CN113669816A - 蒸发冷却系统及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于蒸发冷却系统及其运行方法，该系统包括空气除湿塔、蒸发冷却装置和吸收溶液再生塔；空气除湿塔的内部设置有第一填料层、浓吸收溶液喷淋装置和稀吸收溶液集液箱，在第一填料层和稀吸收溶液集液箱之间设置有第一空气导入口；蒸发冷却装置包括水喷淋装置、传热管束、工艺流体导入管道、工艺流体导出管道、集水箱、干燥空气导入口、湿空气导出口和喷淋水循环管道；吸收溶液再生塔的内部设置有第二填料层、稀吸收溶液喷淋装置和浓吸收溶液集液箱。本发明通过设置空气除湿塔干燥空气，并将干燥空气供给蒸发冷却装置以冷却工艺流体，显著降低了工艺流体所能达到的冷却温度，实现了节能减排和成本降低的效果。

Description

蒸发冷却系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及热能工程技术领域，特别是涉及蒸发冷却系统及其运行方法，尤其是涉及利用了工业低温余热废热的工艺流体的蒸发冷却系统及其运行方法。
背景技术
常规的蒸发冷却器由于受到外部空气湿度即湿球温度的限制，尤其是在南方的夏季通常只能将工艺流体冷却到35～40℃附近。对于需将工艺流体冷却到更低温度的情况，只能采用压缩式制冷系统等进行二级冷却，能耗和成本较高。
而在另一方面，需要进行工艺流体冷却的工业领域往往排放着大量的低温余热废热，却由于缺乏经济可行的利用技术而无法将其加以有效利用。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供蒸发冷却系统及其运行方法，所要解决的技术问题是无需采用压缩式制冷系统，便可显著降低工艺流体所能达到的冷却温度，以实现工业领域节能减排和降低成本的效果。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种蒸发冷却系统，其包括空气除湿塔、蒸发冷却装置和吸收溶液再生塔；
所述的空气除湿塔的内部设置有第一填料层，所述的第一填料层的上方设置有浓吸收溶液喷淋装置，所述的第一填料层的下方设置有稀吸收溶液集液箱，在所述的第一填料层和所述的稀吸收溶液集液箱之间设置有第一空气导入口；
所述的蒸发冷却装置包括水喷淋装置、传热管束、工艺流体导入管道、工艺流体导出管道、集水箱、干燥空气导入口、湿空气导出口和喷淋水循环管道；所述的水喷淋装置位于所述传热管束的上方，所述的集水箱位于所述传热管束的下方，所述的集水箱通过所述的喷淋水循环管道与所述的水喷淋装置相连接，所述的传热管束与所述的工艺流体导入管道和工艺流体导出管道相通过联箱连接；
所述的空气除湿塔的顶部设置有干燥空气导出口；在所述的传热管束和所述的集水箱之间设置有干燥空气导入口；所述的干燥空气导出口与所述的干燥空气导入口通过干燥空气管道相连接；
所述的吸收溶液再生塔的顶部设置有高温空气导出口，所述的吸收溶液再生塔的内部设置有第二填料层，所述的第二填料层的上方设置有稀吸收溶液喷淋装置，所述的第二填料层的下方设置有浓吸收溶液集液箱，所述的第二填料层和所述的浓吸收溶液集液箱之间设有第二空气导入口；
所述的空气除湿塔的稀吸收溶液集液箱与所述的吸收溶液再生塔的稀吸收溶液喷淋装置通过稀吸收溶液管道相连接，所述的浓吸收溶液集液箱与所述的浓吸收溶液喷淋装置通过浓吸收溶液管道相连接；
所述的稀吸收溶液管道上还设置有加热器，所述的加热器的热侧连接有外部驱动热源的热媒入口管道和热媒出口管道。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的蒸发冷却系统，其中所述的蒸发冷却装置的湿空气导出口与所述的吸收溶液再生塔的第二空气导入口通过湿空气管道相连接。
优选的，前述的蒸发冷却系统，其中所述蒸发冷却系统还设置有冷却器，所述的冷却器的热侧与所述的浓吸收溶液管道相连接，所述的冷却器的冷侧与外部冷却水的冷却水管道相连接。
优选的，前述的蒸发冷却系统，其中所述的传热管束分为两组或两组以上，所述的工艺流体导入管道与最上方的传热管束的入口通过联箱相连接，所述的工艺流体导出管道与最下方的传热管束的出口通过联箱相连接，形成工艺流体的两流程或两流程以上的多流程。
优选的，前述的蒸发冷却系统，其中所述的传热管束为蛇形传热盘管束，所述的蛇形传热盘管束的上方入口与所述的工艺流体导入管道通过上联箱相连接，所述的蛇形传热盘管束的下方出口与所述的工艺流体导出管道通过下联箱相连接，形成工艺流体的两流程或两流程以上的多流程。
优选的，前述的蒸发冷却系统，其中所述的蒸发冷却装置的喷淋水循环管道经所述的冷却器的冷侧与所述的水喷淋装置相连接。
优选的，前述的蒸发冷却系统，其中所述的蒸发冷却装置的工艺流体导入管道经所述的加热器的热侧与所述的传热管束相连接。
优选的，前述的蒸发冷却系统，其中所述的蒸发冷却装置的水喷淋装置和传热管束之间设有第三填料层。
优选的，前述的蒸发冷却系统，其中所述的蒸发冷却系统还包括浓吸收溶液，所述的浓吸收溶液由水和吸收剂组成，其中吸收剂的质量浓度为40～90％，所述吸收剂为CaCl2、LiNO3、LiBr、LiCl、二甘醇和三甘醇中的至少一种。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的前述的蒸发冷却系统的运行方法，其包括如下步骤：
