CN1699908A - 冷却塔水蒸发损失减少的方法和实施该方法的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却塔水蒸发损失减少的方法和实施该方法的装置。所述方法是在冷却塔内用水作冷凝剂，直接冷凝水蒸汽而形成水。实施该方法的方式是通过安装在冷却塔内的自动冷凝装置能产生空心形状的喷射器均匀地把冷凝剂喷淋成雾状的细小水滴与水蒸汽接触，使其遇冷凝结成水。凝结水和冷凝剂在下降时不与冷却过程的热水接触，而是沿着冷却塔内壁直接落入集水池。冷却过程和冷凝过程所传递的热量，由风机送出塔外。根据安装在冷却塔风机上部的湿度传感器测出的含湿量数值和设定的含湿量数值经变送器、控制器处理比较，得出被测量偏差，并按一定规律发出控制信号，由执行器进行调节喷射器的喷淋密度，实现自动冷凝过程。

Description

冷却塔水蒸发损失减少的方法和实施该方法的装置

技术领域

本发明涉及冷却塔技术，具体涉及一种在冷却塔中减少水蒸发损失的方法，并涉及实现该方法的装置。属于国际专利分类F28C1/00“冷却塔”技术领域。

背景技术

冷却塔是指在塔内将热水喷洒到淋水填料上形成水滴或水膜，自上而下地与从下向上流动的具有吸热能力的冷空气进行对流传热，并利用水的蒸发扩散作用带走水中热量的冷却设备。这种冷却设备主要为湿式冷却塔。湿式冷却塔又以抽风式逆流冷却塔型式为主。本发明就是针对这种类型的冷却塔而设计的节水方法。

在设计冷却塔时，为了减少水量损失，一般设有节水装置收水器。它是由一排或两排倾斜的板条或弧形叶板组成，布置在整个塔断面上，作用是阻拦热水与填料碰撞形成散溅的小水滴。小水滴夹杂在上升的湿热空气中，因突然改变方向，被截留下来。这种节水装置对湿热空气中的水蒸汽基本不起作用。

冷却塔的设计是根据水的蒸发原理进行的，是以蒸发扩散带出热量为前提。蒸发损失是为完成水的冷却而必须蒸发的水量。因此，根据冷却塔理论，为达到一定的冷却效果，应尽可能增大蒸发量。

由于冷却塔的这种工作原理致使大量的水被蒸发，损失相当大。按照冷却塔理论设计的蒸发损失率占总循环水量的百分数计算，三天时间即可将循环量蒸发掉。如每小时冷却水的总循环量为10万立方米，蒸发损失率为总循环水量的1.5％，则在三天的循环冷却过程中即可把10万立方米的水蒸发逸尽。可想而知，冷却塔水蒸发的损失有多大。为了冷却效果，也只能顾此失彼了。那么，能否找到既不影响冷却效果又不致使冷却水大量损失的方法呢？根据热力学理论和除湿原理对冷却塔的蒸发损火和冷却效果进行研究发现：在开放的系统内，通过向系统输入能量，即可将水蒸汽从湿热空气中分离出来。这种方法就是在冷却塔内用冷水作冷凝剂直接冷凝水蒸汽，水蒸汽遇冷凝结成水，从而将水蒸汽从湿热空气中分离出来，蒸发损失因此而减少。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种在冷却塔内用冷水作冷凝剂，使水蒸汽冷凝成水，从而减少冷却塔水蒸发损失的方法，以及实现该方法的简单装置。

本发明的技术方案如下。

一种冷却塔水蒸发损失减少的方法，是在冷却塔内用水作冷凝剂，直接冷凝水蒸汽形成水的节水方法。

实施上述方法的装置，由自动控制系统、压力输水泵及喷射器组成自动冷凝装置，在冷却塔内通过诸构件组成该装置，实施用水作冷凝剂直接冷凝水蒸汽而形成水的节水方式。

上述方法和所涉及装置具体为：由设在冷却塔风筒入口下方的冷凝喷射器，将低于湿热空气的冷凝剂均匀地喷淋成雾状细小水滴，喷淋面积与冷却塔内截面积相同，喷淋密度根据冷却塔的冷却水量而确定。喷射器喷出的冷凝剂不与冷却过程的热水接触，只与上升的湿热空气中的水蒸汽密切接触进行冷凝过程。水蒸汽遇冷凝结成水，凝结水与冷凝剂一起沿冷却塔内壁落入集水池，热空气由抽风机送出塔外。

