CN210486571U

CN210486571U - 一种节水型切换式自然通风冷却塔

Info

Publication number: CN210486571U
Application number: CN201920929446.0U
Authority: CN
Inventors: 程常杰; 张银海; 钱乐飞; 关向军; 朱晓燕
Original assignee: Hangzhou Yunze Environmental Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Yunze Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2029-06-19

Abstract

本实用新型公开了一种节水型切换式自然通风冷却塔，塔内设有储水池、进气口、换热填料、布水器、除沫器、排气口，塔外设有循环水泵；其中换热填料包括填料膜片、换热管、入水口和出水口。本实用新型利用换热填料穿管间接换热及直接喷淋直接换热两种方式的切换，满足不同季节及工况的循环水冷却要求，并在此基础上尽可能提高间接换热方式的热水循环量。采用本实用新型可大幅降低自然通风冷却塔的耗水量，提高系统的运行稳定性、降低运行维护成本，还可消除自然通风冷却塔排气口白烟现象。

Description

一种节水型切换式自然通风冷却塔

技术领域

本实用新型涉及资源与环境领域，尤其涉及一种节水型切换式自然通风冷却塔。

背景技术

冷却塔是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。自然通风逆流湿式冷却塔作为有效的一种冷却装备，在工业生产中，特别是电站热力系统循环水的冷却被广泛采用。

火电厂、核电站的循环水自然通风冷却塔是一种大型薄壳型构筑物。建在水源不十分充足的地区的电厂，为了节约用水，需建造一个循环冷却水系统，以使得冷却器中排出的热水在其中冷却后可重复使用。大型电厂采用的冷却构筑物多为双曲线型冷却塔。此类冷却塔多用于内陆缺水电站。

自然通风逆流湿式双曲线型冷却塔其作用是将排出生产工艺流程的废热，通过使循环冷却水在塔内进行传热传质过程，将循环冷却水的温度降低。循环水在冷却塔中以传热和蒸发两种方式与空气进行热交换，传热即直接将循环水的热量传递给空气使其的温度升高；而蒸发是通过循环水向空气中的蒸发使空气湿度增大，称为潜热传递方式。由于空气在冷却塔中的温度升高，且蒸发饱和压力随其温度增高而增大，而冷却塔出口的空气即为饱和湿空气，因此潜热占总热量传递的份额相当大，这种换热方式导致了大量的蒸发水量损失。自然通风逆流式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。

自然通风逆流式冷却塔的耗水量是相当惊人的，冷却塔蒸发水损耗是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，文献一般介绍为1.5％，但实际上含飘逸的损失要占到总循环水量5％。若以耗水量计算，冷却塔蒸发损失水量整个机组总耗水量的百分比高达57％。大量的循环水蒸发损失这不仅会给火电站造成巨大的经济损失，同时由塔顶排出的白烟也会污染周围环境，尤其在冬季低温环境下，大量白烟不仅造成严重视觉污染，还会引起冷却塔附近环境空气湿度过高，促进环境空气中的气体污染物反应生成二次细颗粒物，加剧冬季雾霾现象。同时，现有自然通风逆流式冷却塔在运行过程中，为了保证循环水的冷却效果，通常采用夏天运行模式进行设计，冷却塔设计体积较为庞大，而在冬季低温时，环境空气温度低、密度大，冷却塔尾气自拔力大，大量低温空气与填料接触过程中，因换热水温过低大面积结冰，极易造成填料冻结堵塞。因此，开发冬季节水型无白烟冷却塔具有重大意义。

实用新型内容

本实用新型提供了一种节水型切换式自然通风冷却塔，采用本实用新型的自然通风冷却塔可大幅降低耗水量，提高系统的运行稳定性、降低运行维护成本，还可消除自然通风冷却塔排气口白烟现象。

具体技术方案如下：

一种节水型切换式自然通风冷却塔，塔底设有储水池，储水池上方设有进气口，塔顶设有排气口；

进气口上方的塔内由下至上依次设有换热填料、布水器、除沫器，塔外设有循环水泵；

所述进气口、换热填料、布水器、除沫器和排气口依次贯通，进气口、排气口与大气环境连通；

所述换热填料内部具有上下贯通的孔道以及贯穿换热填料的换热管；

所述布水器入水口与布水器进水管路连通、换热管入水口与换热填料进水管路连通，布水器进水管路与换热填料进水管路分别与进水总管连通；

所述储水池通过管路与循环水泵入口连通。

所述布水器进水管路、换热填料进水管路上设有电动阀门，用于控制布水器进水管路、换热填料进水管路的循环流量大小及开关。

本实用新型的节水型切换式自然通风冷却塔可以在三种工作模式间切换运行：

一是：开启布水器进水管路上的电动阀门、关闭换热填料进水管路上的电动阀门，高温循环水通过布水器均匀分布到换热填料上，在换热填料内部孔道形成液膜并向下流动，而低温空气由换热填料内部孔道自下而上流动，高温循环水与低温空气在孔道内逆向接触换热，此时自然通风冷却塔为直接换热模式运行，以蒸发潜热散热为主。

