一种新型干湿联合节水型冷却塔及其使用方法

技术领域

本发明涉及冷却器技术领域，尤其涉及一种新型干湿联合节水型冷却塔及其使用方法。

背景技术

常规闭式冷却塔工作原理：热水进入盘管冷却器，喷淋水从管束上端均匀喷淋落在盘管上端；另一方面，塔顶的风机不断引风。空气、喷淋水和冷却器三者间发生蒸发和对流换热，将冷却器管内的流体冷却。在这个过程中就会造成喷淋水的蒸发损失，为了减少冷却塔的蒸发损失，由此诞生了干湿联合型冷却塔；另一方面，液滴在冷却器表面的蒸发容易将空气中携带的杂质附着在冷却器表面，由此形成藻类、军团菌等造成管束的结垢。

目前，已有较为成熟的干湿联合型冷却塔技术，但是一般都为逆流结构，具体形式为湿冷段的冷却器在下端，干冷的空冷器(翅片管结构)在上端；热水先进入空冷器再进入湿冷段。当环境温度较低时，便停止喷水，由此以干冷模式运行。然而，由于裸管对空气的对流传热系数较低，因此这造成翅片管的用量极大，从根本上造成了金属资源的损耗。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种新型干湿联合节水型冷却塔及其使用方法可以有效减少冷却用水量。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种新型干湿联合节水型冷却塔，包括湿冷段冷却模块和干冷段冷却模块，所述湿冷段冷却模块和干冷段冷却模块横向排设，所述湿冷段冷却模块的出气端对应于干冷段冷却模块的进气端，所述湿冷段冷却模块和干冷段冷却模块底部设有集水池；所述湿冷段冷却模块包括喷淋泵、湿冷段冷却器、填料、喷头和收水结构；若干所述湿冷段冷却器在高度方向上叠设，所述填料填补设于相邻两个湿冷段冷却器之间的间隙；所述湿冷段冷却器对应于干冷段冷却模块的进气端方向设有冷却器进气百叶窗，所述填料对应于干冷段冷却模块的进气端方向设有填料进气百叶窗；所述喷头的喷淋端对应于湿冷段冷却器和填料的上方，所述喷头通过喷淋布水管连接于喷淋泵；所述收水结构设于湿冷段冷却器和填料的出气端。

进一步地，所述冷却器进气百叶窗和填料进气百叶窗通过驱动装置可开启或闭合。

进一步地，所述湿冷段冷却器和填料之间设有液体再分布器；所述液体再分布器包括布液孔、滑动挡液板、导轨和盛液盘；所述盛液盘沿液体再分布器宽度方向设置，若干所述盛液盘沿液体再分布器长度方向排设，所述盛液盘沿自身长度方向开设有布液孔，所述滑动挡液板通过导轨可在盛液盘之间移动。

进一步地，所述滑动挡液板的宽度尺寸大于等于相邻盛液盘之间的距离。

进一步地，包括完全湿冷模式；在所述完全湿冷模式状态下，所述冷却器进气百叶窗和填料进气百叶窗在驱动装置控制下完全开启，所述喷头同时进行喷淋。

进一步地，包括半湿冷模式；在所述半湿冷模式状态下，所述冷却器进气百叶窗在驱动装置控制下完全闭合，所述填料进气百叶窗在驱动装置控制下完全开启，所述喷头同时进行喷淋。

进一步地，包括半空冷模式；在所述完全湿冷模式状态下，所述冷却器进气百叶窗在驱动装置控制下完全闭合，所述填料进气百叶窗在驱动装置控制下闭合一半，开启一半，所述喷头同时进行喷淋。

进一步地，包括完全空冷模式；在所述完全空冷模式状态下，所述冷却器进气百叶窗和填料进气百叶窗在驱动装置控制下完全开启，同时所述喷头停止喷淋。

有益效果：本发明的一种新型干湿联合节水型冷却塔及其使用方法可以有效减少冷却用水量，包括但不限于以下技术效果：

1)通过将湿冷段冷却模块和干冷段冷却模块横向排设，空气经过湿冷段冷却模块蒸发后变为饱和湿热空气，最后通过干冷段冷却模块对流后变为不饱和干热空气从而实现冷却塔出口雨雾的移除；

