采用自然通風(fēng)及復(fù)合運(yùn)行模式的干濕聯(lián)合冷卻塔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于能源利用與工程熱物理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及采用自然通風(fēng)及復(fù)合運(yùn)行模式的干濕聯(lián)合冷卻塔。
【背景技術(shù)】
[0002]在能源、電力、化工、鋼鐵、制藥等領(lǐng)域中，有許多生產(chǎn)環(huán)節(jié)必須及時(shí)冷卻才能保證生產(chǎn)過程連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0003]以火力發(fā)電為例，將汽輪機(jī)的排汽冷卻變成凝結(jié)水不僅是蒸汽動(dòng)力循環(huán)中至關(guān)重要的過程，而且冷卻的效果(冷卻速率、放熱溫度)還會(huì)影響動(dòng)力循環(huán)的效率。良好的冷卻可以提高火力發(fā)電的能源利用率，實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)的節(jié)能減排。
[0004]傳統(tǒng)火電采用濕冷方式，汽輪機(jī)排汽通過表面式凝汽器將熱量排放給循環(huán)冷卻水，吸收熱量后的循環(huán)冷卻水送入濕式冷卻塔，在塔內(nèi)與空氣直接接觸進(jìn)行對(duì)流換熱和蒸發(fā)換熱，實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水的冷卻。濕式冷卻擁有的顯著優(yōu)點(diǎn)是可以將循環(huán)水冷卻到空氣干球溫度以下，接近空氣濕球溫度。由于循環(huán)冷卻水自身的蒸發(fā)以及空氣攜帶水滴等原因，循環(huán)冷卻水在冷卻過程中會(huì)有一定的損失，需要持續(xù)補(bǔ)水。另外，濕式冷卻塔出口空氣處于飽和狀態(tài)，如與外界冷空氣混合會(huì)導(dǎo)致水分析出，產(chǎn)生水霧，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0005]隨著水資源的日益匱乏，采用濕冷方式的傳統(tǒng)火電，因其在運(yùn)行過程中需要消耗大量水資源以及對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響等因素而面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在我國(guó)富煤少水的三北地區(qū)，客觀上難以充分保障濕冷發(fā)電所需的水資源量。相比濕冷發(fā)電，運(yùn)用空氣與汽輪機(jī)排氣或者空氣與循環(huán)冷卻水之間溫差傳熱的空冷(干冷)發(fā)電技術(shù)近年來(lái)得到了日益廣泛的應(yīng)用。
[0006]空冷系統(tǒng)主要有三種:直接空冷系統(tǒng)、帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng)(哈蒙式系統(tǒng))和帶噴射式(混合式)凝汽器的間接空冷系統(tǒng)(海勒式系統(tǒng))。直接空冷系統(tǒng)中，汽輪機(jī)排氣通過翅片管換熱器將熱量直接排放到環(huán)境空氣中，不需要循環(huán)冷卻水；間接空冷系統(tǒng)中循環(huán)冷卻水是獨(dú)立的封閉系統(tǒng)，循環(huán)水損失很少，基本不需要補(bǔ)充。
[0007]雖然空冷系統(tǒng)具有節(jié)約水資源的顯著優(yōu)點(diǎn)，但其也存在固有的缺點(diǎn)。直接空冷系統(tǒng)中，用于驅(qū)動(dòng)翅片外管空氣流動(dòng)的大直徑風(fēng)機(jī)需要消耗發(fā)電廠1%?1.5%的發(fā)電量，并產(chǎn)生噪聲。哈蒙式間接冷卻系統(tǒng)中，循環(huán)冷卻水需要經(jīng)過兩次換熱，傳熱效果差，在相同的設(shè)計(jì)氣溫條件下，汽輪機(jī)背壓較高，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性低。海勒式間接冷卻系統(tǒng)采用混合式凝汽器，設(shè)備眾多，系統(tǒng)復(fù)雜，且需要大量的精處理水，水處理費(fèi)用高。在夏季，環(huán)境空氣的干球溫度較高時(shí)，上述三種空冷系統(tǒng)與環(huán)境空氣之間換熱溫差減小，導(dǎo)致電廠中汽輪機(jī)背壓升高，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降。
