CN201281554Y

CN201281554Y - 混流式喷雾推进通风冷却塔

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Publication number: CN201281554Y
Application number: CNU2008200637912U
Authority: CN
Inventors: 魏仕英; 魏永刚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2018-06-13

Abstract

混流式喷雾推进通风冷却塔。在塔内由上至下装喷雾推进雾化装置、喷流集水盘、流水管和筛网风筒；筛网风筒外装淋水筛板和淋水筛网；进水管端装分离杂物的固液分离器，其上装旋流喷头。雾化装置内设下喷旋转喷头和下抽风的旋转叶片，产生喷雾并推动叶片旋转，同时形成风叶机械风和射流抽风对热水进行冷却。由于风叶风与雾流顺流，降低了风压，故极大地提高冷却风量。喷雾水流被收集于喷流集水盘中，再通过淋水筛板和淋水筛网分配为细小水滴下落，而进风则从塔顶进入和通过设于塔中部的筛网风道，以顺流、横流和逆流三种方式与水滴传热带走热量。塔内无涡流区和短路风。具有风量大、传质充分、温降好；且结构简单、可靠性高、噪音小、可用于污水冷却等一系列优点。

Description

混流式喷雾推进通风冷却塔

(一)技术领域：

本实用新型是一种新型冷却塔。冷却塔是以其内空气为冷却介质，用低压液力驱动喷雾推进雾化装置进行喷雾抽风和喷头喷雾，实现对循环热水的冷却。属于介质直接接触而不起化学反应的热交换设备类(F28C)。

(二)背景技术：

现有冷却塔有机力通风式填料塔，喷雾通风冷却塔和自然通风双曲线冷却塔几大类，无论哪类，其降温原理均是：用冷风与热水进行热交换，使空气增热增湿带走热量而使热水降温。根据这一原理，冷却塔降温满足下述热平衡方程：

Cw(tw1-tw2)＝λ〔r(X₂-X₁)+CP(ta2-ta1)〕

或Δtw＝λ(600Δx+0.24Δta) (1)

式中：

tw₁--进塔水温℃；tw₂--出塔水温℃；ta1--进塔空气干球温度℃；

ta₂--出塔空气湿球温度℃；X₁--进塔空气的绝对含湿量Kg(w)/Kg(A)；

X₂--出塔空气的绝对含湿量Kg(w)/Kg(A)；Cw--水的比热KJ/Kg.℃；

λ--空气和水的气水比Kg(A)/Kg(W)；r--水的汽化潜热，取2508KJ/Kg

Δtw--水温降；Δta-进出塔空气的干球温度差；Δx--进出塔空气的湿度差。

一般可以认为，流出塔的空气为饱和空气。按国标规定，当环境条为：大气干球温度31.5℃，湿球温度28℃时，要求冷却塔将37℃的热水降至32℃，降温5℃。按此标准，根据湿空气的含湿量表和上述(1)式，便可算出冷却塔水温降与气水比和出塔风温的关系曲线，见图6。由于大气湿球温度28℃时，干球温度通常为34℃，而不是31.5℃，所以图6中取干球温度为34℃。查图6曲线，为获得国际规定水温降指标，要求冷却塔的气水比不小于0.80，出塔风温接近34℃，即是说，不仅要求冷却塔风量要大，且出风要热。现行冷却塔风机为了节能，设计气水比在0.65～1.0范围内，风压约在50～100Pa，难以达上述指标，其原因如下：

①风具有向阻力小区域流动的特性。在填料塔中，风会自动流向填料间隙大且无水空间。喷雾塔中风会绕开水雾流动。②填料、水帘和水雾流存在巨大的风阻。现行填料塔通常装设2～3层填料，在未发生堵塞的情况下，每层填料的风阻至少在30pa以上，即现行冷却塔风机设计风压仅为50～100pa。

根据风机功率公式：N＝QΔP (2)