本发明方法所依据的技术理论是这样的：冷凝为与汽化相反的热传递过程。当水蒸汽遇冷凝结时，首先放出潜热，水蒸汽冷凝成水。这时，冷凝水的温度与水蒸汽的温度相同，冷凝热等于汽化潜热。也就是说：热冷却时所放出的热量等于冷加热时所吸收的热量。在理论上称为热量平衡。这时，若使冷凝水的温度再降低，就需对冷凝水继续冷却。那么，这时的能量从何而来呢？这正是本发明所要解决的技术问题。根据热力学理论阐述的可逆过程和耗散结构分析，要打破热传递平衡态的存在，就需有外界提供的能量才能实现。在一个开放的系统中，完成非热平衡状态，除从外界获取能量和物质得到维持外，系统本身还应具有一定的失稳功能，并且热量传递的多少与过程的具体进行方式有关。因此，在冷却塔这个可以人工控制的开放系统中，水的冷却降温，不必以蒸发水分带出热量为代价，而只要在系统内人工改变热量传递方式，即能量转化方式，就能把热量带出系统，降低水温。在冷却塔这个开放的系统内，冷却过程和冷凝过程是连续不变的相变过程，并且，都是在人工控制的条件下所进行的强化传热过程。

本发明方法实施的必要条件：根据热量平衡原理，在一个设备内完成两个相反的相变过程是不可能的。但在一个开放式的冷却塔内完成冷却过程和冷凝过程是可行的。正如热力学理论所论述的：在一个开放式的系统内，能量可通过不同的方式进行转化。冷却塔热量的转化过程可在人工控制的条件下进行。为此，把冷却塔人为地分隔成两个设备进行不同的热传递过程。首先，保证有效的冷凝空间，是完成冷凝过程所必备的条件。根据水冷却原理，在冷却过程中，水蒸汽的蒸发量越大，水的冷却效果就越好。而在冷凝过程，水蒸汽溢出的越少，冷凝效果就越好。至此，在冷却塔内要进行两个正好相反的相变过程，就还需具备相应的条件才能进行热传递。其次，使其不相互接触。我们知道，在冷却塔内参与两个相变过程的热传递介质都是水和空气。显然，在一个开放式的设施里，空气是不能隔开的，而水可以自由隔离。因此，把冷却过程的热水与冷凝过程的冷水分开隔离，使其不接触，只让冷空气与冷却过程的热水进行热传递。当热水把热量传递给冷空气后，形成饱和的湿热空气，随着抽风机的风力上升。冷却过程的热水被降低温度后降落于集水池。随风力上升的湿热空气再与冷凝过程的冷水接触进行热传递，这时湿热空气把热量传向冷水，湿热空气中的水蒸汽失去热量后被凝结成水。此时，凝结水的温度和湿热空气的温度是相同的。在理论上蒸发潜热与湿热空气放出的显热即趋近平衡，也就是说，总体温度并没有下降。这就需要第三个条件，增加降温能量，就是增加所需的通风量，即增加风压克服冷凝过程产生的通风阻力，增大风量降低湿热空气向冷凝过程传递的温度。系统经增加能量后，凝结水的温度得到降低。而热量在相互转化的相变过程中最终被传递到空气中，由风力从塔中带出。至此，风力带走的是热量而不是水蒸汽。凝结水和冷凝剂一起沿冷却塔内壁降落于集水池，最终使水蒸发的损失减少。

本发明涉及的实施该方法的装置——自动冷凝装置，由安装在冷却塔风机上部的湿度传感器测出的含湿量数值和设定的含湿量数值，经过变送器、控制器处理比较后产生偏差，并按一定规律发出控制信号。通过执行器调节电动阀门，控制冷凝装置的喷淋密度，最大限度地对湿热空气中的水蒸汽进行冷凝。

