CN114234673B - 一种冷却塔等离子电场放电电极及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷却塔等离子电场放电电极及其应用，所述放电电极为金属合金丝，所述放电电极采用钼镧合金丝，钼镧合金丝中钼成分含量为97.95‑99.56％，镧成分的含量为0.4‑2％，且钼镧合金丝的直径为0.3mm‑0.6mm。采用本发明提供的冷却塔等离子电场放电电极，不仅结构简单、适用于大跨度场景、风阻小、质量轻、安全系数高的优点，而且具有满足100％消雾的前提下实现最低功耗以及最少耗损的优点，效果十分突出。

Description

一种冷却塔等离子电场放电电极及其应用

技术领域

本发明涉及消雾处理技术领域，特别涉及一种冷却塔等离子电场放电电极及其应用。

背景技术

目前的针对冷却塔“消白”和“节水技术”都停留在冷却塔内部的改造上，例如在塔内增加吸收材料或添加塔内换热段，尽管技术更新换代到第三、四代的超导碳塑及超导合金，但是仍未从本质上解决建造与使用成本问题，存在消雾但不节能的现象。

基于上述内容，我们提出一种冷却塔消水节雾的方法，是在冷却塔风筒上方建立大型等离子场，不改造原有冷却塔结构，不影响冷却装置本身的散热性能，在达到节能经济性的前提下，实现消雾收水的效果。但是在实际应用中，冷却塔等离子电场消雾装置的放电电极的选材与结构设计需要充分考虑作业环境中持续强风、湿热、震动以及不同季节下冷却塔自身运行情况。因此，本申请针对该问题提供了一种冷却塔等离子电场放电电极及其应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷却塔等离子电场放电电极及其应用，能够克服环境中持续强风、湿热、震动的问题，以及不同季节下冷却塔自身运行情况，其针对性的调整可更加有效的提高冷却塔消雾节水运行所需的能耗利用率，使得其自身具有节能环保的优点。

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供了一种冷却塔等离子电场放电电极，所述放电电极为金属合金丝。

作为上述技术方案的进一步改进，所述放电电极采用钼镧合金丝，钼镧合金丝中钼成分含量为97.95-99.56％，镧成分的含量为0.4-2％，且钼镧合金丝的直径为0.3mm-0.6mm，放电电极的长度为3m-12m。

作为上述技术方案的进一步改进，所述钼镧合金丝中钼的含量为98.94％，氧化镧的含量为1％，且钼镧合金丝的直径为0.4mm。

本发明还提供了一种冷却塔等离子电场装置，包括若干组间隔分布的放电单元和集水单元，其中，所述放电单元包括上述的冷却塔等离子电场放电电极。

作为上述技术方案的进一步改进，所述放电电极相互平行。

作为上述技术方案的进一步改进，所述放电单元还包括用于将若干组所述放电电极两端固定且绷紧的支撑结构。

作为上述技术方案的进一步改进，所述放电单元还包括将所述放电电极与围护横梁体结构绝缘的绝缘保护结构。

作为上述技术方案的进一步改进，相邻两组所述放电单元间的所述放电电极的间距为35-45mm。

作为上述技术方案的进一步改进，相邻两组所述放电单元间的所述放电电极的间距为42mm。

本发明还提供了一种冷却塔等离子电场系统，包括至少一组上述冷却塔等离子电场装置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述冷却塔等离子电场装置为两组，两组冷却塔等离子电场装置内的所述放电单元与集水单元形成的雾气流道相互垂直。

本发明至少具备以下有益效果：

1、采用本发明提供的冷却塔等离子电场放电电极，不仅结构简单、适用于大跨度场景、风阻小、质量轻、安全系数高的优点，而且具有满足100％消雾的前提下实现最低功耗以及最少耗损的优点，效果十分突出。

2、采用本发明提供的冷却塔等离子电场放电电极形成放电单元并配合集水单元形成的冷却塔等离子电场装置，不仅具有消雾能力强、功耗及损耗低的优点，同时具有优越的液滴捕捉能力，使得满足每百平方能效比、横向抗风能力、100％消雾最大垂直风速三项指标时的最优方案，具有极大的价值。

