CN111380372B - 一种多段进气闭式冷却塔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多段进气闭式冷却塔，所述闭式冷却塔包括塔体、内筒体、风机、收水除雾器、喷淋管件、换热管组件、旋转床组件、集水箱，所述风机设置于塔体顶部，收水除雾器设置于风机下方，内筒体设置于收水除雾器下方，所述喷淋管件、换热管组件自上至下设置在内筒体中，旋转床组件设置于内筒体下方，所述集水箱设置于塔体底部，所述集水箱设有出液口，集水箱出液口经管线与喷淋管件连接，所述塔体顶部设有出风口，塔体侧壁设置有上进风口和下进风口。本发明多段进气闭式冷却塔通过多段分区进气（引气），实现空气‑喷淋水‑冷却水充分热湿交换和喷淋水高效降温循环分区处理，从而提高闭式冷却塔的冷却性能，降低设备体积。
Description
技术领域
本发明属于冷却设备技术领域，特别涉及一种闭式冷却塔。
背景技术
冷却塔是一种常用的冷却设备，其工作原理为需要被冷却的高温循环水在冷却塔内部，通过与空气进行潜热、显热交换把自身的热量传给空气，实现降温。根据空气与被冷却水是否直接接触，可分为开式冷却塔和密闭式冷却塔。开式冷却塔中，空气与水直接接触，热交换发生在接触面，因此换热效果相对更好，冷却水温度可与空气换热至空气的湿球温度。但由于开式冷却塔中空气与被冷却水直接接触，造成冷却水质易受污染、易滋生病菌、设备腐蚀过快等问题，并且由于换热过程会伴随着冷却水的不断蒸发，会增大循环水的盐浓度，造成冷却水水质下降。闭式冷却塔中，用间壁式换热盘管代替了传统的填料，冷却水在换热盘管内流动，避免了与空气的直接接触，保证了冷却水质的清洁。随着国家节能减排、低碳环保政策的提出，闭式冷却塔因其清洁性，在电力、化工、钢铁、冶金、暖通等行业应用市场前景良好。
目前常见的闭式冷却塔一般采用喷淋形式，喷淋水由上至下靠重力流过换热管束形成水膜，带走管内流体的热量，空气与喷淋水接触，通过与喷淋水蒸发换热和对流换热带走喷淋水的热量。为强化喷淋水与空气热湿交换效果，并降低换热盘管用量，一般在塔内换热盘管上部或下部设置填料，为了使塔内空气接近或达到饱和湿度，往往喷淋水循环量大，填料体积大。
专利CN102620597A提供一种底部进风的闭式冷却塔，通过在冷却塔底部设置多个导水百叶，相邻的导水百叶之间为进风口，使得布风均匀的方式提高换热效率，但仅从气相角度出发，对于冷却塔整体换热效果的提高非常有限。专利CN102809306A提出一种等焓加湿降温节水闭式冷却塔，在铜管铝翅片式盘管下面设有一个由上层填料、下层填料、离心式雾化器组成的绝热腔体，离心式雾化器能够促进雾化水蒸发从而降低空气温度，提高冷却塔性能，并能实现消白烟效果，但是通过上端翅片式盘管进行空气与冷却水的热传导实现，换热面积大，且是以空气不饱和外排为代价，汽化潜热冷量利用率低。综合本领域现有技术情况，目前闭式冷却塔冷却效果有提升空间，设备体积也有待进一步优化。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种多段进气闭式冷却塔，通过多段分区进气（引气），实现空气-喷淋水-冷却水充分热湿交换和喷淋水高效降温循环分区处理，从而提高闭式冷却塔的冷却性能，降低设备体积。
本发明提供一种多段进气闭式冷却塔，所述闭式冷却塔包括塔体、内筒体、风机、收水除雾器、喷淋管件、换热管组件、旋转床组件、集水箱，所述风机设置于塔体顶部，收水除雾器设置于风机下方，内筒体设置于收水除雾器下方，所述喷淋管件、换热管组件自上至下设置在内筒体中，旋转床组件设置于内筒体下方，所述集水箱设置于塔体底部，所述集水箱设有出液口，集水箱出液口经管线与喷淋管件连接，所述塔体顶部设有出风口，塔体侧壁设置有上进风口和下进风口。
本发明所述多段进气闭式冷却塔中，所述内筒体外壁与塔体内壁间形成环状通道。
