CN114440661A - 一种循环水离心式冷却系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环水离心式冷却系统。该系统包括抽风机、喷淋泵及塔体，抽风机位于塔体顶部，喷淋泵位于塔体底部外侧；所述塔体内部由下至上依次设置集水池、填料层、喷淋装置、旋转床湿冷段、旋转床干冷段；旋转床湿冷段和干冷段均包括相对设置的静盘和动盘，静盘边缘固定在塔体内壁上，动盘可相对静盘旋转；静盘与动盘相对的表面设置循环水管，循环水管包括若干同心环形管，动盘与静盘相对的表面设置同心环形挡板；环形管和环形挡板在径向间隔设置，在轴向交错设置；静盘中心设置空心管。本发明的冷却系统具有提高的换热效率，且操作灵活，负荷调整范围大，可充分实现节能降耗。

Description

一种循环水离心式冷却系统和方法

技术领域

本发明涉及一种闭式循环水冷却系统，属于冷却塔技术领域。

背景技术

闭式冷却塔将管式换热器置于塔内，通过流通的空气、喷淋水与循环水的热交换来实现降温效果。闭式循环能够保证水质不受污染，维护主设备的高效运行，提高装置使用寿命。外界气温较低时，可停掉喷淋水系统以实现节水。

随着国家节能减排政策的实施以及水资源的日益匮乏，近几年来，闭式冷却塔在钢铁冶金、电力电子、机械加工、空调系统等领域得到了广泛的应用。但在某些冷却要求比较高的场合，如石化企业循环水系统，循环水的处理量非常大，且一般要求循环水从40℃左右冷却到30℃左右，此温度非常接近夏季时环境的湿球温度，现有的闭式冷却塔无法满足要求。若需增强冷却能力就需相应增大冷却塔体积，会受到安装空间及制造工艺的限制；同时还需大幅增加喷淋水的流量及风机的风量，同样会给闭式冷却塔的生产制造带来极大的难题。

CN 207850118 U提供了一种逆流式冷却塔，包括塔体、设置于塔体内的填料盘及固定与填料盘上的填料，填料盘与塔体转动连接，塔体设有驱动装置驱动填料盘转动，填料盘转动带动固定在填料盘上的填料转动，当循环水从喷淋管喷到填料中时，填料转动产生离心力带动循环水附着于填料壁上并沿这填料壁流动，同时离心力具有一个向上的分离抵消部分重力，使得循环水在填料中流动的时间加长，增加了与空气的传热时间，以提高传热效率，但填料易结垢，给操作带来不便，同时影响传热效率。

CN 102809306 A提供了一种等焓加湿降温节水闭式冷却塔，包括风机、铜管铝翅片式盘管、塔体、填料及离心式雾化器，离心式雾化器位于上层填料和下层填料之间，上层填料上面装有挡水板，下层填料下面装有集水池。空气进入冷却塔后先与雾化水进行热交换，流经上层填料后又与盘管进行热交换，可避免因水中杂质而导致闭式冷却塔换热管结垢。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种能够显著提高循环水冷却塔换热效率且操作灵活、负荷调整范围大的离心式冷却系统，可充分实现节能降耗。

本发明第一方面提供了一种循环水离心式冷却系统。

一种循环水离心式冷却系统，所述冷却系统包括抽风机、喷淋泵及塔体，所述抽风机位于塔体顶部，抽风机的气体进口与塔体顶部气体出口为同一气体通道；所述喷淋泵位于塔体底部外侧；

所述塔体内部由下至上依次设置集水池、填料层、喷淋装置、旋转床湿冷段、旋转床干冷段。

进一步地，所述的旋转床湿冷段包括静盘和动盘。静盘和动盘相对设置，静盘位于动盘的上方。所述静盘为平板结构，静盘边缘与塔体塔壁固定（密闭）连接，静盘的中心设置空心管，所述空心管两端敞口。所述静盘的下表面固定设置循环水管，循环水管在水平方向呈多层环形管分布。所述的动盘同样为平板结构，动盘上表面上固定设置动折流板，所述动折流板由多个同心环形挡板组成。环形挡板上优选设有小分支折流板。所述动折流板的各层环形挡板与循环水管的各层环形管在水平方向间隔设置，在塔体半径方向交错设置。即，各层环形挡板的俯视图与各层环形管的俯视图间隔排列，环形挡板的上沿高于相邻环形管的下沿。动折流板与循环水管彼此隔离，且不接触。

进一步地，所述的动盘通过转轴与电机之间转动连接。动盘的直径略小于塔体直径。所述空心管的内部，优选空心管的中心，设置喷淋水分布管。喷淋水分布管的下端优选低于动折流板的上沿。所述喷淋水分布管的上端通过塔壁的二级水进口与喷淋泵连接。