在夏季或气温较高时，需要的换热空气量大，适用于直接换热模式。

二是：关闭布水器进水管路上的电动阀门、开启换热填料进水管路上的电动阀门，高温循环水通过换热填料进水管路进入换热管内，在换热管内向下流动并将热量传递至换热填料，而低温空气由换热填料内部孔道自下而上流动，低温空气与换热管及换热填料快速换热，此时自然通风冷却塔为间接换热模式运行。

在冬季或气温较低时，环境空气温度较低，需要的换热空气量小，适用于间接换热模式。

三是：其它季节时，根据高温循环水量和换热要求变化，可分别调节布水器进水管路及换热填料进水管路上的电动阀门，调整直接换热和间接换热的流量分配比，此时自然通风冷却塔为直接换热与间接换热模式混合运行。

所述的高温和低温时相对而言的。

所述换热填料由若干水平排列安装的换热填料模块组成；每个换热填料模块由若干竖直安装的填料膜片以及若干等间距分层垂直横穿填料膜片的换热管组成。

每个换热填料模块为正方体结构，其边长为0.6m～1.5m。

所述填料膜片上具有间隔设置的S形凹槽和凸槽，一填料膜片的凸槽顶部与另一填料膜片的凹槽底部连接，两相邻填料膜片之间扣合形成S形孔道。

S形孔道的形状可以有效增强孔道内气流和液流的扰动效果，在增加气液换热面积的同时大幅提高气流、液流与填料之间的传热效率。

所述凹槽或凸槽的横截面为半圆形或梯形。

同一竖直方向的上下相邻的换热管首尾通过弯管相连，形成一列竖直向螺旋换热管，该螺旋换热管的上方开口为入水口，下方开口为出水口。

每列螺旋换热管的进水口与换热填料模块的入水口连通，螺旋换热管的出水口与换热填料模块的出水口连通；每个换热模块的入水口与换热填料进水管路连通。

所述换热填料模块中，换热管与填料膜片之间采用胀接或焊接。

换热管管径为10mm～35mm，相邻换热管水平间距为50mm～300mm，相邻换热管竖直向间距为100mm～300mm。

所述布水器由布水管路和布水喷嘴组成，优选的，布水器布水密度为5m³/m²·h～20m³/m²·h，布水器与换热填料顶部距离为0.3m～3.0m。

本实用新型通过在冷却塔内设置带有多层换热管的S形孔道换热填料和布水器，将工业高温循环水分两路分别向换热填料和布水器供水，分别进行间接换热和直接换热；通过电动阀门根据环境条件及工艺要求调节进入换热填料及布水器的流量，从而实现布水方式及换热方式的切换。采用本实用新型的节水型切换式自然通风冷却塔可大幅降低自然通风冷却的耗水量，提高系统的运行稳定性、降低运行维护成本，还可消除自然通风冷却塔排气口白烟现象。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型提供了一种降低自然通风冷却塔耗水量的解决方案：采用直接换热和间接换热相结合，在满足循环水换热效果的前提下，尽量提高间接换热的循环水量，大幅降低直接换热过程造成的蒸发水损失，降低自然通风冷却塔运行耗水量，尤其在冬季低温环境下，完全采用间接换热，可实现零水耗运行；

(2)本实用新型提供了一种提高自然通风冷却塔换热填料运行寿命及稳定性解决方案：在冬季低温环境下，自然通风冷却塔切换为间接换热模式，利用带有换热管的换热填料对高温循环水进行间接换热，低温环境空气只与换热填料表面接触，有效避免循环水在填料表面冷却过度而出现冰冻，进而导致填料冻裂现象，大幅提高换热填料的运行寿命并降低自然通风冷却塔维护及检修成本；

(3)本实用新型提供了一种消除自然通风冷却塔消白烟的解决方案：本实用新型通过间接换热为主、直接换热为辅的方式对工业循环水进行高效换热，当环境空气温度越低时，间接换热方式水量越大、直接换热方式水量越小，冷却塔出口排气水蒸气饱和度越低，有效的避免低温条件下高湿烟气排放形成的白烟现象。

附图说明

图1为节水型切换式自然通风冷却塔的结构示意图；

图2为换热填料模块的纵切面结构示意图；

图3为图2的侧视结构示意图；

图4为填料膜片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1所示，本实用新型的节水型切换式自然通风冷却塔1，塔底设有储水池，储水池上方设有进气口2，塔顶设有排气口；进气口2上方的塔内由下至上依次设有换热填料3、布水器4、除沫器5，塔外设有循环水泵6；进气口2、排气口与大气环境连通；布水器4入水口与布水器进水管路连通、换热管入水口与换热填料进水管路连通，布水器进水管路与换热填料进水管路分别与进水总管连通；储水池通过管路与循环水泵6入口连通。