本发明所述多段进气闭式冷却塔中，所述内筒体下部设置有收液盘，所述收液盘底部中心设有液体出口，所述液体出口连接有液体收集管，所述液体收集管垂直布置在内筒体外部，所述液体收集管底端密封，液体收集管下部侧壁设有多层液体分布孔。
本发明所述多段进气闭式冷却塔中，所述旋转床组件包括驱动装置、旋转轴、中心腔体、上旋转盘、下旋转盘和床层，所述床层固定在上旋转盘和下旋转盘之间，所述下旋转盘与旋转轴固定并与驱动装置连接，通过驱动装置可以调整床层转速，所述驱动装置可以为变频电机，所述中心腔体分为上部引气区和下部喷淋区，引气区腔体外壁与喷淋区腔体外壁通过动密封连接，所述引气区腔体固定，所述喷淋区腔体运行时与床层同步旋转。
上述旋转床组件中，所述驱动装置设置在闭式冷却塔塔体外部。
上述旋转床组件中，所述床层可以为填料结构、丝网结构、筛网结构中的一种或几种，优选为填料结构，进一步优选为规整填料结构。
上述旋转床组件中，所述床层转速为50~5000转/分（rpm），优选200~2000转/分（rpm）。
本发明所述多段进气闭式冷却塔中，所述内筒体下部的液体收集管垂直布置在旋转床组件中心腔体中，进一步优选设置于旋转床组件中心腔体的中心。
本发明所述多段进气闭式冷却塔中，所述上进风口穿过塔体与内筒体连通，所述内筒体上的进风口设置在换热管组件下部，进风口为多通道均匀布置。
本发明所述多段进气闭式冷却塔中，所述下进风口穿过塔体与旋转床组件中心腔体连接，中心腔体进风口设置在上部引气区，进风口为多通道均匀布置。
本发明所述多段进气闭式冷却塔中，所述旋转床组件中，气体与喷淋水为并流接触方式。
本发明所述多段进气闭式冷却塔中，所述换热管组件上设有被冷却介质入口和被冷却介质出口。所述换热管组件可以为圆管、椭圆管、扭曲管中的一种或几种；所述换热管材质为铜管、钢管、不锈钢管、改性氟塑料管中的一种；所述换热管布置可以采取管排形式或缠绕管形式。
本发明所述多段进气闭式冷却塔中，所述集水箱出液口与喷淋管件的连接管线上设置有循环泵，所述循环泵设置于集水箱外侧。
本发明所述多段进气闭式冷却塔中，所述收水除雾器可以为丝网除雾器、折板式除雾器、平板式除雾器、其它填料或格栅等形式除雾器中的一种或几种，能够起到良好的收水及除雾效果，降低空气饱和水外携带的雾滴，减少喷淋循环水损失。
与现有技术相比，本发明所述多段进气闭式冷却塔的有益效果如下：
1、本发明所述多段进气闭式冷却塔，设置干冷空气多段分区进气，实现冷却水降温和喷淋水降温分区处理：上段干冷空气进入冷却水降温区内，干冷空气-喷淋水-冷却水三者间显热传导和潜热蒸发充分耦合，实现对换热管件内的冷却水降温；下段干冷空气进入喷淋水降温分区内，干冷空气与上段换热升温后的喷淋水在此区域进行热湿交换，实现喷淋水的降温，满足喷淋水循环工作时与冷却水的换热温差，提高换热效果。通过以上多段分区进气设置，确保换热管件内外介质维持在较大的温差范围，提高了冷却塔的整体冷却性能。
2、本发明所述多段进气闭式冷却塔，喷淋水高效降温采用旋转床组件实现喷淋水与空气的充分热湿换热，与传统的静止填料相比，极大强化了循环水的降温效果。此外，本发明所述旋转床组件采用独特结构设计与多段进气闭式冷却塔相匹配，具有如下特点：旋转床组件所用喷淋水液相分布以收液盘液相静压为动力，将喷淋水喷洒至高速旋转床层上，并在床层上与干冷空气进行传质传热，充分利用汽化潜热实现喷淋水降温；旋转床组件采用中心进气方式，高速旋转的床层及床层间液滴会形成离心场，具有引气功能，能够为下段干冷空气的引入提供一定动力，实现上下两段引气过程相对独立的同时，降低了风机能耗。
附图说明
图1为本发明所述多段进气闭式冷却塔结构示意图。
图2为比较例1常规形式闭式冷却塔结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明和实施例对本发明多段进气闭式冷却塔做详细说明，但并不因此限制本发明。