3、采用本发明提供的冷却塔等离子电场装置形成冷却塔等离子电场系统时呈分级式设置，使得该冷却塔等离子电场系统具有强大的消雾能力，同时具有功耗最低以及损耗最小，并能够同时满足每百平方能效比、横向抗风能力、100％消雾最大垂直风速三项指标时的最优方案的实施的优点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为对比例2放电电极的试验损耗前后显微照片图；

图2为对比例6放电电极的试验损耗前后显微照片图；

图3为对比例10放电电极的试验损耗前后显微照片图；

图4为实施例5放电电极的试验损耗前后显微照片图；

图5为冷却塔等离子电场装置中放电电极组成的放电单元结构示意图；

图6为冷却塔等离子电场装置中放电单元和集水单元以及围梁组成立体结构示意图；

图7为图6的俯视图和局部放大图；

图8为冷却塔等离子电场装置整体结构示意图；

图9为冷却塔等离子电场系统结构示意图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明提供了一种冷却塔等离子电场放电电极，放电电极为金属合金丝，放电电极采用钼镧合金丝，钼镧合金丝中钼成分含量为97.95-99.56％，镧成分的含量为0.4-2％，且钼镧合金丝的直径为0.3mm-0.6mm，其中镧主要以La₂O₃形式存在，放电电极的长度为3m-12m。

为了验证本发明中放电电极在消水除雾、节约能源方面的具体效果，在放电电极长度为10m的情况下，提供以下几种实施例和对比例：

为了验证钼镧合金丝制成的放电电极在消水除雾、节约能源方面的优异效果，还采用其它金属合金作为对比例，其中主要成分为钨(W)，合金成分为铈(Ce)，主要以氧化铈(CeO₂)形式存在。

为了验证上述放电电极的具体效果，设置如下试验对其进行测试：

(1)试验目的：在标定工作环境下测试钼、钼镧合金、钨、钨铈合金不同合金比例及不同丝径作为等离子场负极，能够100％消除蒸发水雾的前提下最低的功耗与最低的损耗系数。

(2)试验装置：无影灯、暗室、相机、蒸发器、功率仪、电子显微镜、万分尺、万分之一电子分析天平、等离子发生装置。

(3)试验条件：室温20℃、相对湿度30％、暗室。

(4)试验步骤

a、在电子显微镜下检查并记录电极丝表面是否光滑无损，用万分尺检查并记录丝径、用电子分析天平检查并记录电极丝重量；

b、暗室内布置无影灯和相机，将不同规格的电极丝安装在等离子发生装置上，测试并拍照记录达到暗室内无影灯照射下目测100％消雾的情况下所用功率及损耗情况；

c、达到100％消雾时连续运行720小时，用电子显微镜观察电极丝表面、用万分尺测量丝径、电子分析天平测量电极丝重量差。

(5)试验数据

损耗系数：测试前后重量差的比值。

能效比：实现100％消雾所用能耗与最低能耗的比值。

具体结果如下表所示：

在制备放电电极的过程中，发现金属合金丝中镧含量越高，金属合金丝制作直径越细的难度就越大，尤其是0.2mm及以下，且实施例1-3中放电电极在制作完成后，机械强度较低，现场运输难度大，且在安装时横向拉紧过程容易断裂。从实施例1-3可看出，随着金属合金中镧含量的逐渐上升，其能效比也在逐渐上升，从0.98增长到1，虽然其能效比优异，但是其制备和安装难度较大；从实施例2、4-8中可看出，随着放电电极直径的增加，其损耗系数在逐渐增大，但是其能效比在逐渐减小，说明越细的放电电极使用效果越好，但是从损耗系数中可看出，直径越小，其损耗系数越小，不利于放电电极的使用寿命，因此，取能效比和损耗系数乘积最大者为最优值，实施例5，钼镧合金丝中氧化镧含量1％、且钼镧合金丝的直径为0.4mm，为最优组合，钼镧合金丝的长度则可根据等离子电场尺寸需要设置。