式中：N--风机功率；Q--运行中风机风量；ΔP--设计风压；

见公式(2)，当风机功率N给定时，由于运行中冷却塔存在风阻，因此造成实际运行风量Q比设计风量下降，例如：风机设计风压ΔP为100pa，填料阻力R为50pa，运行中风机风量Q减少一半。因此常见冷却塔风量难以达到设计要求。图7，是现有冷却塔风机功率与风量、风压关系曲线。现行冷却塔空塔设计风速1.5m/s，而塔内水滴和下帘的自由沉降速度均在6m/s以上，造成大量回流下沉风。塔内有填料，风阻大，风量下降；而无填料塔气水传质效果变差，这是现行冷却塔难调和的矛盾。

③气水对流形式对出塔风温的影响。气水间有如下三种对流形式：

A.顺流(空气与水雾流动方向相同)：顺流风阻小，出塔风温小于等于出塔水温。例如；出塔水温为32℃，出塔风温小于等于32℃，显然此种状态不利于提高出塔风温。但有利于减小风压，提高风量。B.逆流(空气与水雾流动方向相反)：逆流风阻大，出塔风温小于等于进塔水温。例如；进塔水温为37℃，则出塔风温小于等于37℃，显然此种状态有利于提高出塔风温。但要求风机有较高风压。C.横流：情况介于上两者之间。

中国实用新型专利申请‘下喷式喷雾推进通风冷却塔和射流冷风机’(200710050740.6)，在总结喷雾推进通风冷却塔实践的基础上，提出了以顺流喷雾方式降低风机风压和提高风量的设计概念，但未提出提高风温的设计概念，且冷却塔中布水、导风等不完善，同时也无对水质处理、减小堵塞的措施。

(三)发明内容：

本实用新型提供的混流式喷雾推进通风冷却塔，就是解决上述专利申请‘下喷式喷雾推进通风冷却塔和射流冷风机’设计不完善之处，如：出塔风温的提高、布水、导风的优化布置以及减小水堵塞等。其技术方案如下：

混流式喷雾推进通风冷却塔，包括塔体17、进风口和出风口、塔体底部为与出水管14相连的积水盘11，其特征是：

(A)塔体17内由上至下顺次装设喷雾推进雾化装置2、喷流集水盘3和它的底盘固定的至少两根流水管5、筛网风筒16；在筛网风筒外周，流水管5下方装与塔壁间密封的淋水筛板7，淋水筛板下方至少设一层与筛网风筒16和塔壁均密封的淋水筛网8；最下一层淋水筛网8下方和筛网风筒16下端外周处塔壁开百叶窗出风口10；最下一层淋水筛网8下端轴向伸在积水盘11上方百叶窗10的中间位置；

(B)进风口设在塔顶进风筒1处，其内的喷雾推进雾化装置2内设周向至少两个下喷旋转喷头2.2和喷头上方的周向至少设两支向下抽风的旋转叶片2.1；喷雾推进雾化装置下方进水管12a进水端装固液分离器4，再通过进水管12与塔外进水管13连通；

(C)固液分离器4置于喷雾集水盘3下方，在固液分离器4的旋流室4.1上装设至少三支通入旋流室进水的旋流雾化喷头6；圆柱状或圆柱扩张型筛网风筒16装在旋流雾化喷头外周，且旋流雾化喷头6轴向正位于筛网风筒16入口截面上。

上述喷雾推进雾化装置2(以下简述为喷雾装置2)采用中国实用新型专利‘外旋式喷雾推进抽风装置’(专利号ZL00112630.X)型式的改进结构(改进之处在实施例中详述)。上述旋流雾化喷头6(以下简述为喷头6)采用喷雾装置2中的下喷旋转喷头2.2，即上述‘外旋式喷雾推进抽风装置’专利(ZL00112630.X)中图5所示。上述其余构件在后面实施例中结合附图详细描述。