2)通过调节进风、喷水方式，实现了多种模式切换，在满足换热和节水需求的前提下，避免液滴在冷却器表面蒸发导致将携带的杂质附着，有效的降低了湿冷段冷却模块结垢的情况，同时干冷段冷却模块可以更低的停喷温度设计，极大的减少了系统对干冷段冷却模块换热面积的需求；

3)设置关闭冷却器进气百叶窗的进风百叶，完全打开填料进气百叶窗的进风百叶，使空气只能通过填料，使蒸发段只存在于填料中，由于冷却器表面未蒸发所以可以大大的降低结垢的概率；

4、将冷却器进气百叶窗完全闭合，填料进气百叶窗闭合一半，开启一半，空气只能从一半的填料通道穿过，通过液体再分布器实现气液分离，使填料和蒸发段中都为对流传热，全塔无蒸发损失，有效降低了冷却用水量。

附图说明

附图1为本发明的内部结构图；

附图2为本发明的液体再分布器的结构图；

附图3为本发明的填料中液滴蒸发状态示意图；

附图4为本发明的填料中液滴对流状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1-4：一种新型干湿联合节水型冷却塔，包括湿冷段冷却模块和干冷段冷却模块1，所述湿冷段冷却模块和干冷段冷却模块1横向排设，所述湿冷段冷却模块的出气端对应于干冷段冷却模块1的进气端，所述湿冷段冷却模块和干冷段冷却模块1底部设有集水池2；所述湿冷段冷却模块包括喷淋泵31、湿冷段冷却器32、填料33、喷头34和收水结构35；若干所述湿冷段冷却器32在高度方向上叠设，所述填料33填补设于相邻两个湿冷段冷却器32之间的间隙；所述湿冷段冷却器32对应于干冷段冷却模块1的进气端方向设有冷却器进气百叶窗321，所述填料33对应于干冷段冷却模块1的进气端方向设有填料进气百叶窗331；所述喷头34的喷淋端对应于湿冷段冷却器32和填料33的上方，所述喷头34通过喷淋布水管341连接于喷淋泵31；所述收水结构35设于湿冷段冷却器32和填料33的出气端；用户来流热水分为两路，一路进入湿冷段冷却模块进行冷却，另一路进入干冷段冷却模块1进行冷却，两路冷却器出口的循环水混合后达到目标冷却水温。从空气的路线来看，空气在冷却塔入口段为干冷空气，经过湿冷段冷却模块蒸发后变为饱和湿热空气，最后通过干冷段冷却模块1对流后变为不饱和干热空气从而实现冷却塔出口雨雾的移除。

所述湿冷段冷却模块和干冷段冷却模块1横向排设，根据使用环境的不同，通过调节进风、喷水方式，实现了多种模式切换，在满足换热需求的前提下，避免液滴在冷却器表面蒸发导致将携带的杂质附着，有效的降低了湿冷段冷却模块结垢的情况，同时干冷段冷却模块1无需完全按照停喷温度设计，极大的减少了系统对干冷段冷却模块1换热面积的需求。

所述冷却器进气百叶窗321和填料进气百叶窗331通过驱动装置可开启或闭合。

所述湿冷段冷却器32和填料33之间设有液体再分布器4；所述液体再分布器4包括布液孔41、滑动挡液板42、导轨43和盛液盘44；所述盛液盘44沿液体再分布器4宽度方向设置，若干所述盛液盘44沿液体再分布器4长度方向排设，所述盛液盘44沿自身长度方向开设有布液孔41，所述滑动挡液板42通过导轨43可在盛液盘44之间移动。

所述滑动挡液板42的宽度尺寸大于等于相邻盛液盘44之间的距离。

包括完全湿冷模式；在所述完全湿冷模式状态下，所述冷却器进气百叶窗321和填料进气百叶窗331在驱动装置控制下完全开启，所述喷头34同时进行喷淋；在夏季环境的干湿球温度都较高，此时完全开启冷却器进气百叶窗321和填料进气百叶窗331的进风百叶，环境空气将会同时通过湿冷段冷却器32和填料33并蒸发换热，以满足冷却效果，此时冷却塔不具备节水效果。