综上所述，实施本发明的方法与自动冷凝装置，作为一种节水方式，不但可有效减少冷却塔的水蒸发损失，而且还能提高冷却效果。采用本发明方法及装置，即使对于现有的冷却塔，只需适当调整风压风量，其节水率也将大幅度提高。并且，用水作冷凝剂直接冷凝水蒸汽，是最经济的节水方法。实现该方法的自动冷凝装置结构简单，其构件市场易购，操作管理方便。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图为实施本发明方法装置工作过程的示意图。

图中：1、水泵，2、冷凝喷射器，3、集水池，4、风机，5、电动阀，6、传感器，7、变送器，8、控制器，9、执行器，10、风筒出口，11、冷凝剂，12、水蒸汽，13、喷嘴，14、热空气，15、输水管，16、冷却塔内壁，17、风筒入口，18、凝结水，19、热水，20、空气，21、淋水填料，22、收水器。

具体实施方式

如附图所示，冷却塔的冷却过程是由喷嘴13将热水19喷洒在淋水填料21上，形成大小水滴或极薄的水膜，与上升的空气20接触。因温差使热水19中的热量传递到空气20中，并使水气化蒸发。空气20因风机4抽力，带走气化所需的热量，和气化产生的水蒸汽12，失去热量的水降低温度后落入集水池3。空气20与水蒸汽12形成饱和湿热空气，随风机4的抽力继续上升，经收水器22，将夹杂在湿热空气中的细小水滴除掉，从风筒排出塔外。

冷却塔的冷凝过程是由水泵1将低于湿热空气的冷水作为冷凝剂11，通过输水管15送至安装在风筒入口17下方的能产生空心形状的冷凝喷射器2，均匀喷淋成雾状细小水滴。喷淋面积与冷却塔的截面积相同，喷淋密度根据冷却塔的冷却水量来确定。恒定喷射压力，稳定喷淋密度，避免冷凝剂11降落在淋水填料21上，影响冷却效果。喷射器2的形式可根据不同型式的冷却塔喷出不同的空心形状。其目的是使喷射器2喷出的冷凝剂11不与冷却过程的热水19接触。冷凝喷射器2喷出的冷凝剂11只与上升的湿热空气中的水蒸汽12密切接触进行冷凝过程。湿热空气中的水蒸汽12遇冷凝结成水。凝结水18与冷凝剂11一起，沿冷却塔内壁16降落于集水池3，热空气14由风机4从风筒出口10送出塔外。

冷凝过程的自动控制是由湿度传感器6测量风筒出口10的含湿量，将湿度这一项物理量转化为电信号，传至变送器7，并转化为输出电动信号，输送给控制器8。控制器8将变送器7送来的信号与设定值含湿量比较后得到偏差，进行综合放大，并按一定的规律发出控制信号，操作执行器9。执行器9接收控制器8的信号后，对电动阀5的开启度进行控制，调节冷凝喷射器2的喷淋密度，以达到最佳的冷凝效果。

本发明的节水方法装置的技术特点如下：

(1)工艺结构简单，经济实用。

(2)节水效率高。

(3)喷淋装置自控设计，操作方便，安全可靠，不会对冷却水系统造成不良影响。

(4)运行费用低。

Claims (3)

1、一种冷却塔水蒸发损失减少的方法，其特征在于：是在冷却塔内用水作冷凝剂，直接冷凝水蒸汽形成水的节水方法。

2、根据权利要求1所述的方法及实施该方法的装置，由自动控制系统、压力输水泵及喷射器组成自动冷凝装置，其特征在于：在冷却塔内通过诸构件组成该装置，实施用水作冷凝剂直接冷凝水蒸汽而形成水的节水方式。

3、根据权利要求1所述的方法及实施该方法的装置，其特征在于：是由设在冷却塔风筒入口下方的冷凝喷射器，将冷凝剂均匀地喷射成雾状的细小水滴，直接与上升的湿热空气中的水蒸汽密切接触，进行冷凝；

实施其过程，首先应设计与冷却过程相适应的冷凝空间，完整地进行冷凝过程；其次，使冷凝过程生成的凝结水和冷凝剂在降落时不与冷却过程的热水接触，而是径自沿着冷却塔内壁降落于集水池；第三，增加冷凝过程所需的能量，即增加风压克服冷凝过程产生的通风阻力；增大风量降低湿热空气向冷凝过程传递的温度，冷却过程中所传递的热量最终由冷却塔风机送出塔外，水蒸气凝结成水。