水回水流量116m3/h,回水压力0.22MPa,温度44℃，进入热动风机冷却后出水温度32℃，循环泵电机电流11A，供水压力0.33MPa。风筒顶部排风速度1.5m/s，排风温度40℃，湿度75%，塔顶清澈无雾。

Claims (5)

1.一种无雾热动循环冷却水塔系统，其特征在于：具有完全封闭式循环水系统、热动风机；
热动风机是利用循环水余热与热动风机的底部吸入的冷空气产生热交换，生成垂直上升热气流的装置；热动风机由风筒，以及设置在风筒内部的按循环水流动方向依次设置的循环冷却水回水布水管、换热芯管、出水管组成；
循环冷却水供水系统含有进水管、循环水泵，循环冷却水供水系统联通循环水布水管，能够供出冷却水到冷却器或冷凝器的热交换装置。
2.如权利要求1所述的无雾热动循环冷却水塔系统，其特征在于：还含有冲淋系统，用于高温天气冲淋降温，冲淋系统由按冲淋水流动方向依次设置的冲淋水池、冲淋泵、冲淋布水管、冲淋喷头组成；冲淋喷头设置在换热芯管的周边，能够给换热芯管喷水降温。
3.如权利要求1所述的无雾热动循环冷却水塔系统，其特征在于：还含有热胀冷缩补偿系统，热胀冷缩补偿系统设置在完全封闭式循环水系统进水管路上，用于补偿循环冷却水水温变化引起的循环冷却水体积变化，避免循环冷却水泵气蚀。
4.如权利要求1所述的无雾热动循环冷却水塔系统，其特征在于：工艺参数如下：吸入质量比超过3倍以上的冷空气冷却循环冷却水回水。
5.如权利要求1所述的无雾热动循环冷却水塔系统，其特征在于：风筒当量直径2-200米，高度3-40米，风筒下部镂空，垂直安装于支座，支座由混凝土和金属构件构制，悬空支撑风筒，使得能够顺畅吸风。
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