从对比例6-8来看，其金属合金为钨，直径为0.4-0.8，虽然随着直径的增大其损耗系数大，能耗比减小，从对比例9-10来看，虽然加入了铈，也增加了其能耗比和损耗系数，但是两者乘积远远小于实施例，可以证明，在消水除雾方面，采用本发明中的钼镧合金作为放电电极具有优异的效果。

结合图1-图4看，在连续运行720小时消雾试验后，对比例2、对比例6和对比例10，其表面都出现氧化起皮脱落的现象，但是实施例5中表面仅仅是出现了斑驳，相比较对比例2、对比例6和对比例10，在强风、潮湿等条件下，稳定性极强，因此，适合将实施例5中钼镧合金制成的放电电极应用到冷却塔中。虽然在数值上只是很小的差距，但是在实际应用过程中，处理冷却塔水量所节约的能源是不可估计的。进而通过采用本发明的冷却塔等离子电场放电电极，能够在实现100％消雾的情况下，具有最低的功率消耗以及损耗系数，获得最大的节能环保性能。

如图8所示，本发明还提供了一种冷却塔等离子电场装置，如图6-7所示，包括若干组间隔分布的放电单元和集水单元，在图7中，放电单元为B，集水单元为A；如图5所示，放电单元包括若干组平行的上述冷却塔等离子电场放电电极，相邻两组放电单元间的放电电极的间距为35-45mm，放电单元为高压端，集水单元直接接地，在放电电极通电与之后，放电单元与集水单元之间形成压差，本发明的冷却塔等离子电场装置采用上述的冷却塔等离子电场放电电极后，在对冷却塔排出的雾气进行消雾时，功耗以及损耗均降至最低。

其中，放电电极相互平行，具有对冷却塔排出的雾气全方位覆盖的等离子场，确保消雾彻底。

如图5所示，放电单元还包括将放电电极1支撑在围护横梁体结构上的支撑结构2，具体的，支撑结构2与梁体之间可拆卸连接，支撑结构对应于放电电极的两端均设置一个，并与放电电极1之间可拆卸连接，其中，支撑结构2可以为板状、管状或其他形式，在此不做任何限定，只需能够将放电电极1稳定的支撑在维护横梁体结构上即可，同时，高度方向重合的放电电极的端部可共同被同一个支撑结构支撑。

支撑结构2配置成可调节放电电极的绷紧状态，在一实施方式中，放电电极1的端部通过调节组件与支撑结构2连接，调节组件设置成与支撑结构2之间螺纹配合，放电电极1的端部与调节组件固定，进而可直接转动调节组件，使得调节组件沿放电电极的长度方向移动，以绷紧或松弛放电电极至最佳工作状态，作为一具体实施方式，调节组件可以为调节螺栓。

放电单元还包括将放电电极1与围护横梁体结构绝缘的绝缘保护结构3，利用绝缘保护结构3，将维护横梁体机构与放电单元绝缘设置，提高安全性。

靠近围护横梁体结构的等离子场中，集水单元位于放电单元的外侧，放电单元与集水单元之间存在压差，且放电单元为高压端，集水单元直接接地，使得集水单元能够将最外侧的放电单元进行遮挡，提高安全性。

为了进一步验证放电单元之间放电电极间距对捕捉液滴的影响，选取实施例5作为放电电极，将其应用到冷却塔等离子电场装置以及系统，同一冷却塔等离子电场装置内，相邻两组放电单元间的放电电极设置不同的间距。