S1.空气的除湿过程：在所述的空气除湿塔内，经所述的第一空气导入口进入的空气，与所述的浓吸收溶液喷淋装置喷淋的浓吸收溶液在所述的第一填料层内进行逆流接触，所述的浓吸收溶液吸收空气中的水分形成稀吸收溶液，以得到干燥空气；
S2.工艺流体的蒸发冷却过程：在所述的空气除湿塔中得到的干燥空气经所述的干燥空气导入口进入所述的蒸发冷却装置中，与所述的水喷淋装置喷淋的水在所述的传热管外壁进行逆流接触，以冷却所述的传热管内的工艺流体；
S3.吸收溶液的再生过程：空气通过所述的第二空气导入口进入所述的吸收溶液再生塔中，与所述的稀吸收溶液喷淋装置喷淋的稀吸收溶液在所述的第二填料层内进行逆流接触，通过空气的吸湿，稀吸收溶液失去部分水分而形成浓吸收溶液，完成吸收溶液的再生，并将再生后的浓吸收溶液返回到所述的空气除湿塔中；
在稀吸收溶液进入所述的稀吸收溶液喷淋装置之前，使用所述的加热器加热所述的稀吸收溶液。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的运行方法，其中在S1步骤中，所述的浓吸收溶液喷淋装置喷淋的浓吸收溶液的温度为20～35℃，吸收剂的质量浓度为40～90％；所述的第一空气导入口进入的空气流量与所述的浓吸收溶液喷淋机构喷淋的浓吸收溶液的流量比为500～1500；所述的干燥空气露点温度为8～18℃；
在S2步骤中，所述的干燥空气与所述的水喷淋装置喷淋的水的流量比为500～5000；所述的水喷淋机构喷淋的喷淋水的温度为15～45℃；所述的干燥空气与所述的传热管内的工艺流体的流量比为1～1000，冷却后温度为18～30℃；
在S3步骤中，所述的稀吸收溶液喷淋装置喷淋的稀吸收溶液的温度为45～75℃；所述的第二空气导入口进入的空气流量与所述的稀吸收溶液喷淋装置喷淋的稀吸收溶液的流量比为500～3000。
优选的，前述的运行方法，其中当从所述的湿空气导出口中出来的湿空气的湿度小于或等于外部环境空气的湿度时，所述的吸收溶液的再生过程还包括如下步骤：在所述的蒸发冷却装置内形成的湿空气经所述的第二空气导入口进入所述的吸收溶液再生塔中。
优选的，前述的运行方法，其中还包括如下步骤：在将再生后的浓吸收溶液返回到所述的空气除湿塔之前，使用所述的冷却器冷却再生后的浓吸收溶液。
优选的，前述的运行方法，其中还包括如下步骤：在将集水箱内的喷淋水返回到水喷淋装置之前，先将所述的喷淋水用作冷却器的冷源。
优选的，前述的运行方法，其中还包括如下步骤：在将所述的工艺流体导入管道内的工艺流体通入所述的传热管之前，先将所述的工艺流体导入管道内的工艺流体用作所述的加热器的热源。
优选的，前述的运行方法，其中还包括如下步骤：所述的水喷淋装置喷淋的水与流经所述的传热管束的空气在所述的第三填料层进行逆流接触，以降低喷淋水的温度。
借由上述技术方案，本发明提出的蒸发冷却系统及其运行方法至少具有下列优点：
1、本发明提供的蒸发冷却系统包括空气除湿塔、蒸发冷却装置和吸收溶液再生塔；空气除湿塔用于对空气进行干燥以产生湿度和湿球温度都明显低于外部空气的干燥空气；蒸发冷却装置利用该干燥空气对工艺流体进行冷却，以显著降低工艺流体的冷却温度；同时吸收溶液再生塔用于再生吸收溶液，以循环利用吸收溶液。本发明将开式吸收式热泵与蒸发冷却装置结合起来，无需采用压缩式制冷系统，可充分利用自身的热量和冷量，降低能耗，并降低生产成本。
2、本发明方法通过空气除湿塔产生湿度和湿球温度都明显低于外部空气的干燥空气，并将该干燥空气通入蒸发冷却装置中对工艺流体进行冷却，同时将工业低温余热废热用作吸收溶液再生的驱动热源。本发明基于开式吸收式热泵，将70℃、甚至50℃以下的工业低温余热废热有效地用于空气的干燥，并将干燥空气用于工艺流体的蒸发冷却，通过产生低湿度即低湿球温度的干燥空气对工艺流体进行冷却，无需采用压缩式制冷等二级冷却系统便可将工艺流体的冷却温度降低到20℃以下。
3、本发明进一步通过在蒸发冷却装置中将传热管束分为多组或采用蛇形传热盘管以实现工艺流体的管程多流程，形成了工艺流体与干燥空气的逆流换热，不仅提高了换热效率，还使得工艺流体达到更低的冷却温度成为了可能。
4、本发明还在传热管束的上方设置第三填料层，实质上将开式冷却塔与闭式冷却塔(即蒸发冷却器)有机的结合了起来，喷淋水经冷却器冷却浓吸收溶液后，喷淋水的温度升高，通过设置的第三填料层，可利用流经传热管束后的空气对该温度升高的喷淋水进行冷却，从而实现了干燥空气的梯级利用和本蒸发冷却系统性能的进一步提升。
5、本发明方法还通过将具有较低温度的蒸发冷却装置的喷淋水用作浓吸收溶液的冷源，且当工艺流体具有较高温度时将工艺流体用作吸收溶液再生的驱动热源加以利用，不仅实现了工艺流体热量的有效梯级利用，还显著降低了蒸发冷却装置的冷却负荷。由于采用了基于开式吸收式热泵循环的空气除湿塔和吸收溶液再生塔，并以原本难以利用的工业低温余热废热用作驱动热源，使得进入蒸发冷却器的空气的湿球温度得以明显降低，从而无需采用压缩式制冷系统也能够在南方夏季将工艺流体冷却到30℃甚至是20℃以下，达到了节能减排和成本降低的效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的一种蒸发冷却系统的示意图；