包括半湿冷模式；在所述半湿冷模式状态下，所述冷却器进气百叶窗321在驱动装置控制下完全闭合，所述填料进气百叶窗331在驱动装置控制下完全开启，所述喷头34同时进行喷淋；在夏季和秋/春季交界的季节，环境的干湿球温度介于春/秋季和夏季之间，此时不需要夏季那么大的蒸发量；因此关闭冷却器进气百叶窗321的进风百叶，完全打开填料进气百叶窗331的进风百叶，此时环境空气只能通过填料33；此模式下的冷却塔整体的换热流程如下所述：循环喷淋水从塔顶的喷头34喷出，首先落在湿冷段冷却器32上，并与湿冷段冷却器32发生对流换热，加热后的喷淋水随后落在填料33中，并被蒸发冷却，然后再落在下一层的湿冷段冷却器32上，以此循环；因此蒸发段只存在于填料33中，由于冷却器表面未蒸发所以可以大大的降低结垢的概率。

包括半空冷模式；在所述完全湿冷模式状态下，所述冷却器进气百叶窗321在驱动装置控制下完全闭合，所述填料进气百叶窗331在驱动装置控制下闭合一半，开启一半，所述喷头34同时进行喷淋；在秋季和部分地区的冬季，气温较低且在0℃以上，此时水不易结冰，半干冷模式主要用于该气候条件下；此时间隔关闭一半的填料进气百叶窗331填料进风百叶窗为竖向间隔布置方式，完全关闭冷却器进气百叶窗321的进风百叶窗；此时，空气只能从一半的填料33通道穿过，此时塔内的换热流程如下所述：喷淋水从冷却塔顶部的喷头34喷出，首先落在湿冷段冷却器32上，并与湿冷段冷却器32发生对流换热，加热后的喷淋水随后落在填料33中，与空气也发生对流换热，然后再落在下一层的湿冷段冷却器32上，以此循环；此时填料33和蒸发段中都为对流传热，全塔无蒸发损失；在上述模式运行中，液体再分布器4将滑动挡液板42移动到相邻盛液盘44之间，使喷淋水只能通过盛液盘44的布液孔41进入填料33的通道中，调整盛液盘44的数量可以使填料33的通道一半通过喷淋水，另一半空气可以流通，实现气液分离。

包括完全空冷模式；在所述完全空冷模式状态下，所述冷却器进气百叶窗321和填料进气百叶窗331在驱动装置控制下完全开启，同时所述喷头34停止喷淋；在环境温度低于0℃的场合下，液体容易结冰，此时启用完全空冷模式为最优选择；完全打开冷却器进气百叶窗321和填料进气百叶窗331的进风百叶窗，并关闭喷头34，此时湿冷段冷却器32中发生对流换热，填料33中不发生换热；换热后的空气混合后进入干冷段冷却模块1，最终将循环水冷却至目标值。

通过如下计算可验证本发明的实际效果，

假设目标为5℃时冷却塔无蒸发损失，传统的冷却塔为停喷工况；本发明为半空冷模式。假设两者的湿冷段换热面积相同，那么整个冷却塔的换热方程可以如下所示：

传统干湿联合冷却塔，

Q

式中：Q

c

m

ΔT

K

A

Δt

K

A

Δt

下面对上式中的各个参数进行分析：从上述的各个参数中可以看出，最主要的变化值为湿冷段的换热系数K1，以此进行分析。当整个冷却器处于空冷工况时，冷却器的换热为空气和管壁的对流、管外壁和内壁的导热，和管内壁的对流。这与湿冷工况不同的点在于管外的对流。空冷时采用下述实验关联式：

h

式中：Re为雷诺数，表示为Re＝D

其值在液体流速介于1.2-1.5m/s之间时，为200-300W/℃·m

式中：tf为喷淋水的平均温度，ΓS为喷淋线密度，do为冷却器外径，管内流体流速介于1.2-1.5m/s之间时，换热系数为1800-2000W/℃·m

但是，仅仅分析冷却器是不够的，因为喷淋水的温度会上升，需要填料进行冷却，因此还需要对填料进行分析。填料可视为板式换热器，与常规的板式换热器相同，仅仅是材料上的区别，因此对填料的导热热阻进行分析：R＝δ/λ

式中：R为填料的导热热阻，δ填料壁厚，λ为填料的导热系数。

查阅相关的物性参数可知，填料的导热系数为0.14℃·m

K

假设K

K

由上市可以看出，只要满足温差分配值(即调节冷却器和空冷器的流量)，便可以极大的减少空冷段的换热系数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。