进一步地，所述的旋转床干冷段包括相对设置的静盘和动盘。静盘位于动盘的上方（或下方）。静盘边缘与塔体塔壁密闭固定连接，静盘中心设置空心管，所述的空心管两端敞口。静盘在与动盘相对的表面固定设置循环水管，循环水管在水平方向呈多层环形管分布。动盘在与静盘相对的表面固定设置动折流板，动折流板由多个同心环形挡板组成。环形挡板上优选设有小分支折流板。所述的环形挡板与环形管在径向（即水平方向）间隔设置，即环形挡板的俯视图与环形管的俯视图间隔排列，环形挡板与环形管在轴向上（即竖直方向）部分重叠。环形挡板与环形管彼此隔离，且不接触。所述的动折流板通过转轴与电机之间转动连接。动盘的直径略小于塔体直径（内径）。

进一步地，所述动盘与塔体塔壁间存在间隙，间隙宽度一般为50mm~100mm，所述间隙是用于塔内空气流动的通道。

进一步地，所述循环水管由若干个同心环形管围绕组成，各环形管之间保持连通。循环水管的具体布置可由本领域技术人员根据实际情况而设定，循环水管（环形管）外壁上优选设有若干小翅片，循环水管中环形管的截面可为圆形、长圆形、方形等，优选长圆形。

进一步地，旋转床干冷段循环水进口为循环水管总进口，旋转床干冷段循环水出口与旋转床湿冷段循环水进口之间由连接管相连，旋转床湿冷段循环水出口为循环水管总出口。

进一步地，相邻的环形管与环形挡板之间的间隔随环形挡板半径的增大而逐渐减小。

进一步地，所述电机与塔体固定连接，旋转床湿冷段的电机及动盘位于静盘下方；旋转床干冷段的电机及动盘位于静盘上方或下方。

进一步地，所述喷淋水分布管周向设置若干均匀分布的小孔，开孔的总面积与二级喷淋水管截面积相同。

进一步地，所述旋转床湿冷段及旋转床干冷段各部件的材质为金属材质，优选铜、铝等导热性好的材料。

进一步地，所述塔体塔壁上由下至上依次设置有出水口、进水口、进气口、一级进水口、循环水出口、二级进水口、循环水进口。

进一步地，所述出水口和进水口位于塔体集水池部分，出水口用于排放集水池中液体，进水口用于向集水池中补充喷淋水。

进一步地，所述进气口位于集水池和填料层之间的塔体侧壁四周，进气口用于塔外空气通过进气口进入塔内，进气口为百叶窗结构。

进一步地，所述一级进水口与喷淋装置喷淋水管连通，另一端与喷淋泵出口连通，一级进水口用于实现喷淋水进入喷淋装置。

进一步地，所述循环水出口与旋转床湿冷段的循环水管的一端连通，循环水出口用于连接循环水冷却系统出水管。

进一步地，所述二级进水口与旋转床湿冷段的水分布管连通，另一端与喷淋泵出口连通，二级进水口用于实现喷淋水进入旋转床湿冷段。

进一步地，所述循环水进口与旋转床干冷段的循环水管的一端连通，循环水进口用于连接循环水冷却系统进水管。

进一步地，所述的填料层材质是PVC填料，填料的形式可以是S波填料、斜交错填料、点波填料、双向波填料等。

进一步地，所述的喷淋装置由喷淋水管和若干雾化喷头组成。

进一步地，所述塔体优选为圆柱形结构。

本发明第二方面提供了一种循环水离心式冷却方法，其中应用了上面所述循环水离心式冷却系统。

本发明中，循环水冷却风在塔顶抽风机的作用下，由进气口进入塔体内，首先在填料层上与一级喷淋水接触，冷却风成为饱和湿空气，作为第一物流流过喷淋装置；

进一步地，第一物流通过动盘与塔体塔壁间存在的间隙进入旋转床湿冷段，第一物流经湿冷段的旋转床床层经过传质传热后形成第二物流由旋转床湿冷段中心空心管排出湿冷段；第一物流在湿冷段的旋转床床层内发生传质传热的过程包括：二级喷淋水由喷淋水分布管首先均匀分布落到的动盘上并随动盘一起高速旋转，在离心力的作用下沿塔体直径方向向外流动，再遇到动折流板后受到阻碍，二级喷淋水在动折流板表面以液膜的形式沿着动折流板自下而上流动，流至动折流板顶部后与动折流板分离，并以较高的速度撞击到静盘的循环水管上，喷淋水破碎成大量均匀分散的细小的液滴，细小液滴和冷却风在旋转床内经过多级连续接触传热传质，同时细小液滴、冷却风与循环水管壁进行传热，实现循环水管内的循环水降温冷却。降温后的循环水由循环水出口排出冷却塔塔体。