图2是本发明一个实施方式的另一种蒸发冷却系统的示意图；
图3是本发明一个实施方式的又一种蒸发冷却系统的示意图；
图4是本发明一个实施方式的又一种蒸发冷却系统的示意图；
图5是本发明一个实施方式的又一种蒸发冷却系统的示意图；
图6是本发明一个实施方式的又一种蒸发冷却系统的示意图；
图7是本发明另一个实施方式的一种蒸发冷却系统的示意图；
图8是本发明另一个实施方式的又一种蒸发冷却系统的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的蒸发冷却系统及其运行方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
如图1～图6所示，本发明的一个实施方式提出了一种蒸发冷却系统，其包括：空气除湿塔10、蒸发冷却装置20和吸收溶液再生塔30；
所述的空气除湿塔10的内部设置有第一填料层12，所述的第一填料层12的上方设置有浓吸收溶液喷淋装置13，所述的第一填料层12的下方设置有稀吸收溶液集液箱14，在所述的第一填料层12和所述的稀吸收溶液集液箱14之间设置有第一空气导入口15；
所述的蒸发冷却装置20包括水喷淋装置23、传热管束22、工艺流体导入管道1、工艺流体导出管道2、集水箱24、干燥空气导入口25、湿空气导出口21和喷淋水循环管道26；所述的水喷淋装置23位于所述传热管束22的上方，所述的集水箱24位于所述传热管束22的下方，所述的集水箱24与所述的水喷淋装置23通过喷淋水循环管道26相连接，所述的传热管束22与所述的工艺流体导入管道1和工艺流体导出管道2通过联箱29相连接；
所述的空气除湿塔10的顶部设置有干燥空气导出口11；在所述的传热管束22和所述的集水箱24之间设置有干燥空气导入口25；所述的干燥空气导出口11与所述的干燥空气导入口25通过干燥空气管道18相连接；
所述的吸收溶液再生塔30的顶部设置有高温空气导出口31，所述的吸收溶液再生塔30的内部设置有第二填料层32，所述的第二填料层32的上方设置有稀吸收溶液喷淋装置33，所述的第二填料层32的下方设置有浓吸收溶液集液箱34，所述的第二填料层32和所述的浓吸收溶液集液箱34之间设有第二空气导入口35，所述的空气除湿塔10的稀吸收溶液集液箱14与所述的吸收溶液再生塔的稀吸收溶液喷淋装置33通过稀吸收溶液管道16相连接，所述的浓吸收溶液集液箱34与所述的浓吸收溶液喷淋装置13通过浓吸收溶液管道36相连接。
所述的稀吸收溶液管道16上还设置有加热器40，所述的加热器40的热侧连接有外部驱动热源的热媒入口管道3和热媒出口管道4。
在本实施方式中，第一空气风机19可设置在干燥空气管道18上，也可以设置在与第一空气导入口15相连接的空气导入管道上(图中未示出)。稀吸收溶液管道16上设置有稀吸收溶液循环泵17。浓吸收溶液管道36上设置有浓吸收溶液循环泵37。在集水箱24上设置有水位调节器9，用以自动补充蒸发到空气中的水分。
进一步的，在空气除湿塔10的浓吸收溶液喷淋装置13的上方设置第一收液器7，在吸收溶液再生塔30的稀吸收溶液喷淋装置33的上方设置第二收液器8。还可在蒸发冷却装置20的水喷淋装置23的上方可以设置收水器(图中未示出)。
在本实施方式中，第一填料层中填充有第一填料，该第一填料可选自规整填料，也可选自拉西环、鲍尔环等散堆填料，优选规整填料。所述填料的材质包括但不限于塑料、金属、陶瓷等。第二填料层中填充有第二填料，该第二填料可选自规整填料，也可选自拉西环、鲍尔环等散堆填料，所述填料的材质包括但不限于塑料、金属、陶瓷等。
第一填料层内填充的第一填料和第二填料层内填充的第二填料可以相同或不同。在一些实施方式中，第一填料和第二填料均采用鲍尔环。
进一步的，本实施方式的蒸发冷却系统还包括浓吸收溶液，所述的浓吸收溶液由水和吸收剂组成，其中吸收剂的质量浓度为40～90％，所述吸收剂为CaCl2、LiNO3、LiBr、LiCl、二甘醇和三甘醇中的至少一种。
本实施方式选择具有很好吸湿性的吸收剂，在一定温度下，与空气充分接触，可使空气的含湿量大幅度降低。浓吸收溶液的吸湿能力与其浓度和温度有关，浓度越高，温度越低，吸湿能力越大。
在本实施方式中，吸收剂包括但不限于CaCl2、LiBr、LiCl、LiNO3、二甘醇、三甘醇等的一种或多种。由于CaCl2、LiBr和LiCl对金属的腐蚀性极大，而LiNO3、二甘醇和三甘醇对金属的腐蚀性极小，优选所述的吸收剂为LiNO3、二甘醇和三甘醇中的至少一种。
本实施方式的蒸发冷却系统可以包括浓吸收溶液，根据需要提前配置好，盛放在蒸发冷却系统内，直接安装就可以使用，也可以不包括浓吸收溶液，而是安装现场根据当地的天气情况配置合适的浓吸收溶液。
在本实施方式中，所述的稀吸收溶液是由浓吸收溶液吸收空气中的水分后而形成的。因此，浓吸收溶液的吸收剂与稀吸收溶液的吸收剂是相同，只是质量浓度不同。
在一些实施方式中，如图1～图4所示，所述的集水箱24与所述的水喷淋装置23通过喷淋水循环管道26相连接。所述的喷淋水循环管道26上设置有水喷淋循环泵27。