换热填料3由若干结构相同的换热填料模块组成，换热填料模块水平排列安装，每个换热填料模块为正方体结构，其边长为0.6m～1.5m。如图2和图3所示，每个换热填料模块由填料膜片3-1和换热管3-2组成，换热管3-2的上方开口为入水口3-3，下方开口为出水口3-4。

填料膜片3-1竖直排列安装，换热管3-2垂直横穿填料膜片3-1。换热管3-2与填料膜片3-1之间采用胀接或焊接。

换热管3-2分层等间距排列，同一竖直方向的上下相邻的换热管3-2首尾通过弯管相连，形成一列竖直向螺旋换热管，该螺旋换热管的上方开口为入水口3-3，下方开口为出水口3-4。

如图4所示，填料膜片3-1上间隔布置有凹形槽3-1-1和凸形槽3-1-2，凹形槽3-1-1和凸形槽3-1-2由上至下呈S形布置，在凹形槽3-1-1底部等间距布置有若干用于膜片粘结的凹形半球状粘结点3-1-3，在凸形槽3-1-2顶部等间距布置且与凹形半球粘结点3-1-3对应的若干凸形半球状粘结点3-1-4，填料膜片3-1通过粘结点粘结成换热填料模块，相邻两个填料膜片3-1之间反向布置的S形凹凸槽形成若干个上下贯穿填料模块的S形孔道。

本实用新型的节水型切换式自然通风冷却塔，可根据季节及环境空气温度变化进行换热模式切换，具体包括以下几种运行模式：

(1)夏季运行模式：在夏季环境条件下，环境空气温度与高温循环水温差小，完成换热的空气温度增加幅度小，排烟过程形成的自拔力偏低，导致自然通风冷却塔内空气流量小；为了保证循环水的冷却效果，通过布水器4向填料表面布水，气水在换热填料3表面直接逆向接触换热，并以蒸发潜热散热为主，同时利用换热填料膜片的布液作用，增加气水换热面积，进一步提高换热效率。因此，夏季高温条件下自然通风冷却塔为直接换热方式运行，具体实施方式如下：开启布水器4进水管路上的电动阀门、关闭换热填料3进水管路上的电动阀门，高温循环水由布水器4进水管路进入冷却塔1内，经布水器3中的喷嘴均匀分布至换热填料3表面，在换热填料3膜片表面形成水膜在重力作用下沿换热填料的S形孔道向下流动，环境空气在排气口排气形成的自拔力作用下由进气口2进入自然通风冷却塔2中并穿过换热填料3内部的S形孔道向上流动。在换热填料膜片表面，高温循环水与环境空气逆向接触流动进行换热，部分循环水在换热过程中蒸发形成水蒸气进入换热空气中，并将大量潜热带入空气。完成换热升温的湿空气从换热填料3顶部向上流动进入布水喷淋区，继续与高温循环水换热蒸发，完成喷淋换热的空气湿度进一步增加，携带的少量喷嘴雾化细小水滴经过除沫器5除沫后由自然通风冷却塔1顶部排气口排放，完成换热降温的低温循环水在重力作用下进入储水池，由循环水泵6送至生产车间作为冷却水循环使用。

(2)冬季运行模式：在冬季环境条件下，环境空气温度与循环水温差大，完成换热的空气温度增加幅度大，排烟过程形成的自拔力高，自然通风冷却塔1内空气流量大，低温环境空气所能吸收的热量远大于循环水需要减少的热量；为了防止冬季低温空气换热过程在换热填料3表面形成冰冻层，破坏换热填料3的结构，并降低冬季自然通风冷却1塔排气湿度，消除白烟现象。因此，冬季低温条件下自然通风冷却塔采用间接换热方式运行，具体实施方式如下：关闭布水器4进水管路上的电动阀门、开启换热填料3进水管路上的电动阀门，高温循环水由换热填料3进水管路进入冷却塔1内。高温循环水经换热填料3进水管路进入换热填料中换热管3-2的入水口3-3，在换热管3-2内往复螺旋向下流动，并通过换热管3-2将热量传递至填料膜片中。低温环境空气在排气口自拔力的作用下由进气口2进入自然通风冷却塔1内向上流动，在换热填料内，低温环境空气在S形孔道及换热管3-2的扰流作用下，与换热管3-2及换热填料膜片快速换热升温。完成换热升温的高温环境空气依次穿过布水器4、消沫器5后由排气口排出，完成换热降温的低温循环水由换热填料3底部的出水口3-4进入储水池，由循环水泵6送至生产车间作为冷却水循环使用。

