CN105716442A - 一种闭式冷却塔及闭式循环水*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闭式冷却塔及闭式循环水***，所述闭式冷却塔包括进风口、喷淋器、换热盘管、PVC热交换层、集水槽和轴流风机，所述塔体顶部和一侧设置进风口，所述塔体另一侧设置出风口，轴流风机安装在出风口处，所述换热盘管设置在塔体上部，在换热盘管正上方设置有喷淋器，在换热盘管下方设置有PVC热交换层，在热交换层下方塔体底部设置有集水槽。采用上述闭式冷却塔的闭式循化水***，包括内循环和外循环两部分，内循环部分包括闭式冷却塔和换热器，外循环部分包括闭式冷却塔、过滤器和反渗透装置。本发明通过采用特定的闭式冷却塔及闭式循环水***，保证了循环水***的高效运行，冷却能力得到显著提高，节约水耗能耗更加明显。

Description

一种闭式冷却塔及闭式循环水***

技术领域

本发明属于工业节水技术领域，具体涉及一种应用于石化企业的闭式冷却塔及闭式循环水***。

背景技术

石化企业现有的循环水***均采用敞开式结构，即传统的开式冷却塔，一方面造成新鲜水消耗量大（主要表现为蒸发损失、风冷塔风吹损失和旁滤反洗水消耗），一般循环水***消耗的水量占工业用水量的2/3，甚至更多；另一方面开式冷却塔的冷却水与大气直接接触，大气中大量的杂质进入***，造成管道腐蚀和结垢，被迫投加大量阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂等化学药剂，即不经济又产生二次污染。

闭式循化水***中的主设备是闭式冷却塔，是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保证降温效果。由于是闭式循环，其能够保证水质不受污染，很好的保护了主设备的高效运行，提高了使用寿命。外界气温较低时，可以停掉喷淋水***，起到节水效果。随着国家节能减排政策的实施和水资源的日益匮乏，近几年闭式冷却塔在钢铁冶金、电力电子、机械加工、空调***得到了广泛的应用。但在某些冷却要求比较高的场合，比如石化企业循环水***，处理量非常大，而且要求循环水从40℃左右处理到30℃左右，尤其夏季非常接近环境的湿球温度，现有的闭式冷却塔无法满足要求，如果需要增强冷却能力就需要增大冷却塔体积，而这会极大地受到安装空间和制造工艺的限制，其次还要大幅度增加喷淋水的流量和风机的风量，会给闭式冷却塔的生产制造带来极大的难题。

CN200920083817.4公开了一种闭式空冷循环冷却水***，包括工艺换热器以及与通过循环介质管与工艺换热器相连的循环水泵***，所述的工艺换热器与循环水泵***之间还设有水膜式空冷器。该发明设置专门的水膜式空冷器提高冷却效果，增加了冷却设备和能耗。

CN201110368892.7公开了一种密闭式冷却塔，它包括塔体，在所述塔体内部由上而下依次设置通风装置、喷淋装置、盘管、集水装置，在所述盘管进出水两端焊接进出水分配管道，该进出水分配管道由隔板隔开。该发明采用隔板隔开进出水分配管道，使得设备的冷却效果明显提高。

CN201320311196.7公开了一种闭式冷却塔，包括壳体、风机、盘管和喷淋器，其特征在于：所述壳体一侧设有进风口，所述风机安装在进风口处，所述壳体顶部设置有排风窗；所述盘管设置在壳体内，盘管的热流体进口在上，冷流体出口在下；在盘管正上方设置有喷淋器，在盘管正下方的壳体底部设置有接水槽，所述接水槽下部一侧设有排水口，排水口通过喷淋泵和循环管路与喷淋器的进水口连接。该实用新型通过在壳体内增加了填料，虽然延长了冷却水停留时间，增加换热面积，冷却效果有一定的提高，但由于采用的喷淋水与冷却水并流，风水逆向，容易在管子底部产生干点，导致结垢，使传热面积减少，从而降低换热效率和冷却能力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种能够应用于石化企业的闭式冷却塔及闭式循环水***。本发明通过采用特定的闭式冷却塔及闭式循环水***，保证了循环水***的高效运行，冷却能力得到显著提高，节约水耗能耗更加明显。

本发明的闭式冷却塔包括进风口、喷淋器、换热盘管、PVC热交换层、集水槽和轴流风机，所述塔体顶部和一侧设置进风口，所述塔体另一侧设置出风口，轴流风机安装在出风口处，所述换热盘管设置在塔体上部，在换热盘管正上方设置有喷淋器，在换热盘管下方设置有PVC热交换层，在热交换层下方塔体底部设置有集水槽，所述集水槽下部一侧设有排水口，排水口通过循环水泵及管路与喷淋器的进水口连接。