在一些实施方式中，如图1所示，直接将外部环境空气通入第二空气导入口35。
如图1所示的结构适用于从蒸发冷却装置20的湿空气导出口21中出来的湿空气的湿度大于外部环境空气的湿度时的情况。
本实施方式中的第二空气风机39可设置在高温空气导出口31处，也可以设置在与第二空气导入口35相连接的空气导入管道上(图中未示出)。
在另一些实施方式中，如图2～图6所示所示，所述的蒸发冷却装置20的湿空气导出口21与所述的吸收溶液再生塔30的第二空气导入口35通过湿空气管道28相连接。
如图2～图6所示的结构适用于从蒸发冷却装置20的湿空气导出口21中出来的湿空气的湿度小于或等于外部环境空气的湿度时的情况，将湿空气导出口21中出来的湿空气通入第二空气导入口35。
进一步的，如图3～图6所示，本实施方式的蒸发冷却系统还设置有冷却器50，所述的冷却器50的热侧与所述的浓吸收溶液管道36相连接，所述的冷却器50的冷侧与外部冷却水入口管道5和冷却水出口管道6相连接。
更进一步的，本实施方式的蒸发冷却系统还包括吸收溶液换热器(图中未示出)，将换热器的热侧与浓吸收溶液管道36连接，冷侧与稀吸收溶液管道16连接。
本实施方式中的传热管可采用由联箱连接的多组传热管束或者蛇形传热盘管束以实现工艺流体的管程多流程，采用的传热管可以是圆管、椭圆管，也可以是翅片管或者多组并联的板式换热单元，多流程的传热管实现了工艺流体与干燥空气的逆流换热，不仅提高了换热效率，还使得工艺流体达到更低的冷却温度成为了可能。
在一些实施方式中，传热管束22为蛇形传热盘管束(未图示)，所述的蛇形传热盘管束的上方入口与所述的工艺流体导入管道1通过上联箱相连接，所述的蛇形传热盘管束的下方出口与所述的工艺流体导出管道2通过下联箱相连接，形成工艺流体的两流程或两流程以上的多流程。
在另一些实施方式中，如图4～图6所示，所述的传热管束22包括4组传热管束，所述的工艺流体导入管道1与最上方的传热管束的入口通过联箱29相连接，所述的工艺流体导出管道2与最下方的传热管束的出口通过联箱29相连接，形成工艺流体的4流程。
进一步的，如图5～图6所示，本实施方式的蒸发冷却装置20的喷淋水循环管道26经所述的冷却器50的冷侧与所述的水喷淋装置23相连接。
由于本发明的蒸发冷却装置内的喷淋水的温度较低，可用作冷却水对浓吸收溶液进行冷却，从而进一步降低干燥空气的湿度和湿球温度。
更进一步的，如图6所示，本实施方式的蒸发冷却装置20的工艺流体导入管道1经所述的加热器40的热侧与所述的传热管束22相连接。
当工艺流体的温度较高时，可将工艺流体用作吸收溶液的再生驱动热源对工艺流体的热量进行利用，同时也有效降低蒸发冷却装置20的冷却负荷。
当然，在工艺流体的温度或者热量不能完全满足驱动热源要求的情况下，可以增设一个利用外部热源的加热器与加热器40形成串联关系。
另一方面，本发明实施方式还提供了上述蒸发冷却系统的运行方法，如图1～图6所示，该运行方法包括以下步骤：
S1.空气的除湿过程：在所述的空气除湿塔10内，经所述的第一空气导入口15进入的空气，与所述的浓吸收溶液喷淋装置13喷淋的浓吸收溶液在所述的第一填料层12内进行逆流接触，所述的浓吸收溶液吸收空气中的水分形成稀吸收溶液，以得到干燥空气；其中所述的浓吸收溶液喷淋装置喷淋的浓吸收溶液的温度为20～35℃，吸收剂的质量浓度为40～90％；所述的第一空气导入口进入的空气流量与所述的浓吸收溶液喷淋机构喷淋的浓吸收溶液的流量比为500～1500；所述的干燥空气露点温度为8～18℃；
在该步骤中，第一空气导入口进入的空气为外部环境空气，逆流接触后形成的稀吸收溶液流向第一填料层12下方的稀吸收溶液集液箱14内；得到的干燥空气经由干燥空气导出口11排出；
该步骤中的浓吸收溶液内含有一定浓度的吸收剂，如CaCl2、LiNO3、LiBr或LiCl等，具有很好的吸湿性，在一定温度下，与空气充分接触，可使空气的含湿量大幅度降低。吸收溶液的吸湿能力与其浓度和温度有关，浓度越高，温度越低，吸湿能力越大。
以氯化钙溶液作为浓吸收溶液为例来说明，被除湿的空气从下往上流动，氯化钙溶液从上往下喷淋，两者在中间的波纹填料中相遇进行热质交换。借助填料的大比表面积，空气与氯化钙溶液有了充分的接触，空气中的水分被氯化钙溶液吸湿。空气中的水分凝结成液体需要放出冷凝热，因此喷淋前的氯化钙溶液要在换热器中先行降温获得一定冷量，以抵消空气中的水分被吸收后放出的热量，保持空气适当出风温度。经过氯化钙溶液喷淋的空气含湿量降低，温度得到调节，进而得到干燥空气，而氯化钙溶液浓度则有一定程度的降低。
S2.工艺流体的蒸发冷却过程：在所述的空气除湿塔10中得到的干燥空气经所述的干燥空气导入口25进入所述的蒸发冷却装置20中，与所述的水喷淋装置23喷淋的水在所述的传热管束22外壁进行逆流接触，以冷却所述的传热管束22内的工艺流体，其中所述的干燥空气与所述的水喷淋装置喷淋的水的流量比为500～5000；所述的水喷淋机构喷淋的喷淋水的温度为15～45℃。
在本步骤中，传热管束22内的工艺流体包括但不限于各种液体、气体、蒸汽以及多相流体，本发明实现工艺流体的冷却或者冷凝。所述的干燥空气与所述的传热管内的工艺流体的流量比为1～1000，冷却后温度为18～30℃。