(3)混合运行模式：根据季节、循环水量和换热要求变化，分别调节布水器进水管路及换热填料进水管路上的电动阀门，调整直接换热和间接换热的流量分配比，在满足循环水冷却要求的前提下尽量提高间接换热循环水量，降低自然通风对流冷却塔的水分蒸发损失，采用直接换热和间接换热结合的方式，具体实施方式如下：开启布水器4进水管路上的电动阀门、开启换热填料3进水管路上的电动阀门，高温循环水通过进水管路分别送至布水器4进水管路和换热填料3进水管路。大部分高温循环水进入换热填料3中换热管3-2内的循环水在换热管3-2内往复螺旋向下流动，并通过换热管3-2将热量传递至填料膜片中；少量高温循环水进入布水器4经布水喷嘴雾化后进入填料膜片表面形成水膜向下流动；低温环境空气在排气口自拔力的作用下由进气口2进入自然通风冷却塔1内向上流动，在换热填料内，低温环境空气在S形波道及换热管3-2的扰流作用下，与换热管3-2及换热填料膜片快速换热升温，填料膜片表面部分循环水蒸发成水蒸气进入空气中。完成换热升温的高温环境空气经消沫器5除水后由排气口排出，完成换热降温的低温循环水分别由换热填料3底部的出水口3-4和填料膜片底部进入储水池，由循环水泵6送至生产车间作为冷却水循环使用。

混合运行模式中大部分高温循环水采用间接换热方式冷却，为了弥补间接换热方式热量的不足，小部分循环水通过直接换热的方式降温，混合运行模式大幅降低了自然通风冷却塔的运行耗水量。

以上所述的实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种节水型切换式自然通风冷却塔，塔底设有储水池，储水池上方设有进气口，塔顶设有排气口；其特征在于，进气口上方的塔内由下至上依次设有换热填料、布水器、除沫器，塔外设有循环水泵；

所述储水池通过管路与循环水泵入口连通。

2.根据权利要求1所述的节水型切换式自然通风冷却塔，其特征在于，所述换热填料由若干水平排列安装的换热填料模块组成；每个换热模块由若干竖直安装的填料膜片以及若干等间距分层垂直横穿填料膜片的换热管组成。

3.根据权利要求2所述的节水型切换式自然通风冷却塔，其特征在于，每个换热填料模块为正方体结构，其边长为0.6m～1.5m。

4.根据权利要求2所述的节水型切换式自然通风冷却塔，其特征在于，所述换热填料模块中，换热管与填料膜片之间采用胀接或焊接；换热管管径为10mm～35mm，相邻换热管水平间距为50mm～300mm，相邻换热管竖直向间距为100mm～300mm。

5.根据权利要求2所述的节水型切换式自然通风冷却塔，其特征在于，所述填料膜片上具有间隔设置的S形凹槽和凸槽，一填料膜片的凸槽顶部与另一填料膜片的凹槽底部连接，两相邻填料膜片之间扣合形成S形孔道。

6.根据权利要求5所述的节水型切换式自然通风冷却塔，其特征在于，所述凹槽或凸槽的横截面为半圆形或梯形。

7.根据权利要求2所述的节水型切换式自然通风冷却塔，其特征在于，同一竖直方向的上下相邻的换热管首尾通过弯管相连，形成一列竖直向螺旋换热管，该螺旋换热管的上方开口为入水口，下方开口为出水口。

8.根据权利要求7所述的节水型切换式自然通风冷却塔，其特征在于，每列螺旋换热管的进水口与换热填料模块的入水口连通，螺旋换热管的出水口与换热填料模块的出水口连通；每个换热模块的入水口与换热填料进水管路连通。

9.根据权利要求1所述的节水型切换式自然通风冷却塔，其特征在于，所述布水器由布水管路和布水喷嘴组成；布水器布水密度为5m³/m²·h～20m³/m²·h，布水器与换热填料顶部距离为0.3m～3.0m。

10.根据权利要求1所述的节水型切换式自然通风冷却塔，其特征在于，可在以下三种工作模式间切换运行：

开启布水器进水管路上的电动阀门、关闭换热填料进水管路上的电动阀门，高温循环水与低温空气在换热填料内部孔道内逆向接触换热，此为直接换热模式；

关闭布水器进水管路上的电动阀门、开启换热填料进水管路上的电动阀门，高温循环水流经换热填料内的换热管，而低温空气流经换热填料内部孔道，高温循环水与低温空气逆向间接换热，此为间接换热模式；

分别调节布水器进水管路及换热填料进水管路上的电动阀门，调整直接换热和间接换热的流量分配比，此为混合换热模式。