进一步地，第二物流进一步由旋转床干冷段的中心空心管进入旋转床床层，第二物流在旋转床内经离心作用强化与静盘中的循环水进行传热，将循环水温度降低，且进一步将第二物流温度提高，作为第三物流由动盘与塔体塔壁间存在的间隙排出干冷段，使得第三物流为不饱和湿度气体。

进一步地，第三物流由塔顶进入抽风机，由抽风机出气口排放进入大气。

与现有技术相比，本发明的循环水离心式冷却系统具有以下优点：

1、本发明的循环水离心式冷却系统中，循环水采用先干式旋转床冷却、再湿式旋转床冷却两级冷却工艺，可使循环水冷却后温度更接近于环境湿球温度，循环水的冷却温度更低。

2、本发明的循环水离心式冷却系统中，采用旋转床结构，冷却风和喷淋水直接接触传质传热后，再与循环水间壁式换热，不仅强化了循环水与冷却风、喷淋水的换热效果，减少设备换热面积，还可以节约喷淋水资源，减少喷淋水用量。

3、本发明的循环水离心式冷却系统中，冷却风、喷淋水先与循环水进行湿式冷却换热后，再与高温循环水进行干式冷却换热，进一步提高冷却风的温度，降低冷却风的饱和湿度，可有效消除抽风机出口排放的冷却风产生白雾的现象。

附图说明

图1为本发明的离心式冷却塔的结构示意图。

图2为旋转床湿冷段的结构示意图。

图3为旋转床干冷段的一种实施方式的结构示意图。

图4为旋转床干冷段的另一种实施方式的结构示意图。

图5为旋转床的静盘上循环水管布置图。

其中：1-集水池；2-进气口；3-雾化喷头；4-填料层；5-连接管；6-旋转床湿冷段；7-旋转床干冷段；8-抽风机；9-出气口；10-塔体；11-循环水进口；12-循环水出口；13-二级进水口；14-一级进水口；15-喷淋泵；16-出水口；17-进水口；61-静盘；62-空心管；63-水分布管；64-循环水管；65-动折流板；66-动盘；67-转轴；68-电机。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明本发明的具体情况，但不限于下述的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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“设有”、“置于”、“相连”、“连接”、“安装”等应做广义理解，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；可以是直接相连，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。

如图1所示，本发明第一方面提供了一种循环水离心式冷却系统。所述冷却系统包括抽风机8、喷淋泵15及塔体10，所述抽风机8位于塔体10顶部，抽风机8的气体进口与塔体10顶部气体出口为同一气体通道；所述喷淋泵15位于塔体10底部外侧；所述塔体10内部由下至上依次设置集水池1、填料层4、喷淋装置、旋转床湿冷段6、旋转床干冷段7。

如图2所示，所述的旋转床湿冷段6包括静盘61和动盘66。静盘61和动盘66相对设置，静盘61位于动盘66的上方。所述静盘61为板式结构，静盘61边缘与塔体10塔壁固定（密闭）连接，静盘61的中心设置空心管62，所述空心管62两端敞口。所述静盘61的下表面固定设置循环水管64，如图5所示，循环水管64在水平方向呈多层环形管分布，循环水管64的截面优选为矩形。所述的动盘66同样为板式结构，动盘66上表面上固定设置动折流板65，所述动折流板65由多个同心环形挡板组成，环形挡板上优选设有小分支折流板。所述动折流板65的各层环形挡板与循环水管64的各层水管在水平方向间隔设置，在塔体10半径方向交错设置。即，各层环形折流挡板的俯视图（水平投影）与各层循环水管64的俯视图（水平投影）间隔排列，环形挡板的上沿高于相邻循环水管64的下沿。动折流板65与循环水管64彼此隔离，且不接触。

进一步地，所述的动盘66优选通过转轴67与电机68之间转动连接。动盘66的直径略小于塔体10直径。所述空心管62的内部，优选空心管62的中心，设置喷淋水分布管63。喷淋水分布管63的下端优选低于动折流板65的上沿。所述喷淋水分布管63的上端通过塔壁的二级进水口13与喷淋泵15连接。