本发明中，所述的塔体顶部进风口空气和喷淋水以顺畅、平行和向下的路径流过盘管表面，即采用风水同向的设计，维持了完全的管外覆盖。在这种平行的流动方式下，水不会由于空气流动的影响出现与管底侧分离的现象，从而消除了有利于水垢形成的干点。传统的设计多采用风水逆向，容易在管子底部产生干点，导致结垢，使传热面积减少，从而降低换热效率和冷却能力。

本发明中，所述换热盘管的冷却介质入口在下，冷却介质出口在上，即循环冷却水从下往上流，而喷淋水是从上往下流，进行逆流传热。与传统的并流设计相比，采用逆流设计其对数平均温度差大，传热推动力强。另外，逆流的冷却效果更好，因为当逆流操作时，循环冷却水的出口温度可以降低至接近喷淋水的进口温度（与环境的湿球温度有关），更符合石化企业循环水的冷却处理；而采用并流操作，循环冷却水的出口温度只能降低至接近喷淋水的出口温度。除此之外，如采用并流的方式，循环冷却水的最热的水与喷淋水最冷的水接触，温差比较大，更加容易引起相变即潜热蒸发，从而结垢。本发明采用的逆流设计与风水同向的设计，则是更大程度地让盘管部分通过喷淋水的显热冷却作用来散热，让蒸发过程集中于PVC热交换层，有助于减少在盘管表面结垢的可能性。

本发明中，所述的换热盘管采用烧结型高通量管，即在普通换热管表面烧结一薄层具有特定结构的多孔表面换热管，可烧结在外表面或内表面。具体制备方法如下：首先采用波纹管专用机械将光管压制成波纹基管，然后采用烧结方式将50-300目的混合金属粉末涂装到波纹基管上形成多孔金属表面，即制备出高通量管。所制备的波纹管的多孔层厚度为0.3-0.7mm，孔隙率为30-60%，换热系数为普通光管的8-10倍，防盐类析出结垢能力强，冷却换热能力大幅度提升。另外，由于受制于庞大的蛇形盘管钢架支撑结构和制作工艺，采用普通光管的处理量单体最大为500m³/h左右，且占地面积大，而采用高通量管，由于其高效的换热能力，单体最大处理量为普通光管的1-3倍，且更加节省占地面积。

本发明中，所述的轴流风机采用耐低温高效节能筒状轴流风机，具体结构如CN200920010965.3所述，叶片采用尼龙加碳纤维材料整体一次完成制造，叶片表面进行了水转印处理，叶片在上轮毂和下轮毂的轴孔中可以进行角度调整，轮毂采用铝合金材料整体压铸成型，叶片翼型按航空飞行方面理论空气动力学原理进行设计。该轴流风机效率高、耐低温、叶片冬季不易挂冰，与国内外同类产品相比节约电能10%-30%，同时由于本闭式冷却塔高效的换热能力和合理的风水布局，风量和喷淋水用量节省10%-20%，带来的风机和水泵的电耗再次降低10%左右。

本发明中，所述的集水槽除了设有连接循环水泵的排水口还设置有补水口，与喷淋水补水管相连接。

本发明采用上述闭式冷却塔的闭式循化水***，包括内循环和外循环两部分，内循环部分包括闭式冷却塔和换热器，外循环部分包括闭式冷却塔、过滤器和反渗透装置，其中内循环部分的闭式冷却塔是指循环水流经换热盘管部分，外循环部分的闭式冷却塔是指喷淋水工作部分；所述的过滤器用于喷淋水的过滤，所述的反渗透装置作为侧线支路，用于部分喷淋水脱盐处理，喷淋水经过脱盐后回用到喷淋水补水。

本发明中，外循环部分的喷淋水量为内循环水量的1/25～1/2，外循环喷淋水侧线的反渗透装置处理量占喷淋水水量的2%～8%。采取侧线反渗透处理装置最大的优点就是规避了喷淋水排污，如果喷淋水不直接进行脱盐处理，则就需要排污，不提高浓缩倍数的话，排污量需要非常大才能维持盐平衡，同时对应的需补充足够多的新鲜水；提高浓缩倍数，则意味着外循环尤其是盘管外表面面临更多的结垢问题，同样排污废水还是需要输送到污水厂处理后回用。除此之外，直接采取喷淋水的侧线进行部分反渗透处理，其成本要比直接排污-处理回用-补充相应新鲜水低很多。

