花瓣狀填料布置的乾濕混合大型冷卻塔、冷卻系統及方法與流程

2023-09-19 05:38:00 3

本發明涉及能源與動力工程領域，尤其涉及花瓣狀填料布置的乾濕混合大型冷卻塔、冷卻系統及方法。

背景技術：

在我國富煤少水的地區，例如內蒙、甘肅、山西、新疆等地。由於這些地區水資源比較匱乏，一般採用空冷火力發電機組。相對於溼冷機組而言，空冷機組一般還要配置小型溼式冷卻塔或機械通風溼式冷卻塔，原因如下：

1、小汽輪機一般採用汽動驅動形式。環境溫度的變化將導致主汽輪機真空降低，如果小汽輪機與主汽輪機共用凝汽器，小汽輪機的功率極易受到環境風的影響，在極限情況下，不足以驅動機組給水泵，使得機組的負荷受到限制；所以小汽輪機一般配備獨立的小型自然通風溼式冷卻塔或機械通風溼式冷卻塔，使得整個系統較為複雜，投資和造價高，增加了維修維護的工作量。

2、電廠裡的轉動機械(主汽輪機、小汽輪機、磨煤機及所有的泵與風機)幾乎都需要溫度合適的冷卻水進行冷卻，防止出現各類軸瓦溫度超高，以至於導致燒瓦事故。空冷機組無法提供溫度合適的冷卻水，因此電廠一般會設計有專門的小型溼冷冷卻塔或機械通風溼式冷卻塔提供冷卻水源。

由上所知，空冷機組設計及建造過程中，一般配備空冷凝汽器和乾式冷卻塔(又叫空冷塔)，外加小型自然通風溼式冷卻塔或機械通風溼式冷卻塔，存在功能相同的部件重複設計、佔地面積大、系統複雜、維修維護工作量大等缺點。

技術實現要素：

本發明第一目的是提供花瓣狀填料布置的乾濕混合大型冷卻塔，該冷卻塔塔筒通過在乾式冷卻塔塔筒內底部設置溼式冷卻區，且乾式冷卻區設置結構不同的第一區和第二區，從第一區和從第二區進入到溼式冷卻區的空氣具有不同的溫度，有助於在溼式冷卻區內形成溫度差，可強化換熱效果，且冷卻區填料為空心且花瓣形狀，大大降低了填料區通風阻力，可節省填料材料，降低投資。

本發明第二目的是提供一種火電廠的冷卻系統，該系統通過上述冷卻塔的設置，可有效提高冷卻系統的冷卻效率內安裝有冷卻塔，所述冷卻塔為所述的花瓣狀填料布置的乾濕混合大型冷卻塔，有效提高冷卻塔的換熱效果。

本發明的第三目的是提供一種提高冷卻塔冷卻效率的方法，該方法通過採用上述的冷卻塔塔筒裝置，有效提高了冷卻塔換熱效率，冷卻效果好，同時節約現有資源。

為了達成上述目的，本發明提供的第一個技術方案：

花瓣狀填料布置的乾濕混合大型冷卻塔，包括冷卻塔塔筒，冷卻塔塔筒底部中心為溼式冷卻區，在溼式冷卻區的四周方向為乾式冷卻區，乾式冷卻區包括各自呈扇形的第一區和第二區，第一區與第二區相互鄰接圍繞溼式冷卻區設置一圈，第二區的周側設有第一冷卻單元及設於第二區進風口處的進風口冷卻單元，第一區的頂部設有第二冷卻單元，空氣進入第一區和/或第二區進行乾式冷卻，在幹區部分，經過第一區的冷空氣只通過頂部的第二冷卻單元進行換熱，經過第二區的冷空氣只通過進風口冷卻單元換熱，保證了幹區部分周向空氣均勻、穩定流動，減小幹區的通風阻力。從第一區進入溼區的空氣不經過換熱，而通過第二區進入溼區的空氣經過進風口冷卻塔單元進行換熱，因此從第一區和從第二區進入到溼式冷卻區的空氣具有不同的溫度，進而在溼式冷卻區內形成溫度差，可有效克服溼區的阻力，增加了溼區的空氣流動驅動力，強化空氣流動，提高了換熱效果，達到降低溼式冷卻區冷卻水溫的目的；