如图1所示，本发明提供一种多段进气闭式冷却塔，所述闭式冷却塔包括塔体1、内筒体6、风机2、收水除雾器3、喷淋管件4、换热管组件5、集水箱21及旋转床组件，所述风机2设置于塔体1顶部，收水除雾器3设置于风机3下方，内筒体6设置于收水除雾器3下方，所述喷淋管件4、换热管组件5自上至下设置在内筒体6中，所述换热管组件5上设有被冷却介质入口8和被冷却介质出口9。所述旋转床组件设置于内筒体6下方，所述集水箱21设置于塔体1底部，所述集水箱21设有出液口22，集水箱出液口22经管线与喷淋管件4连接，所述集水箱出液口22与喷淋管件4的连接管线上设置有循环泵23，所述循环泵23设置于集水箱21外侧。所述塔体1顶部设有出风口24。所述内筒体6外壁与塔体1内壁间为环状通道7。所述内筒体6下部设置有收液盘12，收液盘12底部中心设有液体收集管13，液体收集管13下部侧壁设有多层液体分布孔17，液体收集管13垂直伸入旋转床组件中心腔体25的中心位置。所述旋转床组件中，床层16固定在上旋转盘14和下旋转盘15之间，所述下旋转盘15与旋转轴19固定并与驱动装置20连接，旋转床组件中心腔体25分为上部引气区和下部喷淋区，引气区腔体外壁与喷淋区腔体外壁通过动密封18连接。所述塔体1侧壁设置有上进风口10和下进风口11，其中上进风口10穿过塔体1与内筒体6连通，所述内筒体上进风口设置在换热管组件5下部，下进风口11穿过塔体1与旋转床组件中心腔体25连通，上进风口10、下进风口11均为多通道均匀布置。
本发明所述多段进气闭式冷却塔具体工作过程如下：温度较高的冷却水被输送到闭式冷却塔的换热管组件中，循环泵将集水箱内的水通过喷淋水管线喷淋在换热管组件上，喷淋水靠重力沿换热管壁下降并对换热管内冷却水进行降温，最终喷淋水汇聚到内筒体下部的收液盘，与此同时，干冷空气（不饱和空气）从上进风口进入到内筒体中，由下至上通过换热管组件与喷淋水进行热湿交换。收液盘收集的喷淋水经液体收集管，利用液位压差通过液体分布孔输送至高速旋转的床层上，与从下进风口进入的干冷空气并流混合并被床层高速切割，充分传质传热，空气达到饱和湿度并对喷淋水有效降温，喷淋水被甩至塔体内壁进入集水箱通过循环泵循环喷淋，饱和湿空气经过环状通道与内筒体换热后的空气混合后，再经过收水除雾器回收饱和水外携带的雾滴后，由风机排出塔体。
实施例1
采用图1结构多段进气闭式冷却塔，塔体外径1.4m，塔高2.2m，换热组件采用竖直缠绕管形式布置，旋转床组件床层采用多孔波纹板填料，床层高度300mm，中心空腔直径500mm，床层径向厚度200mm，床层外径900mm，气液接触方式为并流，旋转床组件床层转速可调范围为0～1000转/分（rpm）。本实施例中闭式冷却塔在空气温度32℃，相对湿度50%环境中，喷淋水量30m3/h，床层转速600rpm，上段进风量7000Nm3/h，下段进风量11000Nm3/h条件下，能够将流量30m3/h的冷却水降温6℃以上。
比较例1
与实施例1相同，不同之处在于，闭式冷却塔内设施采用常规形式布置，结构如图2所示，即冷却塔从上至下依次为风机51、收水除雾器52、喷淋组件53、换热管组件54、填料55。空气由底部侧壁进入首先经过填料对高温喷淋水降温，通过填料后的空气经过填料热湿交换后饱和度大大提升，继续向上经过换热管段、喷淋组件时空气潜热带热作用甚微，从而限制了冷却塔整体冷却性能，本比较例与实施例1相比，相同工况条件时，冷却能力降低20%以上；本比较例达到实施例1相同冷却能力时，设备体积增加50%以上。
Claims (14)