在该步骤中，逆流接触后的喷淋水流向传热管束下方的集水箱24内；干燥空气经吸收热量形成的湿空气经由湿空气导出口21排出。
进一步的，步骤S2还包括：将集水箱24内的喷淋水经喷淋水循环管道26返回到水喷淋装置23。
干燥空气与喷淋水在传热管束的传热管间进行逆流接触，与传热管内的工艺流体进行换热，以冷却传热管内的工艺流体。在换热过程中，传热管内的工艺流体与喷淋水进行换热，温度升高的喷淋水有一部分变为气态，利用水的汽化潜热由干燥空气带走大量的热量，喷淋水被流过的干燥空气冷却，温度降低，进入集水箱，再经喷淋水循环管道26返回到水喷淋装置23，循环使用。此时的干燥空气变为湿空气经湿空气导出口21排出。而蒸发到空气中的水分可由水位调节器9自动补充。
S3.吸收溶液的再生过程：空气通过所述的第二空气导入口35进入所述的吸收溶液再生塔30中，与所述的稀吸收溶液喷淋装置33喷淋的稀吸收溶液在所述的第二填料层32内进行逆流接触，通过空气的吸湿，稀吸收溶液失去部分水分而形成浓吸收溶液，完成吸收溶液的再生，并将再生后的浓吸收溶液返回到所述的空气除湿塔10中，其中所述的稀吸收溶液喷淋装置喷淋的稀吸收溶液的温度为45～75℃；所述的第二空气导入口进入的空气流量与所述的稀吸收溶液喷淋装置喷淋的稀吸收溶液的流量比为500～3000。
在本步骤中，在稀吸收溶液进入所述的稀吸收溶液喷淋装置33之前，使用所述的加热器40加热所述的稀吸收溶液，以促进稀吸收溶液的再生。
以LiNO3溶液为例来说明溶液的再生过程，为使LiNO3溶液保持所需的吸湿能力，浓度降低的LiNO3溶液要在再生塔中进行与喷淋除湿相反的过程，先行加热LiNO3溶液，再对送入再生塔中的空气进行喷淋，由于加热后的LiNO3溶液的饱和蒸汽压比再生塔内空气中水的分压高，LiNO3溶液中的一部分水分得以转移到空气中被带走，LiNO3溶液的浓度升高从而得到再生。
在空气除湿塔中，为了获得更低含湿量的空气，可以增大LiNO3溶液浓度或者降低LiNO3溶液温度。浓度的增加是有限度的，超过一定浓度，LiNO3溶液容易结晶，阻塞管道、泵腔和换热器。对于一定浓度的LiNO3溶液，降低温度可以得到含湿量更低的干燥空气。同理，为了LiNO3溶液的再生，在再生塔中，需要提高溶液的温度，使水分转移到空气中的推动力加大。
在本步骤中，逆流接触后形成的浓吸收溶液流向第二填料层32下方的浓吸收溶液集液箱34内；空气经吸湿后形成的高温空气经由高温空气导出口31排出。
在一些实施方式中，如图1所示，该吸收溶液的再生过程中直接将外部环境空气通入第二空气导入口35。该运行方法适用于从蒸发冷却装置20的湿空气导出口21中出来的湿空气的湿度大于外部环境空气的湿度时的情况。
在另一些实施方式中，如图2～图6所示，该吸收溶液的再生过程还包括以下步骤：在所述的蒸发冷却装置20内形成的湿空气经所述的第二空气导入口35进入所述的吸收溶液再生塔30中。
该运行方法适用于从蒸发冷却装置20的湿空气导出口21中出来的湿空气的湿度小于或等于外部环境空气的湿度时的情况。
进一步的，如图3～图6所示，上述的运行方法还包括以下步骤：
在将再生后的浓吸收溶液返回到所述的空气除湿塔10之前，使用所述的冷却器50冷却再生后的浓吸收溶液。
在本实施方式中，可通过外部冷却水对再生后的浓吸收溶液进行冷却。
还可以在对浓吸收溶液进行冷却和对稀吸收溶液进行加热之前，使用吸收溶液换热器(未图示)将浓吸收溶液管道36内的浓吸收溶液与稀吸收溶液管道16内的稀吸收溶液进行换热，以减少加热的热源和冷却的冷源。
进一步的，如图5和图6所示，本实施方式的运行方法还包括以下步骤：
在将集水箱24内的喷淋水返回到水喷淋装置23之前，先将所述的喷淋水用作冷却器50的冷源，利用喷淋水的冷量冷却再生后的浓吸收溶液。
更进一步的，如图6所示，本实施方式的运行方法还包括以下步骤：
在将所述的工艺流体导入管道1内的工艺流体通入所述的传热管束22之前，先将所述的工艺流体导入管道1内的工艺流体用作加热器40的热源，利用工艺流体的热量加热稀吸收溶液。
本发明实施方式通过将具有较低温度的蒸发冷却装置的喷淋水用作浓吸收溶液的冷源，并将工艺流体用作吸收溶液再生的驱动热源加以利用，从而显著强化了本发明的蒸发冷却系统的性能。
较佳的，本发明的另一实施方式提出一种蒸发冷却系统，与上述实施方式相比，如图7和图8所示，本实施方式的蒸发冷却系统，还包括：
所述的蒸发冷却装置20的水喷淋装置23和传热管束22之间设有第三填料层42。
在本实施方式中，第一填料层12中填充有第一填料，第二填料层32中填充有第二填料，第三填料层42中填充有第三填料，第一填料、第二填料和第三填料可选自相同或不同的填料，包括但不限于规整填料、拉西环、鲍尔环等散堆填料。在一些实施方式中，第一填料、第二填料和第三填料均采用鲍尔环。在另一些实施方式中，第一填料采用鲍尔环，第二填料采用拉西环，第三填料采用规整填料。所述填料的材质包括但不限于塑料、金属、陶瓷等。
本发明还在传热管束的上方设置第三填料层，实质上将开式冷却塔与闭式冷却塔(即蒸发冷却器)有机的结合了起来，从而实现了干燥空气的梯级利用和本蒸发冷却系统性能的进一步提升。
进一步的，如图8所示，本实施方式的蒸发冷却装置20的工艺流体导入管道1经所述的加热器40的热侧与所述的传热管束22相连接。
当工艺流体的温度较高时，可将工艺流体用作吸收溶液的再生驱动热源对工艺流体的热量进行利用，同时显著减少蒸发冷却装置20的冷却负荷。
当然，在工艺流体的温度或者热量不能完全满足驱动热源要求的情况下，可以增设一个利用外部热源的加热器与加热器40形成串联关系。
另一方面，本发明实施方式还提供了上述蒸发冷却系统的运行方法，与上述实施方式相比，如图7和图8所示，该运行方法包括以下步骤：
所述的水喷淋装置23喷淋的水与流经所述的传热管束22的空气在所述的第三填料层42进行逆流接触，以降低喷淋水的温度。
在本实施方式中，水喷淋装置23喷淋的水为从集水箱24出来，并流经冷却器50用于冷却再生后的浓吸收溶液后的水；流经传热管束22的空气是指流经传热管束22并将其用于冷却传热管束22中的工艺流体后的空气。
喷淋水经冷却器冷却浓吸收溶液后，喷淋水的温度升高，通过设置的第三填料层42，可利用流经传热管束后的空气对该温度升高的喷淋水进行冷却，从而实现了干燥空气的梯级利用和本蒸发冷却系统性能的进一步提升。
进一步的，如图8所示，该运行方法还包括以下步骤：
在将所述的工艺流体导入管道1内的工艺流体通入所述的传热管束22之前，先将所述的工艺流体导入管道1内的工艺流体用作加热器40的热源，利用工艺流体的热量加热稀吸收溶液。
本发明由于采用了基于开式吸收式热泵循环的空气除湿塔和吸收溶液再生塔，并以原本难以利用的工业低温余热废热用作驱动热源，使得进入蒸发冷却装置的空气的湿球温度得以明显降低，从而无需采用压缩式制冷系统也能够在南方夏季将工艺流体冷却到30℃甚至是20℃以下，达到了节能减排和成本降低的效果。本发明基于开式吸收式热泵循环的工艺流体蒸发冷却系统，由于所述开式吸收式热泵可使用70℃、甚至50℃以下的热量用作驱动热源，本发明提供了一种迄今技术上难以利用的工业低温余热废热的有效利用技术。
当然，本发明也可用于工业领域的制冷或建筑领域的空调，此时，工艺流体即为供冷的冷媒。
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种蒸发冷却系统，参见图3，空气除湿塔10的材质为普通碳钢，其长和宽为4.5m、总高度3.3m，浓吸收溶液喷淋机构13由喷淋母管和喷嘴组成，其材质为304不锈钢，第一填料层12的高度2.5m，填充有聚丙烯塑料鲍尔环，空气除湿塔10的底部作为稀吸收溶液收集箱14，其高度0.3m，第一收液器7由多层的304不锈钢丝网组成，其高度0.1m；蒸发冷却装置20为普通碳钢，其长和宽为4.5m、总高度3.3m，传热管束22的传热管为椭圆形传热管，其材质为普通碳钢，吸收溶液再生塔30的材质为普通碳钢，其长和宽为4.5m、总高度3.3m，稀吸收溶液喷淋机构33由喷淋母管和喷嘴组成，其材质为304不锈钢；第二填料层32的高度2.5m，填充有聚丙烯塑料鲍尔环，吸收溶液再生塔30的底部作为浓吸收溶液收集箱34，其高度0.3m，第二收液器8由多层的304不锈钢丝网组成，其高度0.1m；稀吸收溶液循环泵17、浓吸收溶液循环泵37和水喷淋泵27为不锈钢离心泵，第一空气风机19为不锈钢离心风机；加热器40和冷却器50为可拆式板式换热器，其材质为304不锈钢，稀吸收溶液管道16和浓吸收溶液管道36的材质为普通碳钢。
本实施例的蒸发冷却系统的运行方法，参见图3，具体包括以下步骤：
S1.空气的除湿过程：在所述的空气除湿塔10内，经所述的第一空气导入口15进入的空气与所述的浓吸收溶液喷淋装置13喷淋的浓吸收溶液在所述的第一填料层12内进行逆流接触，所述的浓吸收溶液吸收空气中的水分形成稀吸收溶液，以得到干燥空气；其中浓吸收溶液采用LiNO3作为吸收剂，LiNO3的质量浓度为58％，喷淋的浓吸收溶液的温度30℃、流量700m3/h；外界空气的干球温度37℃、露点温度27℃、流量400000m3/h，所述的空气流量与浓吸收溶液的流量比约为570；干燥空气的干球温度为30℃，露点温度为15℃；形成的稀吸收溶液的浓度57.7％、温度39℃。
S2.工艺流体的蒸发冷却过程：在所述的空气除湿塔10中得到的干燥空气经所述的干燥空气导入口25进入所述的蒸发冷却装置20中，与所述的水喷淋装置23喷淋的水在所述的传热管束22外壁进行逆流接触，以冷却所述的传热管束22内的工艺流体，喷淋水的温度20℃、流量100m3/h，工艺流体为水蒸气，工艺流体的饱和温度25℃、流量200000m3/h，经蒸发冷却装置20冷却后工艺流体冷凝为水，温度25℃。所述的干燥空气与喷淋水的流量比约为3900，；所述的干燥空气与工艺流体的流量比约为2。
S3.吸收溶液的再生过程：湿空气通过所述的第二空气导入口35进入所述的吸收溶液再生塔30中，与所述的稀吸收溶液喷淋装置33喷淋的稀吸收溶液在所述的第二填料层32内进行逆流接触，通过空气的吸湿，稀吸收溶液失去部分水分而形成浓吸收溶液，完成吸收溶液的再生，并将再生后的浓吸收溶液返回到所述的空气除湿塔10中。其中湿空气的温度20℃、露点温度20℃，经加热器40加热后的稀吸收溶液的温度46℃，再生后浓吸收溶液的浓度58％、温度37℃、流量700m3/h。所述的湿空气流量与所述的稀吸收溶液喷淋机构喷淋的稀吸收溶液的流量比约为570。