[0008]在國(guó)家大力號(hào)召節(jié)能減排、建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的大背景下，在能源、電力、化工等領(lǐng)域的生產(chǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)高效冷卻可以顯著提高能源利用效率，節(jié)省水、電等重要資源。本實(shí)用新型在現(xiàn)有的干冷和濕冷基礎(chǔ)上，綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展了新型聯(lián)合冷卻系統(tǒng)?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0009]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種采用自然通風(fēng)及復(fù)合運(yùn)行模式的干濕聯(lián)合冷卻塔，具體技術(shù)方案如下:
[0010]采用自然通風(fēng)及復(fù)合運(yùn)行模式的干濕聯(lián)合冷卻塔，包括塔體I，支撐結(jié)構(gòu)15，干冷段，濕冷段和流量分配系統(tǒng);塔體I采用雙曲線的形式，由支撐結(jié)構(gòu)15支撐在地面之上;支撐結(jié)構(gòu)15為“X”型柱或“人”字型柱;干冷段和濕冷段沿垂直方向集成布置在同一個(gè)冷卻塔內(nèi)；干冷段位于濕冷段的上方；
[0011]所述干冷段包括冷卻三角2和干冷段百葉窗3;冷卻三角2作為換熱裝置，由兩個(gè)豎直的空冷翅片管束彼此成30°?120°組成，100?2000個(gè)冷卻三角2單元在塔內(nèi)或塔外繞塔一周布置，干冷段百葉窗3沿圓周方向布置在冷卻三角2外圍，作為空氣入口；干冷段設(shè)備的安裝高度高于傳統(tǒng)間接空冷中干冷段設(shè)備的高度；
[0012]所述濕冷段包括除水器4、配水系統(tǒng)5、填料區(qū)6、集水池8和濕冷段百葉窗16;配水系統(tǒng)5將冷卻水噴淋至填料區(qū)6，冷卻水在填料區(qū)6與空氣換熱后引入集水池8內(nèi)；濕冷段空氣通過濕冷段百葉窗16后進(jìn)入填料區(qū)6，吸收熱量和水分后的空氣匯入冷卻塔中，形成向上的抽吸力；
[0013]所述流量分配系統(tǒng)包括總進(jìn)口管道17、總出口管道18、干冷段進(jìn)口管道19、干冷段出口管道20、濕冷段進(jìn)口管道21、濕冷段出口管道22、干冷段出口與濕冷段進(jìn)口的連接管道23、閥門A?閥門E(9?13)和循環(huán)栗14;干冷段進(jìn)口管道19上安裝閥門A，干冷段出口管道20上安裝閥門D，干冷段出口與濕冷段進(jìn)口的連接管道23上安裝閥門B，濕冷段進(jìn)口管道21上安裝閥門C，濕冷段出口管道22上安裝閥門E，總出口管道18上安裝循環(huán)栗14。
[0014]進(jìn)一步地，所述濕冷段包括逆流式和橫流式兩種布置方式。
[0015]當(dāng)采用逆流式濕冷段時(shí)，濕冷段的組成中還包括雨區(qū)7;逆流式濕冷段的結(jié)構(gòu)位置從上往下依次為除水器4、配水系統(tǒng)5、填料區(qū)6、雨區(qū)7、濕冷段百葉窗16和集水池8;除水器4、配水系統(tǒng)5中的噴淋裝置和填料區(qū)6中的填料在塔內(nèi)水平布置;所述填料為均勻或非均勻布置;支撐結(jié)構(gòu)15作為空氣入口。
[0016]當(dāng)采用橫流式濕冷段時(shí)，集水池8位于塔內(nèi)最下方，除水器4在塔邊緣豎直布置，配水系統(tǒng)5中的配水池和填料區(qū)6中的填料在塔邊緣或塔外水平布置;所述填料為均勻或非均勻布置;濕冷段百葉窗16作為空氣入口。
[0017]干冷段位于濕冷段上方，兩者之間由流量分配系統(tǒng)連接;干冷段為使用翅片管等換熱器的空氣-循環(huán)水換熱方式，濕冷段為對(duì)流換熱和蒸發(fā)冷卻方式。干冷段與濕冷段之間的距離、冷卻水流量可以根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件等實(shí)際情況進(jìn)行選取。
[0018]如上所述的干濕聯(lián)合冷卻塔在冷卻方面的應(yīng)用。
[0019]干冷段的空冷翅片管束，管內(nèi)部流體為水，管外翅片間流體為空氣，在冷卻塔內(nèi)自然對(duì)流產(chǎn)生的抽吸作用下，空氣自下而上流過空冷翅片管束，將水側(cè)熱量傳帶走;冷卻三角2外圍的干冷段百葉窗3用于控制空氣側(cè)進(jìn)風(fēng)。