1.一种多段进气闭式冷却塔，所述闭式冷却塔包括塔体、内筒体、风机、收水除雾器、喷淋管件、换热管组件、旋转床组件和集水箱，所述风机设置于塔体顶部，收水除雾器设置于风机下方，内筒体设置于收水除雾器下方，所述喷淋管件和换热管组件自上至下设置在内筒体中，旋转床组件设置于内筒体下方，所述集水箱设置于塔体底部，所述集水箱设有出液口，集水箱出液口经管线与喷淋管件连接，所述塔体顶部设有出风口，塔体侧壁设置有上进风口和下进风口；所述下进风口穿过塔体与旋转床组件中心腔体连接，中心腔体进风口设置在上部引气区，所述下进风口为多通道均匀布置；所述内筒体下部设置有收液盘，所述收液盘底部中心设有液体出口，所述液体出口连接有液体收集管，所述液体收集管垂直布置在内筒体外部，所述液体收集管底端密封，液体收集管下部侧壁设有多层液体分布孔；所述旋转床组件所用喷淋水液相分布以收液盘液相静压为动力，将喷淋水喷洒至高速旋转床层上，并在床层上与干冷空气进行传质传热。
2.按照权利要求1所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述内筒体外壁与塔体内壁间形成环状通道。
3.按照权利要求1所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述旋转床组件包括驱动装置、旋转轴、中心腔体、上旋转盘、下旋转盘和床层，所述床层固定在上旋转盘和下旋转盘之间，所述下旋转盘与旋转轴固定并与驱动装置连接，所述中心腔体分为上部引气区和下部喷淋区，引气区腔体外壁与喷淋区腔体外壁通过动密封连接，所述引气区腔体固定，所述喷淋区腔体运行时与床层同步旋转。
4.按照权利要求3所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述驱动装置为变频电机，设置在闭式冷却塔塔体外部。
5.按照权利要求3所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述床层为填料结构、丝网结构、筛网结构中的一种或几种。
6.按照权利要求3或5所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述床层为填料结构。
7.按照权利要求6所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述床层为规整填料结构。
8.按照权利要求1所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述内筒体下部的液体收集管垂直布置在旋转床组件中心腔体中。
9.按照权利要求1或8所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述内筒体下部的液体收集管垂直布置在旋转床组件中心腔体的中心。
10.按照权利要求1所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述上进风口穿过塔体与内筒体连通，所述内筒体上的进风口设置在换热管组件下部，进风口为多通道均匀布置。
11.按照权利要求1所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述换热管组件上设有被冷却介质入口和被冷却介质出口。
12.按照权利要求1所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述换热管组件为圆管、椭圆管、扭曲管中的一种或几种；所述换热管布置采取管排形式或缠绕管形式。
13.按照权利要求1所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述集水箱出液口与喷淋管件的连接管线上设置有循环泵，所述循环泵设置于集水箱外侧。
14.按照权利要求1所述的多段进气闭式冷却塔，其特征在于：所述收水除雾器为丝网除雾器、折板式除雾器、平板式除雾器中的一种或几种。
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