本发明中，在湿球温度较低的深秋或冬季，可以停掉外循环回路，单独依靠内循环中的闭式冷却塔换热盘管和轴流风机就可以独立运行，达到冷却循环水的目的。

本发明中，所述的过滤器采用高效流沙过滤器，用于去除外界进入喷淋水***的悬浮物或其他杂质，防止喷淋器和管道堵塞。

本发明中，循环水流经冷却塔，其温度的变化会引起体积的变化和气体的排放，因而在内循环部分设自动排气阀，维持内循环部分的压力平衡。内循环部分还设补水口，以补缺***因泄露问题损失的水分。所述的集水槽除还设有一个出水口，用于连接反渗透装置。

本发明中，所述的内循环部分不加药、不浓缩、不排污，所述的外循环不浓缩、不排污，可以添加少量的防腐剂和杀菌剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、闭式冷却塔中喷淋水与换热盘管进风采用风水同向，使循环水最大限度的与冷却盘管接触，不易形成干点和结垢；喷淋水从盘管落至PVC热交换层上，由第二股新鲜空气通过蒸发和显热式的热传导过程进行冷却，冷却能力得到明显提高，显著降低能耗；

2、闭式冷却塔盘管的冷却介质入口在下，冷却介质出口在上，循环冷却水与喷淋水采取逆流换热的方式，传热推动力强，而且冷却水出口温度更加逼近湿球温度，冷却能力进一步增强。除此之外，风水同向与逆流设计结合，降低了盘管处潜热蒸发的可能性，减少盘管表面结垢；

3、闭式冷却塔采用烧结型多通量管，使得换热盘管的传热效率提高1.5-4倍，换热能力大大提升，而且多孔层表面还具有良好的阻垢性能；

4、采用包括内循环部分和外循环部分的闭式循化水***，特别是设置外循环部分并采用过滤与反渗透相结合对喷淋水进行处理，将传统的循环冷却水处理转移到了喷淋水处理，处理水量大幅度降低，而且大大降低了设备的结垢现象。

附图说明

图1为本发明所用闭式冷却塔结构示意图；

图中1-新鲜空气入口，2-湿热空气出口，3-冷却介质入口，4-冷却介质出口，5-PVC热交换层，6-集水槽，7-喷淋器，8-换热盘管，9-循环水泵，10-PVC除水器，11-轴流风机。

图2为本发明使用的烧结型高通量的外壁结构。

图3为本发明石化企业闭式循环水***工艺流程图；

图中12-闭式冷却塔，13-换热器，14-过滤器，15-反渗透装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。以下所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明范围内所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

如图1所示的闭式冷却塔，其设计规格为50～1500m³/h，不需要专门的蓄水池，安装地点灵活。换热盘管8可以采用常规使用的蛇形换热盘管，由优质整体热浸锌处理，具有高强度防腐性能；优选使用烧结型高通量管。冷却介质入口3在下，冷却介质出口4在上。首先，启动轴流风机11，新鲜空气通过塔体顶部和一侧的两个入口1进入闭式冷却塔内部，进入的空气经由换热盘管和PVC热交换层5后，由湿热空气出口2排出。喷淋器7喷出的喷淋水与换热盘管8顶部进风采用风水同向，使循环水最大限度的与换热盘管接触，不易形成干点和结垢。喷淋水从换热盘管8落至PVC热交换层5上，由第二股新鲜空气通过蒸发和显热式的热传导过程进行冷却；PVC除水器10可以有效的去除湿热空气夹带的喷淋水，降低喷淋水的飘溢率。在热交换层5的下方设置有集水槽6，所述集水槽下部一侧设有排水口，排水口通过循环水泵9及管路与喷淋器7的进水口连接。

烧结型高通量管的具体制备方法如下：首先采用波纹管专用机械将光管压制成波纹基管，然后采用烧结方式将50-300目的混合金属粉末涂装到波纹基管上形成多孔金属表面，即制备出高通量管。所制备的波纹管的多孔层厚度为0.3-0.7mm，孔隙率为30-60%，换热系数为普通光管的8-10倍。制备成型的高通量的表面结构图2所示。