为了验证上述放电电极间距具体效果，设置如下试验对其进行测试：

(1)试验目的：测试在选定最优合金电极的情况下，对放电单元之间间距、每百平方能效比，抗风性能、100％消雾最大垂直风速进行测试对比。

(2)试验装置：无影灯、暗室、相机、蒸发器、轴流风机、功率仪、风速仪、等离子发生器。

(3)试验条件：室温20℃、相对湿度30％、暗室。

(4)试验步骤

a、分别调整多组放电单元间放电电极的间距，拍照并记录暗室内无影灯照射下目测100％消雾的情况下的所用功率，并计算该间距情况下每百平方的组数和总功率。

b、分别调整多组放电单元间放电电极的间距，拍照并记录暗室内无影灯照射下目测100％消雾的情况下，不发生断路打火，导致等离子发生器继续工作的最大横向风速，测试横向抗风性能。

c、分别调整多组放电单元间放电电极的间距，拍照并记录暗室内无影灯照射下目测100％消雾的情况下的最高垂直风速，测试消雾能力。

(5)试验数据如下表所示：

根据上述试验结果可知，在每百平方能效比、横向抗风能力、100％消雾最大垂直风速三项指标中实施例12为最优组合，符合冷却塔运行的参数特性，即相邻两组所述放电单元间的所述放电电极的间距为42mm。

如图9所示，本发明还提供了一种冷却塔等离子电场系统，包括至少一层冷却塔等离子电场装置，其中，当所述的冷却塔等离子电场装置为两层时，该两层冷却塔等离子电场装置内的所述放电单元与集水单元形成的雾气流道相互垂直，利用上下两组分级式处理方式，当最靠近冷却塔的一级等离子体电晕电场对雾气处理之后，残留的雾气会进入二级等离子体电晕电场中，被继续处理，以确保雾气的有效处理和水分的回收；

当采用三层或多于三层的冷却塔等离子电场装置时，从下至上将多层冷却塔等离子电场装置以此设定为一级、二级、三级......，且越往上，设定为优先级越低，其中，二级以上的等离子体电场装置在消雾处理之后形成的水滴会落入到冷却塔内，此时，其必然经过优先级大于其自身的其他级等离子体电场装置，而该水滴通过冷凝形成，其温度相较于雾气温度较低，在其经过优先级大于其自身的其他级等离子体电场装置，可提高其它级等离子体电场装置的冷凝效果，同时，各级等离子体电场装置之间可通过调节位置形成级间间隔分布，该间隔可供外界自然风进入，进一步提高冷凝效果，具体在实施过程中，可通过调节相邻两级冷却塔等离子电场装置的高度，形成间隔。

进一步的，该系统在采用多级冷却塔等离子电场装置时，相邻的两级等离子体电晕电场内的电场方向呈相互垂直的状态分布，由于雾气在雾气通道内会在电场的作用下向低压一侧运动，实现水、气分离，通过采用本发明的上述方案之后，雾气在相邻的两级冷却塔等离子电场装置时运动方向不同，可对雾气进行多方向的水、气分离，进一步提高消雾节水的功能。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种冷却塔等离子电场系统，其特征在于，包括设置在冷却塔风筒出口雾气流通方向的至少两组冷却塔等离子电场装置，且相邻两组冷却塔等离子电场装置的高度可调，每组所述冷却塔等离子电场装置包括若干组间隔分布的放电单元和集水单元，相邻两组冷却塔等离子电场装置内的所述放电单元与集水单元形成的雾气流道相互垂直；

所述放电单元包括若干组相互平行的放电电极、用于将若干组所述放电电极两端固定且绷紧的支撑结构以及将所述放电电极与围护横梁体结构绝缘的绝缘保护结构，所述放电电极为钼镧合金丝。

2.根据权利要求1所述的一种冷却塔等离子电场系统，其特征在于，所述钼镧合金丝中钼成分含量为97.95-99.56％，镧成分的含量为0.4-2％，且钼镧合金丝的直径为0.3mm-0.6mm。

3.根据权利要求2所述的一种冷却塔等离子电场系统，其特征在于，所述钼镧合金丝中钼的含量为98.94％，氧化镧的含量为1％，且钼镧合金丝的直径为0.4mm。

4.根据权利要求1所述的一种冷却塔等离子电场系统，其特征在于，相邻两组所述放电单元间的所述放电电极的间距为35-45mm。

5.根据权利要求4所述的一种冷却塔等离子电场系统，其特征在于，相邻两组所述放电单元间的所述放电电极的间距为42mm。

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