溼式冷卻區中填料是花瓣狀設置的，填料整體呈環形，且填料中部是空心的，即在塔心位置處不布置填料，即在塔心存在填料空心區，大大降低了填料區的通風阻力，在保證冷卻效果的前提下，可節省填料材料，降低投資。

所述溼式冷卻區包括設於冷卻塔塔筒底部的溼式集水池，在溼式集水池的上方設置雨區，在雨區上方設置填料區，在填料區的上方設置配水系統。

上述冷卻塔，在乾式冷卻塔塔筒內部區域設置溼式冷卻區，代替了現有空冷機組系統中原有的小型自然通風溼式冷卻塔塔筒或機械通風溼式冷卻塔的功能，簡化空冷機組的冷卻系統，減少設備投資，形成集成化的乾濕混合冷卻塔系統。

此外，第二區(B區)頂部不設置冷卻單元，這樣可保證幹區部分兩部分空氣流動均勻穩定。經過第一區的空氣通過頂部的第二冷卻單元進行換熱後，向上流出塔外，經過第二區的空氣通過進風口冷卻單元換熱，而後沿著軸向流出塔外，這樣進入幹區的冷空氣均可通過換熱面，可保證通過兩個區域的空氣在幹區部分的受熱均勻。

而造成溼區溫差的原因是：第一區的冷空氣可直接沿著徑向進入溼區，這部分空氣沒有經過幹區的吸熱，溫度低；第二區的空氣是經過幹區的進風口冷卻單元吸熱之後，再沿著徑向進入溼區，這部分空氣溫度高；兩部分空氣在溼區匯合，有溫差，增加了流動驅動力，有效緩解溼區的流動阻力。

所述填料區和雨區直徑為d，集水池直徑為d1，冷卻塔塔筒的底部直徑為D，三個直徑滿足如下關係：d＜d1＜D。

為了得到最優的冷卻效果，所述填料區直徑d＝(0.2-0.5)D，在這範圍內冷卻塔冷卻能力達到最優，具體尺寸需要根據機組情況和電廠所需冷卻水量而確定。

所述溼式冷卻區中填料頂部設置用於遮擋填料中部空心處以及相鄰花瓣狀填料之間空隙的頂部蓋板；

進一步地，填料的外徑為d，內徑為d2，集水池直徑為d1，整個冷卻塔的底部直徑為D，四個直徑滿足如下關係：d2＜d＜d1＜D。

所述填料區的高度在1.0m～2.0m之間，具體尺寸需要根據機組情況和電廠所需冷卻水量而確定，需要冷卻水量越多，填料區的高度越高。

所述雨區的高度與所述第二區第一冷卻單元和進風口冷卻單元的高度相同，均為H，H值需綜合考慮機組具體情況而定。

所述第二區周側的第一冷卻單元由冷卻三角排布設置，冷卻三角設有多個，多個尺寸相同且按照相同的排布方式進行排布，外界冷空氣通過進風口冷卻單元進入到第二區後，分別進入到第二區的左側空間和右側空間，與第二區所有冷卻單元內的水完成熱交換實現冷卻的目的。

所述第一區頂部設有第二冷卻單元，第二冷卻單元水平設置且第二冷卻單元由冷卻三角構成，第一冷卻單元豎直設置，這樣外界冷空氣進入第一區後，有三個方向的流動方向，即左側空間、右側空間及第一區的上部空間。

第一區與第二區冷卻單元布置方式的不同，可保證外界冷風在乾式冷卻區內流動時均流經一組冷卻單元，在一定程度保證了乾式冷卻區內的不同位置處阻力的一致性和風溫的均勻性，從而均衡了幹區內不同位置處的壓差，實現幹區內部的換熱均勻。