图3所示的本发明的闭式循环水***包括内循环部分和外循环部分，内循环部分包括闭式冷却塔12和换热器13，外循环部分包括闭式冷却塔12、过滤器14和反渗透装置15，其中所述的内循环部分是原有的循环水***；所述内循环部分的闭式冷却塔是指循环水流经盘管的部分，所述外循环部分的闭式冷却塔是指喷淋水工作部分，喷淋水通过塔内的水泵循环使用；所述的过滤器14用于喷淋水的过滤，防止喷淋装置的堵塞，过滤器可采用高效流沙过滤器；所述的反渗透装置15作为侧线支路，用于部分喷淋水脱盐处理，喷淋水经过脱盐后回用到喷淋水补水。

实施例1

采用图3所示的工艺流程和图1所示的闭式冷却塔，处理规模为600m³/h，在夏季的7-8月份，月平均气温26℃，其白天湿球温度为26.3℃，夜晚会有所降低，冷却介质入口温度为40℃，需处理的冷却介质出口温度30℃。其中喷淋水的流量开到300m³/h，喷淋水补水采用自来水，其中电导率为265μs/cm。循环喷淋水侧线的反渗透装置处理量按照实际喷淋水流量的3%进行调节，即9m³/h。换热盘管采用烧结型高通量管，并且所述盘管的冷却介质入口在下，冷却介质出口在上，循环冷却水与喷淋水采取逆流换热的方式。通过加大轴流风机风量，测得冷却介质出口温度可以低至28.6℃，非常逼近湿球温度，为了维持冷却介质出口温度在30℃，适当减少喷淋水流量和风量，即通过调节水泵和轴流风机完成，晚上，湿球温度要比白天低，其所需的喷淋量和风量可进一步调低。经过30天的稳定运行，其中冷却介质出口温度维持在30℃左右，喷淋水总补水量约为5100m³，平均补水量为7.08m³/h，集水槽水质电导率为280μs/cm，稍大于进水自来水电导率。与原闭式循环水***相比（原***轴流风机设置在反应器顶部，塔体两侧为进风口，顶部为出风口，换热盘管采用蛇形光管，并且所述盘管的冷却介质入口在上，冷却介质出口在下），节水达50%(光排污就节省30%)，节电35%。

实施例2

采用图3所示的工艺流程和图1所示的闭式冷却塔,处理规模为600m³/h，在10月份，月平均气温13.7℃，其最高湿球温度为15℃，冷却介质入口温度为40℃，需处理的冷却介质出口温度30℃。其中喷淋水的流量在50-200m³/h范围内调节，喷淋水补水采用自来水，其中电导率为247μs/cm。换热盘管采用烧结型高通量管，并且所述盘管的冷却介质入口在下，冷却介质出口在上，循环冷却水与喷淋水采取逆流换热的方式。考虑到气温的昼夜温差较大，晚上环境温度下降至2-6℃，因此在这个时间段喷淋水流量可以调节到50m³/h左右，采用慢流或滴流方式，更多的通过调节闭式冷却塔的轴流风机风量使得冷却介质出口温度维持在30℃左右。循环喷淋水侧线的反渗透装置处理量按照实际喷淋水流量的4%进行调节，即比夏季加大喷淋水的脱盐处理，因为喷淋水量的减少，使得换热盘管不容易完全被水覆盖，这个时候要比夏季更容易结垢。经过30天的稳定运行，喷淋水总补水量约为2500m³，平均补水量为3.47m³/h，集水槽水质电导率为233μs/cm，稍好于进水自来水电导率。与开式循环水***相比（传统凉水塔），节水达73%，节电30%。与原闭式循环水***相比（原闭式循环水***轴流风机设置在反应器顶部，塔体两侧为进风口，顶部为出风口，换热盘管采用蛇形光管，并且所述盘管的冷却介质入口在上，冷却介质出口在下），节水达35%，节电25%。

实施例3

采用图3所示的工艺流程和图1所示的闭式冷却塔,处理规模为600m³/h，在12月份，月平均气温-10℃，水都已经结冰，不考虑湿球温度，冷却介质入口温度为40℃，需处理的冷却介质出口温度30℃。换热盘管采用烧结型高通量管，并且所述盘管的冷却介质入口在下，冷却介质出口在上。停止外循环回路，即停用喷淋水、过滤器和反渗透装置，把集水槽里的水放干，只调节闭式冷却塔的轴流风机风量使得冷却介质出口维持在30℃左右。经过30天的稳定运行，与开式循环水***相比（传统凉水塔），节水达98%，节电20%。与原闭式循环水***相比（原闭式循环水***轴流风机设置在反应器顶部，塔体两侧为进风口，顶部为出风口，换热盘管采用蛇形光管，并且所述盘管的冷却介质入口在上，冷却介质出口在下），节电30%。

比较例1

处理工艺及操作条件与实施例1相同，不同之处在于：喷淋水采用风水同向，但是盘管的冷却介质入口在上，冷却介质出口在下。经过调试发现，中午最热的几个小时，冷却介质出口温度最低降低31.5℃，而且是在加大风机和水泵功率的情况下，而傍晚和夜间，通过调节，冷却介质出口温度可以维持在30℃。经过30天的运行后，喷淋水总补水量约为5240m³，平均补水量为7.27m³/h，比实施例1稍高，而且水泵和风机的电耗多出15%，同时循环冷却水出口温度在每天中午某个时间段（3h左右）不能达标。

比较例2

处理工艺及操作条件与实施例1相同，不同之处在于：冷却塔顶部为出风口，两侧为进风口，盘管的冷却介质入口在下，冷却介质出口在上，PVC除水器在盘管与出风口之间。经过调试发现，中午最热的几个小时，冷却介质出口温度最低降低31℃，而且是需要在加大风机和水泵功率的情况下，而傍晚和夜间，通过调节，冷却介质出口温度可以维持在30℃。经过30天的运行后，喷淋水总补水量约为5900m³，平均补水量为8.19m³/h，明显比实施例1高，而且水泵和风机的电耗多出20%，尤其是风机的风阻明显加大，出风口处有轻微的雾沫夹带现象，同时循环冷却水出口温度在每天中午某个时间段（3h左右）不能达标。

Claims (10)

1.一种闭式冷却塔，其特征在于包括进风口、喷淋器、换热盘管、PVC热交换层、集水槽和轴流风机，所述塔体顶部和一侧设置进风口，所述塔体另一侧设置出风口，轴流风机安装在出风口处，所述换热盘管设置在塔体上部，在换热盘管正上方设置有喷淋器，在换热盘管下方设置有PVC热交换层，在热交换层下方塔体底部设置有集水槽，所述集水槽下部一侧设有排水口，排水口通过循环水泵及管路与喷淋器的进水口连接。

2.根据权利要求1所述的闭式冷却塔，其特征在于：所述塔体顶部进风口空气和喷淋水以顺畅、平行和向下的路径流过换热盘管表面。

3.根据权利要求1所述的闭式冷却塔，其特征在于：所述换热盘管的冷却介质入口在下，冷却介质出口在上。

4.根据权利要求1所述的闭式冷却塔，其特征在于：所述换热盘管采用在普通换热管表面烧结一薄层具有特定结构多孔表面的烧结型高通量管，烧结在外表面或内表面。

5.根据权利要求4所述的闭式冷却塔，其特征在于：所述的烧结型高通量管的制备方法如下：首先采用波纹管专用机械将光管压制成波纹基管，然后采用烧结方式将50-300目的混合金属粉末涂装到波纹基管上形成多孔金属表面，制备出的高通量管的多孔层厚度为0.3-0.7mm，孔隙率为30-60%。

6.根据权利要求1所述的闭式冷却塔，其特征在于：所述的轴流风机采用耐低温高效节能筒状轴流风机，叶片采用尼龙加碳纤维材料整体一次完成制造，叶片表面进行了水转印处理，叶片在上轮毂和下轮毂的轴孔中可以进行角度调整，轮毂采用铝合金材料整体压铸成型。

7.采用权利要求1-6任一所述闭式冷却塔的闭式循化水***，其特征在于：包括内循环和外循环两部分，内循环部分包括闭式冷却塔和换热器，外循环部分包括闭式冷却塔、过滤器和反渗透装置，其中内循环部分的闭式冷却塔是指循环水流经换热盘管部分，外循环部分的闭式冷却塔是指喷淋水工作部分；所述的过滤器用于喷淋水的过滤，所述的反渗透装置作为侧线支路，用于部分喷淋水脱盐处理，喷淋水经过脱盐后回用到喷淋水补水。

8.根据权利要求7所述的闭式循环水***，其特征在于：外循环部分的喷淋水量为内循环水量的1/25～1/2，外循环喷淋水侧线的反渗透装置处理量占喷淋水水量的2%～8%。

9.根据权利要求7所述的闭式循环水***，其特征在于：在湿球温度较低的深秋或冬季，停掉外循环回路，单独依靠内循环中的闭式冷却塔换热盘管和轴流风机就可以独立运行，达到冷却循环水的目的。

10.根据权利要求7所述的闭式循环水***，其特征在于：在内循环部分设自动排气阀，维持内循环部分的压力平衡。