本实用新型有益效果：

i冷却塔采用了合理的气水对流形式，用顺流、横流和逆流的混流形式，提高了出塔风温，进而优化降温效果。冷风由塔顶进入，首先以从上至下以的顺流形式与喷雾流进行热交换，下部流出筛网风筒的空气与下落水滴又以横向和逆向方式再次进行热交换，最后从百叶窗排出塔外，因此塔内不存在涡流区，也没有短路风。依据100T/h的单元冷却塔初步运行试验表明，当大气干球温度为20℃，湿球温度为18℃时，进塔水温29℃，出塔水温25℃，温降4℃，大大优于传统冷却塔的降温效果。

ii.设置固液分离器4，防止悬浮颗粒和杂物进入水喷头，减少喷头、筛板和筛网的堵塞。

iii.本实用新型采用如下设计，获得大风量、高气水比：①采用工作于液悬浮状态，且经长期优化的喷雾装置2，自身能产生大的风量(见工作过程)，且叶片采用向下抽风与喷雾流同向，喷雾流产生的引射真空使叶片处于低背压工作状态，增大风量。②在筛网风筒入口截面处设旋流雾化喷头6，再次引射，进一步降低了叶片的负载背压，增大风量。③塔内无堵塞，风道阻力小。实验证明，当喷水流量为100T/h，喷压力为0.12MPa时，出塔风量为8×10M/h，气水比达0.8。

iv.现行冷却塔的空塔风速设计在1.5m/S左右，本实用新型塔内风速按4m/s设计；筛网风筒横截面占塔体比例为0.48～0.52，筛网风筒内风速高达7m/s左右；由于气水传质系数与风速的0.5次方成正比，故高风速强化了传质效果。此外塔内气水间是在雾状或滴状下传热传质，其传质系数增大。

v.旋转叶片用顺流工作，降低了风压；且工作水压从0.15MPa降至0.08～0.12MPa大大节省了水泵功率；同时使塔内叶片、淋水噪音大幅降低。

vi.喷雾装置2采用了液悬浮转动技术，效率、可靠性及寿命提高，且维护简单迅速。

vii.采用塔顶进风，解决了塔顶出风的难以克服的飘水问题，也无需在塔顶出口加除雾器。

(四)附图说明：

图1 混流式喷雾推进通风冷却塔结构图；

图2 喷雾装置2结构图(见‘外旋式喷雾推进抽风装置’专利中图9，将叶片改为下抽风便与图2机型相同)；

图3 旋流雾化喷头6剖视图；

图4 固液分离器4正剖视图；

图5 图4A-A剖视图；

图6 冷却塔水温降与气水比和出塔风温的关系曲线<按国标规定环境条件，湿空气含湿量表和本文公式(1)确定的曲线>；

图7 现有冷却塔风机功率与风量和风压关系曲线。

(五)具体实施方式：

实施例1：见图1～图5

见图1，混流式喷雾推进通风冷却塔，总体结构及布置用如下(A)(B)(C)(D)(E)描述：

(A)塔体17内由上至下顺次装设喷雾推进雾化装置2、喷流集水盘3和它的底盘固定的三根流水管5、筛网风筒16。在筛网风筒16外周，流水管5下方装与塔壁间密封的淋水筛板7，淋水筛板7下设一层与筛网风筒16和塔壁均密封的淋水筛网8；淋水筛网8下方和筛网风筒16下端外周处塔壁开百叶窗出风口10。淋水筛网8下端轴向伸在积水盘11上方百叶窗10的中间位置。塔体底部为与出水管14相连的积水盘11。三根流水管5横向伸至淋水筛板7的上方。在淋水筛板7和淋水筛网8间的塔壁处可设风斗9。

(B)进风口设在塔顶进风筒1处，其内的喷雾推进雾化装置2内设周向四个下喷旋转喷头2.2和喷头上方的周向四支向下抽风的旋转叶片2.1；喷雾推进雾化装置2下方进水管12a端装固液分离器4，再由进水管12与塔外进水管13连通。

(C)固液分离器4置于喷雾集水盘3下方，在固液分离器4的旋流室4.1上装设至少三支通入旋流室进水的旋流雾化喷头6；圆柱扩张型筛网风筒16装在旋流雾化喷头6外周，且喷头6轴向正位于筛网风筒16入口截面上；

(D)塔顶为冷风进风道A；喷流集水盘3和淋水筛板7间空间圆锥面为进风道B；筛网风筒16上端为进风道C；下端出风道D；百叶窗出风道E，设计中保证B，C，D，E均大于A。

(E)塔体横截面的选择按风速按4m/s设计；筛网风筒16横截面积占塔体横截面的比例可选为0.48～0.52。

见图2，喷雾装置2内设有空心旋转水室2.3和外表面周向装四个下喷旋转喷头2.2(见图3)，在喷头上方旋转水室外周固定四支向下抽风的旋转风叶2.1；中心设有与旋转水室和雾化喷头水路连通的静止进液机构2.4(包含静止中轴水管2.4b、进水安装法兰2.4a等)，静止进液机构与外圆周旋转水室间装上、下水轴承2.5；并开上、下径向水孔2.6；上、下摩擦环2.7及上压盖2.8；进水安装法兰2.4a与进水管12a的法兰连接。

本实用新型采用的喷雾装置2与中国专利‘外旋式喷雾推进抽风装置’实施例1有如下不同和改进：①喷头2.2为下喷。②叶片2.1为向下抽风。③旋转水室2.3上端面积S2大于下端面面积S1，其面积差产生的静压升力，正好等于工作状态的喷雾反推力加上转动部分重量，因此旋转水室2.3处于轴向悬浮状态，同时增设径向流水孔2.6，经径向流水孔产生的静压力，使水轴承处于径向悬浮状态，使装置2具有转动摩擦力小，寿命长，运行可靠。④静止的中轴水管2.4由圆柱形改为下大上小的台阶形，由此减小流阻降低水压。

见图3，旋流雾化喷头6采用与喷雾装置2内的相同的下喷旋转雾化喷头2.2，即外引射式旋转雾化喷头，其结构如下：收敛--扩张型水喷嘴6.2外放置至少1个开有进气孔6.5的圆柱形或圆锥形薄壁引射套6.4，在其外装有锥形内孔的进气整流锥6.3，并将此组件固定于开孔的薄壁球形水室6.1下部，球形水室通过切向水管6.6与固液分离器4水路连通。

见图4，图5，固液分离器4如下组成：圆柱形水室4.1上、下端面分别固定出水管4.3和进水管4.4，分别与上方进水管12a和下方中心进水管12连通；在水室4.1内设变向切流弯头4.2，在下端面设排污阀4.5，圆柱形水室4.1侧壁开孔与切向水管6.6连通，给喷头6提供压力进水。压力热水从4.4进入水室4.1，经变向切流弯头4.2变成沿水室外圆切向流动的旋流，在旋流离心力作用下，重的悬浮物集中在水室中下部，经排污阀4.5排放，清水由出水管4.3送入进水管12a，或由水室侧面流入喷头切向水管6.6。

本实用新型工作过程：来自塔外热水泵的压力水经进水管13进入塔体内中心进水管12，流入固液分离器4，经固液分离后，悬浮杂物被排除，清水的小部分流经喷头6以雾状形式向下喷出6a；清水的大部分经进水管12a进入喷雾装置2，在其内经周向多支旋转喷头2.2以雾状形式喷射出后，在喷雾流推动下，旋转叶片2.1也随同旋转，由此喷雾量增大，又反过来促进两者旋转加速，相互促进，使喷雾装置获得大喷雾量和大抽风量；下喷喷雾流Q2大部分被收集在喷流集水盘3，并通过流水管5流入淋水筛板7中配水后以滴状落入淋水筛网8上，水滴经淋水筛网减速和细化后，以滴状形式Q8自由下落。同时，冷风Q1从塔顶进风筒1进入，首先与喷雾流Q2进行热质交换，热水第一次降温，冷风第一次增热增湿后在叶片压力和下喷射流抽力的双重作用下，流入筛网风筒16，在筛网风筒内，空气使下喷雾流Q6和风筒筛网上的流动液膜同时被冷却，冷风第二次被增热增湿后空气为Q16横向流出筛网风筒，与上述自由下落水滴Q8以横向加逆向方式继续进行热质交换，再度冷却，冷却后的水落入积水盘11，最后通过出水管14和泵送至用户。热风由该处百叶窗口15排出。