[0020]逆流式濕冷段中，水側(cè)流動(dòng)為自上往下依次經(jīng)過配水系統(tǒng)5、填料區(qū)6和雨區(qū)7，其中，配水系統(tǒng)5將冷卻水噴淋至填料區(qū)6，冷卻水在填料區(qū)6和雨區(qū)7完成與空氣的傳熱傳質(zhì)，最后到達(dá)集水池8混合;空氣側(cè)流動(dòng)為從塔外由支撐結(jié)構(gòu)15處進(jìn)入塔內(nèi)，通過濕冷段百葉窗16后，在雨區(qū)7受熱上升，依次通過雨區(qū)7、填料區(qū)6、配水系統(tǒng)5和除水器4，到達(dá)干冷段位置，與流經(jīng)此處在干冷段吸收熱量后的熱空氣混合。
[0021 ]橫流式濕冷段中，水側(cè)流動(dòng)為自上往下依次經(jīng)過配水系統(tǒng)5和填料區(qū)6，配水系統(tǒng)5將冷卻水噴淋至填料區(qū)6，冷卻水在填料區(qū)6完成與空氣的傳熱傳質(zhì)，最后到達(dá)集水池8混合;空氣側(cè)流動(dòng)為從塔外由濕冷段百葉窗16處進(jìn)入填料區(qū)6，與循環(huán)水或循環(huán)冷卻水進(jìn)行接觸對(duì)流換熱，隨后通過除水器4和支撐結(jié)構(gòu)15進(jìn)入塔內(nèi)，上升至干冷段位置，與流經(jīng)此處在干冷段吸收熱量的熱空氣混合。
[0022]除水器4的作用是收集熱濕空氣中夾帶的液態(tài)水，引入集水池8，以達(dá)到節(jié)水的目的。
[0023]進(jìn)一步地，根據(jù)熱負(fù)荷和環(huán)境氣象條件，干冷段與逆流濕冷段或橫流濕冷段采用以下的復(fù)合運(yùn)行方式之一對(duì)冷卻水進(jìn)行冷卻:
[0024]a)全部冷卻水先經(jīng)過干冷段、后經(jīng)過濕冷段的串聯(lián)運(yùn)行方式一一此時(shí)，流量分配系統(tǒng)中閥門A、閥門B和閥門E處于全開狀態(tài)，閥門C和閥門D處于完全關(guān)閉狀態(tài)，干冷段百葉窗3和濕冷段百葉窗16處于打開狀態(tài)；
[0025]b)冷卻水按一定比例分別獨(dú)立經(jīng)過干冷段和濕冷段的并聯(lián)運(yùn)行方式一一此時(shí)，流量分配系統(tǒng)中閥門A、閥門C、閥門D和閥門E處于打開狀態(tài)，閥門B處于完全關(guān)閉狀態(tài)，干冷段百葉窗3和濕冷段百葉窗16處于打開狀態(tài)；
[0026]c)全部冷卻水先經(jīng)過干冷段，之后一部分經(jīng)過濕冷段，另一部分直接回水的混合流動(dòng)運(yùn)行方式一一此時(shí)，流量分配系統(tǒng)中閥門A和閥門E處于全開狀態(tài)，閥門C處于完全關(guān)閉狀態(tài)，閥門B和閥門D處于一定開度狀態(tài)，干冷段百葉窗3和濕冷段百葉窗16處于打開狀態(tài)；
[0027]d)冷卻水先按一定比例分別獨(dú)立經(jīng)過干冷段和濕冷段，其中流經(jīng)干冷段的冷卻水再流經(jīng)濕冷段的混合流動(dòng)運(yùn)行方式一一此時(shí)，流量分配系統(tǒng)中閥門B和閥門E處于全開狀態(tài)，閥門D處于完全關(guān)閉狀態(tài)，閥門A和閥門C處于一定開度狀態(tài)，干冷段百葉窗3和濕冷段百葉窗16處于打開狀態(tài)。
[0028]在熱負(fù)荷較低、或者系統(tǒng)檢修時(shí)，干冷段和濕冷段亦可單獨(dú)運(yùn)行。當(dāng)干冷段或濕冷段單獨(dú)運(yùn)行方式時(shí)，冷卻水和冷卻空氣僅經(jīng)過干冷段和濕冷段之一，另一段處于完全關(guān)閉狀態(tài)。單獨(dú)干冷段運(yùn)行時(shí)，流量分配系統(tǒng)中閥門A和閥門D處于全開狀態(tài)，閥門B、閥門C和閥門E處于完全關(guān)閉狀態(tài)，干冷段百葉窗3處于打開狀態(tài);采用單獨(dú)濕冷時(shí)，流量分配系統(tǒng)中閥門C和閥門E處于全開狀態(tài)，閥門A、閥門B和閥門D處于完全關(guān)閉狀態(tài)，濕冷段百葉窗16處于打開狀態(tài)。
[0029]本實(shí)用新型所述是一種采用自然通風(fēng)方式的、用于降低循環(huán)水溫度的冷卻塔，冷卻塔以環(huán)境空氣為最終的冷卻介質(zhì)，塔內(nèi)綜合運(yùn)用溫差傳熱(干冷)和蒸發(fā)冷卻(濕冷)兩種冷卻方式，結(jié)合實(shí)際氣象條件，采用串聯(lián)、并聯(lián)或混合流程的復(fù)合運(yùn)行模式，既可以節(jié)水又可以在夏季高溫時(shí)提供較低的出塔水溫，可以用于能源、電力、化工、鋼鐵、制藥等領(lǐng)域中。本實(shí)用新型的有益效果為: