CN106595380B - 一种冷却塔离子风收水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却塔离子风收水装置，包括用张紧的绳索吊装在火电厂自然通风冷却塔内部高处的收水装置，所述收水装置由若干个收水模块紧密排列，并用绳索沿着冷却塔塔顶吊装而成，所述收水模块由一个托架、以及若干个收水单元组成，收水单元为六棱柱结构，若干个收水单元重复并联后依附于托架上，每个收水单元内部有放电电极和收水电极，放电电极竖直在收水单元中央。本发明可以有效回收火电厂冷却塔的蒸发水损和风吹水损，降低火电厂的运营成本，并且带来巨大的环保效益。

Description

一种冷却塔离子风收水装置

技术领域

本发明涉及一种火电厂冷却塔节水装置，具体地涉及一种利用绳索吊装在冷却塔顶部的蜂巢式、模块化离子风节水装置。

背景技术

火电厂每年消耗大量水资源。2016年3月国际环保组织绿色和平发布《煤炭产业如何加剧全球水危机报告》指出，全球煤电机组每年消耗淡水超过10亿人的基本用水需求。资料显示仅2011年我国采用湿式冷却塔的火电厂耗水量已高达41.6亿吨，约占全国淡水消耗总量的1.5％。其中冷却塔循环损失水量占到全厂耗水量的65％～75％，这些水损大多从冷却塔顶端以水雾的形式逸散。

现有的冷却塔节水技术比较匮乏，主要有：安装机械式收水器以减少风吹损失，降低冷却塔收水器上方饱和湿空气温度使其部分水蒸气凝结减少蒸发损失，提高循环冷却水的浓缩倍率以减少排污损失等。以上方法存在着节水效果不理想、成本高昂等缺点，因此，本发明提出一种新的节水技术，以克服上述节水技术存在的不足。

目前利用电晕放电原理产生离子风的技术已经获得了较为广泛的研究。离子风是指在大曲率电极上加高电压激发极不均匀电场，使强电场区域大量分子产生电离，并且在电场的作用下，带电粒子作定向移动，运动过程中与外区不带电的中性分子碰撞，一方面自身的电荷发生转移，使中性粒子带上同种电荷，另一方面部分动能传递给中性分子，使其一起做定向移动，最终形成了大规模的射流运动，即产生离子风。该技术已经在不同的领域都得到了应用，如强化散热、静电除尘、空气流体控制和航空推进等，然而将离子风原理用于冷却塔节水技术中并不常见。

通过在大曲率电极上施加高电压可以形成离子风，当冷却塔水汽中的水蒸气在通过离子风区域时，在电场、电离子作用下被诱导核化，形成飘滴，与冷却塔水汽中本身存在的液滴一起被回收。通过设计一个多线-筒状或多针-筒状的收水单元，即可实现对水汽高效的回收，并且装置运行功率极低。进一步地将收水单元并联组合，可形成一个覆盖面积约2m×3m的收水模块；再将收水模块列阵排布，安装在冷却塔顶部，即可实现对冷却塔塔顶的全面覆盖和水汽的充分回收。并且，在模块设计中，可以采用分层绝缘的结构，使得装置绝缘可靠。在模块安装中，利用多层绳索吊装的安装方式，即减轻重量，又方便检修更换。其余地，采用水膜电极、多种供电加压方式等创新性设计，可以使得装置在各方面性能上得到很好的保证。

发明内容

针对火电厂冷却塔存在大量水浪费的现象，本发明提供了一种冷却塔离子风收水装置，是蜂巢式、模块化节水装置。该装置具有水回收效率高、功耗低等特点，可以有效回收火电厂冷却塔的蒸发水损和风吹水损，降低火电厂的运营成本，并且带来巨大的环保效益。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案予以实现：

一种冷却塔离子风收水装置，包括用张紧的绳索吊装在火电厂自然通风冷却塔内部高处的收水装置，所述收水装置由若干个收水模块紧密排列，并用绳索沿着冷却塔塔顶吊装而成，所述收水模块由一个托架、以及若干个收水单元组成，收水单元为六棱柱结构，若干个收水单元重复并联后依附于托架上，每个收水单元内部有放电电极和收水电极，放电电极竖直在收水单元中央。

在冷却塔底部连接有回收水汇聚装置，所述回收水汇聚装置安装在冷却塔内机械式除水器上方，汇聚装置为多层结构，一般为2～3层，每一层由多排V槽排列而成，V槽之间有间距，上下层V槽空间上错开，从该装置正上方向下看，V槽最终应充分覆盖水滴可能落入的范围，汇聚装置回收的水最终经管道汇聚到冷却塔外。

所述收水单元为六棱柱形状，收水单元由放电电极和收水电极组成，收水电极为收水单元的外壁，壁面等距分布1～2cm宽的裸露导体，导体与水膜共同形成一个电极，最终接地，放电电极竖直安装在收水单元中央，通过模块托架上的高压层(实现并联，最终通过限流电阻接至高压电源，收水电极采用PVDF材料、导电玻璃钢制或其他材料。

放电电极为多线结构、或芒刺电极，所述多线结构为多根细金属线均匀平行排布在一同心圆上，并依附于放电电极支柱上，方向与支柱平行，所述芒刺电极中，芒刺依附于放电电极支柱上，在水平面上朝3～4个方向伸出，整体排布沿螺旋线上升，多线和芒刺的材料采用不锈钢、镍铬钢外包铅、钛钯合金、钛、钨或其他导电材料。

所述托架分为三层，中间层为接地层，由蜂巢式的收水电极组成；最上层和最下层为高压层，用于支持放电电极和给放电电极供电，高压层和收接地之间绝缘，托架采用玻璃钢或其他材料，托架上包裹硅橡胶改善防水性能。

所述高压电源可为正极性直流高压、负极性直流高压，交流高压电源，或者脉冲电源。

所述的绳索正交排布，沿着塔顶分布，绳索张紧，分为两层，上面一层为吊装绳索，下面一层为检修绳索，所述的吊装绳索和检修绳索为不锈钢索、尼龙绳索或其他绳索。

本发明用于火电厂冷却塔循环损失水的高效回收，与现有的机械式除水器水回收装置相比，具有以下优点：

1.利用离子风对冷却塔水汽进行回收，可以有效提高水回收率。一方面离子风形成的风场中含有大量涡旋，可以驱动水汽中液滴的互相碰撞，提高水回收率；另一方面，强电场和带电电荷都可以作为水蒸气的凝结核，有效促进水蒸气液化和水分子团增长，使占冷却塔水损中最主要部分的蒸发水损得到回收。

2.采用模块化设计结构，各模块独立运行，互不干扰，也便于运输、安装和更换。模块采用蜂巢式结构，结构可靠；分层绝缘的设计方法、托架材料的选择都保证了恶劣环境下绝缘的可靠性。

3.装置安装在塔顶，一方面由于在水汽上升过程中会不断液化，因此将装置安装在塔顶具有收水效益最好；另一方面有利于水蒸气与外界空气换热凝结，从而提高水回收效果，而且便于安装。

4.装置安装时采用绳索吊装，不仅减轻了装置重量，而且降低了安装成本。在塔顶增设一层绳索保证了装置日常维护的可能性。

5.本节水装置收集到的水接近于纯水，对这些水的回收利用可以产生更高的经济效益。

6.收水电极上利用结合收水时自发形成的水膜进行导电，不仅减轻装置重量，而且节约成本，没有腐蚀问题。

附图说明

图1为本发明的放电电极示意图；

左为芒刺电极示意图，右为4线放电电极示意图。

图2为本发明的收水单元示意图。

图3为本发明的收水模块示意图。

图4为本发明的冷却塔水回收装置安装方式的示意图。

图5为本发明的回收水汇聚装置示意图。

图6为本发明的收水装置结构示意图。

图1～图5中：1、放电电极支柱；2、芒刺电极芒刺尖；3、线电极线；4、高压电源；5、限流电阻；6、连接导线；7、放电电极；8、裸露导体；9、水膜；10、接地电极(收水电极)；11、收水模块托架；12、收水单元；13、高压层；14、接地层；15、收水模块；16、吊装绳索；17、冷却塔塔壁；18、检修用绳索；19、回收水汇聚装置支架；20、V槽；21、填料支架；22、机械式除水器；23、交叉柱；24、收水装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

一种列阵排布，吊装在冷却塔顶部的蜂巢式、模块化水回收装置。包括安装在大型自然通风式冷却塔顶端的收水模块和安装在底部的水回收汇聚装置。所述收水模块由若干个收水单元重复并联形成模块，模块再列阵排布、并且用绳索吊装在塔顶。单元上有放电电极和接地的收水电极，将收水单元通过模块化、再列阵排布，用绳索吊装在冷却塔顶部，最终大面积覆盖冷却塔顶部。

所述收水单元为六棱柱形状，主要由为放电电极和收水电极组成。收水电极为收水单元的外壁，壁面上布一定宽度的裸露导体，导体最终接地。

所述放电电极为多线结构、或芒刺电极。两种结构电极中多线或芒刺依托电极支架设置。所述放电电极竖直安装在收水单元中央，通过模块上的高压层并联，最终接至高压电源。收水电极采用PVDF材料、导电玻璃钢制或其他材料。

多个收水单元并联后安装在收水模块托架上，托架上层和下层铺设导体为收水单元放电电极供电。

所述高压电源为直流、交流或脉冲电源，输出电压有效值为20～60kV。

所述收水模块托架采用玻璃钢材料制成，支柱要求较高的绝缘性能。

利用多根正交排布的张紧绳索将若干收水模块吊装在冷却塔顶部，收水模块沿冷却塔塔顶紧密排列，模块放电电极支柱方向竖直。

所述回收水汇聚装置安装在冷却塔内机械式除水器上方，并且依托机械式除水器安装。

汇聚装置为多层结构，一般为2～3层，每一层由多排V槽排列而成，V槽之间由一定间距。上下层V槽空间上错开，从该装置正上方向下看，V槽最终应充分覆盖水滴可能落入的范围。该装置回收的水最终经管道汇聚到冷却塔外，被加以利用。

该水回收汇聚装置不安装也能完成冷却塔节水的功能。

由图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明的一种冷却塔离子风收水装置：包括吊装在火电厂自然通风冷却塔17顶部的收水装置，以及安装在冷却塔底部的回收水汇聚装置19。所述收水装置由若干个收水模块15紧密排列而成，收水模块15包括一个托架11、以及若干个收水单元12。收水单元12是能够对水汽进行回收的最小单元。收水单元12重复并联后依附于托架11上，每个收水单元11内部有放电电极7和收水电极10，放电电极接入高压电源14，收水电极接地，利用在放电电极和收水电极间施加高电压可以在小范围内形成离子风，进而对该区域内的通过水汽进行回收。将收水模块15用绳索16沿着大型自然通风冷却塔塔顶紧密排列吊装，覆盖所有水汽通过的面积，即可实现对冷却塔逸散水汽进行有效回收的功能。

如图1所示，所述放电电极包括芒刺电极和多线电极两种形式。多线电极结构为3～5根线3均匀平行排布在直径3～4cm的同心圆上，多线依附于电极支柱1上，方向与支柱1平行，线径为0.05mm～0.5mm。芒刺电极芒刺依附于电极支柱1上，芒刺针在竖直面上与支柱1之间呈60°～90°的角度，在水平面上朝3～4个方向伸出，整体排布可呈螺旋上升，芒刺针长度为1.5～2cm，密度为1.5cm/根～4cm/根。芒刺电极刺尖要足够尖锐，曲率半径一般在200μm以下。多线和芒刺的材料可采用不锈钢、镍铬钢外包铅、钛钯合金、钛、钨或其他材料制作。

如图2所示，收水单元结构为六棱柱形状，六棱柱高度20cm～50cm，底面六边形外接圆直径为20cm～40cm。收水单元12主要由为放电电极7和收水电极10组成。收水电极10为收水单元12的外壁，壁面上布一定数目宽度约1～2cm的裸露导体8，导体8与水膜9共同形成一个电极，最终接地。水膜9是装置在水汽环境下极板上自发附着的一层水膜，具有一定的导电性。放电电极7竖直安装在收水单元12中央，通过模块上的高压层13实现并联，最终接至高压电源4。收水电极10采用PVDF材料、导电玻璃钢制或其他材料。

如图3所示，所述收水模块15高度为30～70cm，宽度为1.5m～3m，长度为2m～5m。收水模块15分为三层，中间层为接地层14，由蜂巢式的收水电极10组成；最上层和最下层为高压层13，用于支持放电电极7和给放电电极7供电。高压层13和接地层14之间绝缘，通过模块的结构托架实现支持。托架采用玻璃钢或其他材料，托架上可包裹硅橡胶改善防水性能。

如图4所示，所述绳索吊装的方法是指用张紧的绳索16将装置吊装在冷却塔塔顶。绳索一般在两层或两层以上。一层绳索为吊装绳索16，用于将收水模块15吊装在塔顶，另外一层为检修用绳索18，用于安装可移动的检修平台，以实现对装置的日常维护、更换。所述的绳索一般为不锈钢索、尼龙绳索或其他绳索。

如图5所示，所述回收水汇聚装置19安装在冷却塔内机械式除水器22上方0.5～1m高处，并且依托机械式除水器22安装。汇聚装置为多层结构，一般为2～3层，每一层由多排V槽20排列而成，V槽之间由一定间距。一般V槽深度为15～20cm，宽度为15～20cm，间距为12～17cm，层与层之间为30～45cm。由于V槽是用于回收掉落的液滴，因此从正上方向下看V槽应充分覆盖水滴可能落入的范围。V槽还具有引导和汇聚水流的作用，因此V槽排布时需要保证水流连续，并且最终经管道汇聚到冷却塔外，被加以利用。

该水回收汇聚装置不安装也能完成冷却塔节水的功能。

对于不同的冷却塔、本发明的装置具体规格有所不同。根据运行工况的不同，也可以在装置上施加不同形式的电压。高压电源可为20kV～40kV正极性直流高压、20kV～40kV负极性直流高压或者有效值20kV～40kV交流高压电源，有效值为20kV～40kV的脉冲电源、AC-DC电源等。

以下以出风口直径为54.652m的冷却塔为例：

首先制作图3所示收水模块。收水模块长3m，宽2m，由收水单元12并联构成，因此先制作并联的收水单元，形成完整的接地层14，接地层安装在模块托架11上。托架上再安装长35cm的放电电极7。放电电极为4线电极，每个放电电极7都位于收水单元12中间。将放电电极7通过连接在一起作为高压层13，接地电极上的裸露导体连接在一起作为接地层，即可形成一个完整的收水模块。收水模块中高压层13和接地层14之间的绝缘是装置可靠运行的关键，因此可以采用增加各层间距离、在托架合适位置喷涂防水涂层、托架支柱上包裹硅橡胶等办法强化绝缘。

在冷却塔顶安装图4中所示的两层不锈钢索16。绳索在水平面上正交排布，间距为3m，弧垂为0.5m。在上层吊装绳索16上吊装制作好的收水模块15，模块要求较好的水平度，但所在高度不要求完全相同。下层检修用绳索18上可安装一个或多个可移动的维修平台，用于日常检修维护。

所有收水模块15的高压层13通过电缆6经限流电阻5接到20kV～40kV负极性可调高压电源4上。限流电阻可以用来对装置进行一定的保护。各个收水模块单独设置开关以分别控制电源开断。接地层14通过不锈钢索16接地，或者通过单独设置的导线接地。

在冷却塔内机械式除水器22上方1m处安装回收水汇聚装置19。装置依附已有机械式除水器的支架21架设。汇聚装置主体为两层交错、开口向上的V槽20，V槽深度为20cm，宽度为20cm。V槽间距为15cm，且上下两层间距30cm。V槽用于回收掉落的水滴，因此从正上方向下看V槽应充分覆盖水滴可能落入的范围。水滴落如V槽，最后由端部再汇聚到管道中并被收集。收集到的水水质良好，可用于其他用途。

使用时先使冷却塔水汽上升润湿装置，在接地极板上形成水膜，然后再给装置上逐渐施加高电压，使其进入正常运行状态。

在具体实施时，将放电电极7改变成芒刺电极，同样可以实现对冷却塔逸散水汽进行回收的功能。

在具体实施时，不安装回收水汇聚装置19，也同样可以达到冷却塔节水的目的。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (3)

1.一种冷却塔离子风收水装置，包括用张紧的绳索吊装在火电厂自然通风冷却塔(17)内部高处的收水装置，其特征在于：所述收水装置由若干个收水模块(15)紧密排列，并用绳索(16)沿着冷却塔塔顶吊装而成，所述收水模块(15)由一个托架(11)、以及若干个收水单元(12)组成，收水单元(12)为六棱柱结构，若干个收水单元(12)重复并联后依附于托架(11)上，每个收水单元(12)内部有放电电极(7)和收水电极(10)，放电电极(7)竖直在收水单元(12)中央，所述收水单元(12)为六棱柱形状，收水单元(12)由放电电极(7)和收水电极(10)组成，收水电极(10)为收水单元的外壁，壁面等距分布1～2cm宽的裸露导体(8)，导体(8)与水膜(9)共同形成一个电极，最终接地，放电电极(7)竖直安装在收水单元(12)中央，通过模块托架上的高压层(13)实现并联，最终通过限流电阻(5)接至高压电源(4)，收水电极(10)采用PVDF材料、导电玻璃钢制材料，在冷却塔底部连接有回收水汇聚装置(19)，所述回收水汇聚装置(19)安装在冷却塔内机械式除水器(22)上方，汇聚装置(19)为多层结构，每一层由多排V槽(20)排列而成，V槽之间有间距，上下层V槽(20)空间上错开，从该装置正上方向下看，V槽最终应充分覆盖水滴可能落入的范围，汇聚装置(19)回收的水最终经管道汇聚到冷却塔外。

2.根据权利要求1所述的一种冷却塔离子风收水装置，其特征在于：所述托架(11)分为三层，中间层为接地层(14)，由蜂巢式的收水电极(10)组成；最上层和最下层为高压层(13)，用于支持放电电极(7)和给放电电极(7)供电，高压层(13)和收接地(14)之间绝缘，托架(11)采用玻璃钢，托架上包裹硅橡胶改善防水性能。

3.根据权利要求1所述的一种冷却塔离子风收水装置，其特征在于：所述的绳索正交排布，沿着塔顶分布，绳索张紧，分为两层，上面一层为吊装绳索(16)，下面一层为检修绳索(18)，所述的吊装绳索(16)和检修绳索(18)为不锈钢索、尼龙绳索。