如图3、图4所示，所述的旋转床干冷段7包括相对设置的静盘61和动盘66。静盘61位于动盘66的上方（或下方）。静盘61边缘与塔体10塔壁密闭固定连接，静盘61中心设置空心管62，所述的空心管62两端敞口。静盘61在与动盘66相对的表面固定设置循环水管64。如图5所示，循环水管64在水平方向呈多层同心环形管分布，环形管的截面优选为矩形。动盘66与静盘61相对的表面固定设置动折流板65，动折流板65由多个同心环形挡板组成，环形折流挡板上优选设有小分支折流板。所述的环形挡板与环形管在径向水平方向交错设置，即，环形折流挡板的水平投影与环形管的水平投影间隔排列，环形折流挡板与环形管在轴向上（即垂直投影）部分重叠。环形挡板与环形管彼此隔离，且不接触。所述的动折流板65优选通过转轴67与电机68之间转动连接。动盘66的直径略小于塔体10直径（内径）。

进一步地，所述动盘66与塔体10塔壁间存在间隙，该间隙宽度一般为50mm~100mm，所述间隙是用于塔内空气流动的通道。

进一步地，所述循环水管64由若干个同心环形管围绕组成，各环形管之间保持连通。循环水管64的具体布置可由本领域技术人员根据实际情况而设定，循环水管64（环形管）外壁上优选设有若干小翅片，循环水管64的截面可为圆形、长圆形、方形等，优选长圆形。

进一步地，旋转床干冷段7循环水进口11为循环水管64总进口，旋转床干冷段7循环水出口12与旋转床湿冷段6循环水进口11之间由连接管5相连，旋转床湿冷段6循环水出口12为循环水管64总出口。

进一步地，相邻的环形管与环形挡板之间的间隔随环形挡板半径的增大而逐渐减小。

进一步地，所述电机68与塔体10固定连接，旋转床湿冷段6的电机68及动盘66位于静盘61下方；旋转床干冷段7的电机68及动盘66位于静盘61上方或下方。

进一步地，所述喷淋水分布管63周向设置若干均匀分布的小孔，开孔的总面积与二级喷淋水管截面积相同。

进一步地，所述旋转床湿冷段6及旋转床干冷段7各部件的材质为金属材质，优选铜、铝等导热性好的材料。

进一步地，所述塔体10塔壁上由下至上依次设置有出水口16、进水口17、进气口2、一级进水口14、循环水出口12、二级进水口13、循环水进口11。

进一步地，所述出水口16和进水口17位于塔体10集水池1部分，出水口16用于排放集水池1中液体，进水口17用于向集水池1中补充喷淋水。

进一步地，所述进气口2位于集水池1和填料层4之间的塔体10侧壁四周，进气口2用于塔外空气通过进气口2进入塔内，进气口2为百叶窗结构。

进一步地，所述一级进水口14与喷淋装置喷淋水管连通，另一端与喷淋泵15出口连通，一级进水口14用于实现喷淋水进入喷淋装置。

进一步地，所述循环水出口12与旋转床湿冷段6的循环水管64的一端连通，循环水出口12用于连接循环水冷却系统出水管。

进一步地，所述二级进水口13与旋转床湿冷段6的水分布管63连通，另一端与喷淋泵15出口连通，二级进水口13用于实现喷淋水进入旋转床湿冷段6。

进一步地，所述循环水进口11与旋转床干冷段7的循环水管64的一端连通，循环水进口11用于连接循环水冷却系统进水管。

进一步地，所述的填料层4材质是PVC填料，填料的形式可以是S波填料、斜交错填料、点波填料、双向波填料等。

进一步地，所述的喷淋装置由喷淋水管和若干雾化喷头3组成。

进一步地，所述塔体10优选为圆柱形结构。

本发明第二方面提供了一种循环水离心式冷却方法，其中应用了上面所述循环水离心式冷却系统。

本发明中，循环水冷却风在塔顶抽风机8的作用下，由进气口2进入塔体10内，首先在填料层4上与一级喷淋水接触，冷却风成为饱和湿空气，作为第一物流流过喷淋装置；

进一步，第一物流通过动盘66与塔体10塔壁间存在的间隙进入旋转床湿冷段6，第一物流经湿冷段的旋转床床层经过传质传热后形成第二物流由旋转床湿冷段6中心空心管62排出湿冷段；第一物流在湿冷段的旋转床床层内发生传质传热的过程包括：二级喷淋水由喷淋水分布管63首先均匀分布落到的动盘66上并随动盘66一起高速旋转，在离心力的作用下沿塔体10直径方向向外流动，再遇到动折流板65后受到阻碍，二级喷淋水在动折流板65表面以液膜的形式沿着动折流板65自下而上流动，流至动折流板65顶部后与动折流板65分离，并以较高的速度撞击到静盘61的循环水管64上，喷淋水破碎成大量均匀分散的细小的液滴，细小液滴和冷却风在旋转床内经过多级连续接触传热传质，同时细小液滴、冷却风与循环水管64壁进行传热，实现循环水管64内的循环水降温冷却。降温后的循环水由循环水出口12排出冷却塔塔体10。