Claims

1.混流式喷雾推进通风冷却塔，包括塔体（17)、进风口和出风口、塔体底部为与出水管(14)相连的积水盘(11)，其特征是：

(A)塔体(17)内由上至下顺次装设喷雾推进雾化装置（2）、喷流集水盘（3)和它底盘固定的至少两根流水管(5)、筛网风筒（16)；在筛网风筒外周，流水管下方装与塔壁间密封的淋水筛板(7)，淋水筛板下方至少设一层与筛网风筒(16)和塔壁均密封的淋水筛网(8)；最下一层淋水筛网下方和筛网风筒下端外周处塔壁开百叶窗出风口(10)；最下一层淋水筛网(8)下端轴向伸在积水盘(11)上方百叶窗出风口的中间位置；

(B)进风口设在塔顶进风筒(1)处，其内的喷雾推进雾化装置(2)内设周向至少两个下喷旋转喷头(2.2)和喷头上方的周向至少设两支向下抽风的旋转叶片(2.1)；喷雾推进雾化装置下方进水管(12a)进水端装固液分离器(4)，再通过进水管(12)与塔外进水管(13)连通；

(C)固液分离器置于喷雾集水盘(3)下方，在固液分离器的旋流室(4.1)上装设至少三支通入旋流室进水的旋流雾化喷头(6)；圆柱状或圆柱扩张型筛网风筒(16)装在旋流雾化喷头外周，且旋流雾化喷头(6)轴向正位于筛网风筒(16)入口截面上。

2.按权利要求1所述冷却塔，其特征是喷雾推进雾化装置(2)内设有空心旋转水室(2.3)和外表面周向装至少两个下喷的旋转雾化喷头(2.2），在喷头上方旋转水室上固定至少两支向下抽风的旋转叶片(2.1)；中心设有与旋转水室和雾化喷头水路连通的静止进液机构(2.4)，进液机构与旋转水室间装上、下水轴承(2.5)；开上、下径向水孔(2.6)；装上、下摩擦环(2.7)及上压盖(2.8)；进液机构的进水安装法兰(2.4a)与进水管(12a)的法兰连接。

3.按权利要求2所述冷却塔，其特征是旋转水室(2.3)上端面积S2大于下端面面积S1；进液机构中静止的中轴水管(2.4b)为下大上小的台阶形。

4.按权利要求1所述冷却塔其特征是旋流雾化喷头(6)采用与下喷的旋转喷头(2.2)相同的如下结构：收敛-扩张型水喷嘴(6.2)外放置至少1个开有进气孔(6.5)的圆柱形或圆锥形薄壁引射套(6.4),在薄壁引射套(6.4)外装有锥形内孔的进气整流锥(6.3),并将此组件固定于开孔的薄壁球形水室(6.1)下部，球形水室通过切向水管(6.6)与固液分离器(4)净水出口连通。

5.按权利要求1所述冷却塔，其特征是固液分离器(4)内设有如下构件：圆柱形水室(4.1)内设变向切流弯头(4.2)，圆柱形水室(4.1)上、下端面分别固定出水管(4.3)和进水管(4.4)，分别与上方进水管(12a)和下方进水管(12)连通；底面设排污阀(4.5)；侧壁开孔与旋流雾化喷头(6)的切向水管(6.6)连通。