实施例2
本实施例提供了一种蒸发冷却系统，参见图8，本实施例与实施例1的区别在于，蒸发冷却装置20的总高度为4.4m，其中第三填料层42的高度1m，填充有聚丙烯塑料鲍尔环；第二空气风机39采用不锈钢轴流风机。
本实施例的蒸发冷却系统的运行方法，参见图8，具体包括以下步骤：
S1.空气的除湿过程：在所述的空气除湿塔10内，经所述的第一空气导入口15进入的空气，与所述的浓吸收溶液喷淋装置13喷淋的浓吸收溶液在所述的第一填料层12内进行逆流接触，所述的浓吸收溶液吸收空气中的水分形成稀吸收溶液，以得到干燥空气；其中浓吸收溶液采用LiNO3作为吸收剂，LiNO3的质量浓度为55％，经冷却器50与喷淋水换热后的浓吸收溶液的温度为25℃、流量700m3/h；外界空气的干球温度37℃、露点温度27℃、流量400000m3/h，所述的空气流量与浓吸收溶液的流量比约为570；干燥空气的干球温度为25℃，露点温度为12℃；稀吸收溶液的浓度54.7％、温度36℃；
S2.工艺流体的蒸发冷却过程：在所述的空气除湿塔10中得到的干燥空气经所述的干燥空气导入口25进入所述的蒸发冷却装置20中，与所述的水喷淋装置23喷淋的水在所述的传热管束22外壁进行逆流接触，以冷却所述的传热管束22内的工艺流体，喷淋水的流量550m3/h、温度20℃，经冷却器50与浓吸收溶液换热后的温度升至40℃，工艺流体为液态乙醇，流量为900m3/h、温度为60℃，经加热器40与稀吸收溶液换热后的温度降至38℃，经蒸发冷却装置20冷却后的温度为25℃。所述的干燥空气与喷淋水的流量比约为710；所述的干燥空气与工艺流体的流量比为440。
S3.吸收溶液的再生过程：外界空气通过所述的第二空气导入口35进入所述的吸收溶液再生塔30中，与所述的稀吸收溶液喷淋装置33喷淋的稀吸收溶液在所述的第二填料层32内进行逆流接触，空气的流量为400000m3/h，通过空气的吸湿，稀吸收溶液失去部分水分而形成浓吸收溶液，完成吸收溶液的再生，并将再生后的浓吸收溶液返回到所述的空气除湿塔10中。经加热器40与工艺流体换热后的稀吸收溶液的温度为53℃；空气流量与稀吸收溶液的流量比约为570；再生后的浓吸收溶液的浓度55％、温度42℃、流量700m3/h。
本发明实施例无需采用压缩式制冷系统也能够在南方夏季将工艺流体冷却到30℃甚至是20℃以下，达到了节能减排和成本降低的效果。
在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (17)

1.一种蒸发冷却系统，其特征在于，包括空气除湿塔、蒸发冷却装置和吸收溶液再生塔；
所述的空气除湿塔的内部设置有第一填料层，所述的第一填料层的上方设置有浓吸收溶液喷淋装置，所述的第一填料层的下方设置有稀吸收溶液集液箱，在所述的第一填料层和所述的稀吸收溶液集液箱之间设置有第一空气导入口；
所述的蒸发冷却装置包括水喷淋装置、传热管束、工艺流体导入管道、工艺流体导出管道、集水箱、干燥空气导入口、湿空气导出口和喷淋水循环管道；所述的水喷淋装置位于所述传热管束的上方，所述的集水箱位于所述传热管束的下方，所述的集水箱通过所述的喷淋水循环管道与所述的水喷淋装置相连接，所述的传热管束与所述的工艺流体导入管道和工艺流体导出管道通过联箱相连接；
所述的空气除湿塔的顶部设置有干燥空气导出口；在所述的传热管束和所述的集水箱之间设置有干燥空气导入口；所述的干燥空气导出口与所述的干燥空气导入口通过干燥空气管道相连接；
所述的吸收溶液再生塔的顶部设置有高温空气导出口，所述的吸收溶液再生塔的内部设置有第二填料层，所述的第二填料层的上方设置有稀吸收溶液喷淋装置，所述的第二填料层的下方设置有浓吸收溶液集液箱，所述的第二填料层和所述的浓吸收溶液集液箱之间设有第二空气导入口；
所述的空气除湿塔的稀吸收溶液集液箱与所述的吸收溶液再生塔的稀吸收溶液喷淋装置通过稀吸收溶液管道相连接，所述的浓吸收溶液集液箱与所述的浓吸收溶液喷淋装置通过浓吸收溶液管道相连接；
所述的稀吸收溶液管道上还设置有加热器，所述的加热器的热侧连接有外部驱动热源的热媒入口管道和热媒出口管道。
2.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述的蒸发冷却装置的湿空气导出口与所述的吸收溶液再生塔的第二空气导入口通过湿空气管道相连接。
3.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述蒸发冷却系统还设置有冷却器，所述的冷却器的热侧与所述的浓吸收溶液管道相连接，所述的冷却器的冷侧与外部冷却水的冷却水管道相连接。
4.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述的传热管束分为两组或两组以上，所述的工艺流体导入管道与最上方的传热管束的入口通过联箱相连接，所述的工艺流体导出管道与最下方的传热管束的出口通过联箱相连接，形成工艺流体的两流程或两流程以上的多流程。