进一步，第二物流进一步由旋转床干冷段7的中心空心管62进入旋转床床层，第二物流在旋转床内经离心作用强化与静盘61中的循环水进行传热，将循环水温度降低，且进一步将第二物流温度提高，作为第三物流由动盘66与塔体10塔壁间存在的间隙排出干冷段，使得第三物流为不饱和湿度气体。

进一步，第三物流由塔顶进入抽风机8，由抽风机8出气口9排放进入大气。

Claims (19)

1.一种循环水离心式冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括抽风机、喷淋泵及塔体，所述抽风机位于塔体顶部，所述喷淋泵位于塔体底部外侧；

所述塔体内部由下至上依次设置集水池、填料层、喷淋装置、旋转床湿冷段和旋转床干冷段；

所述的旋转床湿冷段包括静盘和动盘，静盘位于动盘上方；所述静盘的边缘与塔体塔壁固定连接，所述动盘可旋转；静盘中心设置空心管，空心管内设置喷淋水分布器；静盘下表面固定设置循环水管，循环水管在水平方向呈多层环形管分布；所述动盘上表面上固定设置动折流板，动折流板由多个同心环形挡板组成；所述环形管与所述环形挡板在水平方向间隔设置，在轴向交错设置；

所述的旋转床干冷段包括相对设置的静盘和动盘；所述静盘的边缘与塔体塔壁固定连接，所述动盘可旋转；静盘中心设置空心管；静盘在与动盘相对的表面设置循环水管，循环水管呈多层环形管分布；所述动盘在与静盘相对的表面固定设置动折流板，动折流板由多个同心环形挡板组成，所述环形挡板与所述环形管在径向水平间隔设置，在轴向交错设置；

所述旋转床湿冷段内循环水管的循环水进口与旋转床干冷段内循环水管的循环水出口连通。

2.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述的旋转床湿冷段与旋转床干冷段分别包括电机与转轴，所述电机通过转轴与动盘转动连接。

3.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述动盘的直径小于塔体内径。

4.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述的旋转床湿冷段中，间隔设置是指各层环形挡板的俯视图与各层环形管的俯视图间隔排列，交错设置是指环形挡板的上沿高于相邻环形管的下沿；所述的旋转床干冷段中，间隔设置是指环形挡板的俯视图与环形管的俯视图间隔排列，交错设置是指环形挡板与环形管在轴向上部分重叠。

5.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述的环形挡板上设有小分支折流板。

6.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述的环形管上外壁上设有若干小翅片。

7.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，相邻的环形管与环形挡板之间的间隔随环形挡板半径的增大而逐渐减小。

8.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述喷淋水分布管的下端低于动折流板的上沿，所述喷淋水分布管的上端通过塔壁的二级水进口与喷淋泵连接。

9.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述塔体的塔壁由下至上依次设置有出水口、进水口、进气口、一级进水口、循环水出口、二级进水口和循环水进口。

10.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，进一步地，所述出水口和进水口位于塔体集水池部分，出水口用于排放集水池中液体，进水口用于向集水池中补充喷淋水。

11.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述进气口位于集水池和填料层之间的塔体侧壁四周，进气口用于塔外空气进入塔内。

12.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述一级进水口与喷淋装置喷淋水管连通，另一端与喷淋泵出口连通，一级进水口用于实现喷淋水进入喷淋装置。

13.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述循环水出口与旋转床湿冷段的循环水管的一端连通，循环水出口用于连接循环水冷却系统出水管。

14.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述二级进水口与旋转床湿冷段的水分布管连通，另一端与喷淋泵出口连通，二级进水口用于实现喷淋水进入旋转床湿冷段。

15.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述循环水进口与旋转床干冷段的循环水管的一端连通，循环水进口用于连接循环水冷却系统进水管。

16.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述填料层中的填料为S波填料、斜交错填料、点波填料或双向波填料中的至少一种。

17.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，旋转床干冷段的循环水进口为循环水管总进口，旋转床湿冷段循环水出口为循环水管总出口。

18.按照权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述喷淋水分布管周向设置若干均匀分布的小孔，开孔总面积与二级喷淋水管截面积相同。

19.一种循环水离心式冷却方法，其中应用了权利要求1-18任一所述的循环水离心式冷却系统。

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