5.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述的传热管束为蛇形传热盘管束，所述的蛇形传热盘管束的上方入口与所述的工艺流体导入管道通过上联箱相连接，所述的蛇形传热盘管束的下方出口与所述的工艺流体导出管道通过下联箱相连接，形成工艺流体的两流程或两流程以上的多流程。
6.根据权利要求3所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述的蒸发冷却装置的喷淋水循环管道经所述的冷却器的冷侧与所述的水喷淋装置相连接。
7.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述的蒸发冷却装置的工艺流体导入管道经所述的加热器的热侧与所述的传热管束相连接。
8.根据权利要求6或7所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述的蒸发冷却装置的水喷淋装置和传热管束之间设有第三填料层。
9.根据权利要求1～7任一项所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述的蒸发冷却系统还包括浓吸收溶液，所述的浓吸收溶液由水和吸收剂组成，其中吸收剂的质量浓度为40～90％，所述吸收剂为CaCl2、LiNO3、LiBr、LiCl、二甘醇和三甘醇中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述的蒸发冷却系统还包括浓吸收溶液，所述的浓吸收溶液由水和吸收剂组成，其中吸收剂的质量浓度为40～90％，所述吸收剂为CaCl2、LiNO3、LiBr、LiCl、二甘醇和三甘醇中的至少一种。
11.一种权利要求1～10任一项所述的蒸发冷却系统的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.空气的除湿过程：在所述的空气除湿塔内，经所述的第一空气导入口进入的空气，与所述的浓吸收溶液喷淋装置喷淋的浓吸收溶液在所述的第一填料层内进行逆流接触，所述的浓吸收溶液吸收空气中的水分形成稀吸收溶液，以得到干燥空气；
S2.工艺流体的蒸发冷却过程：在所述的空气除湿塔中得到的干燥空气经所述的干燥空气导入口进入所述的蒸发冷却装置中，与所述的水喷淋装置喷淋的水在所述的传热管外壁进行逆流接触，以冷却所述的传热管内的工艺流体；
S3.吸收溶液的再生过程：空气通过所述的第二空气导入口进入所述的吸收溶液再生塔中，与所述的稀吸收溶液喷淋装置喷淋的稀吸收溶液在所述的第二填料层内进行逆流接触，通过空气的吸湿，稀吸收溶液失去部分水分而形成浓吸收溶液，完成吸收溶液的再生，并将再生后的浓吸收溶液返回到所述的空气除湿塔中；
在稀吸收溶液进入所述的稀吸收溶液喷淋装置之前，使用所述的加热器加热所述的稀吸收溶液。
12.根据权利要求11所述的运行方法，其特征在于，
在S1步骤中，所述的浓吸收溶液喷淋装置喷淋的浓吸收溶液的温度为20～35℃，吸收剂的质量浓度为40～90％；所述的第一空气导入口进入的空气流量与所述的浓吸收溶液喷淋机构喷淋的浓吸收溶液的流量比为500～1500；所述的干燥空气露点温度为8～18℃；
在S2步骤中，所述的干燥空气与所述的水喷淋装置喷淋的水的流量比为500～5000；所述的水喷淋机构喷淋的喷淋水的温度为15～45℃；所述的干燥空气与所述的传热管内的工艺流体的流量比为1～1000，冷却后温度为18～30℃；
在S3步骤中，所述的稀吸收溶液喷淋装置喷淋的稀吸收溶液的温度为45～75℃；所述的第二空气导入口进入的空气流量与所述的稀吸收溶液喷淋装置喷淋的稀吸收溶液的流量比为500～3000。
13.根据权利要求11所述的运行方法，其特征在于，当从所述的湿空气导出口排出的湿空气的露点温度小于或等于外部环境空气的露点温度时，所述的吸收溶液的再生过程还包括如下步骤：
在所述的蒸发冷却装置内形成的湿空气经所述的第二空气导入口进入所述的吸收溶液再生塔中。
14.根据权利要求11所述的运行方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在将再生后的浓吸收溶液返回到所述的空气除湿塔之前，使用所述的冷却器冷却再生后的浓吸收溶液。
15.根据权利要求11所述的运行方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在将集水箱内的喷淋水返回到水喷淋装置之前，先将所述的喷淋水用作所述的冷却器的冷源。
16.根据权利要求11所述的运行方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在将所述的工艺流体导入管道内的工艺流体通入所述的传热管之前，先将所述的工艺流体导入管道内的工艺流体用作所述的加热器的热源。
17.根据权利要求15或16所述的运行方法，其特征在于，还包括如下步骤：
所述的水喷淋装置喷淋的水与流经所述的传热管束的空气在所述的第三填料层进行逆流接触，以降低喷淋水的温度。
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