本發明提供的第二方案是：

一種火電廠的冷卻系統，該冷卻系統內安裝有冷卻塔，所述冷卻塔為所述的花瓣狀填料布置的乾濕混合大型冷卻塔，有效提高冷卻塔的換熱效果。

本發明提供的第三方案是：

一種提高冷卻塔冷卻效率的方法，採用所述的花瓣狀填料布置的乾濕混合大型冷卻塔。

本發明具有以下優點：

1)本發明通過在乾式冷卻塔塔筒內底部設置溼式冷卻區，代替了現有空冷機組系統中原有的小型自然通風溼式冷卻塔塔筒或機械通風溼式冷卻塔塔筒的功能，簡化空冷機組的冷卻系統，可減少設備投資。

2)本發明通過設置不同結構的第一區和第二區，使得在溼式冷卻區內產生溫度差，強化空氣流動，提高了換熱效果，達到降低溼式冷卻區冷卻水溫的目的。

3)大型機組的冷卻塔直徑大，外界冷風較難進入塔心位置，塔心位置處若設置填料(直徑為d2的圓形空心區)，空氣無法進入填料區的中心位置，無法實現填料的充分利用，因此塔心位置處不布置填料，即在塔心存在填料空心區，大大降低了填料區的通風阻力，在保證冷卻效果的前提下，可節省填料材料，降低投資。

4)填料採取花瓣狀布置後，任意兩部分填料之間存在空隙區，因此流經幹區的空氣可在阻力較小的情況下進入空隙區(圖2中流經區域B的空氣)，然後向左右兩側進入花瓣狀填料區(如圖6所示)，可均勻填料區換熱，提高填料區的傳熱傳質性能，進一步提高溼區的冷卻效率。

附圖說明

圖1乾濕混合冷卻塔塔筒立面圖；

圖2乾濕混合冷卻塔塔筒進風口某高度處橫截面圖(圖1中的C-C視圖)；

圖3圖2中D-D視圖；

圖4圖2中E-E視圖；

圖5頂部蓋板俯視圖；

圖6花瓣狀填料局部布置詳圖；

其中，1冷卻塔塔筒；2第一冷卻單元；3填料區；4進風口冷卻單元；5第二冷卻單元；6溼式集水池；7溼區的空心區；8溼式配水區；9頂部蓋板；10空隙區；11溼式雨區；A第一區；B第二區。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。

實施例1

如圖1和圖2所示，花瓣狀填料布置的乾濕混合大型冷卻塔，冷卻塔塔筒1底部中心為溼式冷卻區，在溼式冷卻區的四周方向為乾式冷卻區，乾式冷卻區包括各自呈扇形的第一區A和第二區B，第一區與第二區相互鄰接圍繞溼式冷卻區設置一圈，第二區的周側設有第一冷卻單元2及設於第二區進風口處的進風口冷卻單元4，第一區A和第二區B共用垂直冷卻單元，空氣進入第一區A和/或第二區B進行乾式冷卻，從第一區A和從第二區B進入到溼式冷卻區的空氣具有不同的溫度，進而在溼式冷卻區內形成溫度差，強化空氣流動，提高了換熱效果，達到降低溼式冷卻區冷卻水溫的目的。

所述溼式冷卻區包括設於冷卻塔塔筒1底部的溼式集水池6，在溼式集水池6的上方設置雨區11，在雨區11上方設置填料區3，在填料區3的上方設置溼式配水區8，填料區3為花瓣狀。

上述冷卻塔，在乾式冷卻塔塔筒內部區域設置溼式冷卻區，代替了現有空冷機組系統中原有的小型自然通風溼式冷卻塔塔筒或機械通風溼式冷卻塔塔筒的功能，簡化空冷機組的冷卻系統，減少設備投資，形成集成化的乾濕混合冷卻塔塔筒。

為了便於溼式冷卻區的冷卻，所述填料區和雨區直徑為d，集水池直徑為d1，冷卻塔塔筒的底部直徑為D，三個直徑滿足如下關係：d＜d1＜D。

為了得到最優的冷卻效果，所述填料區直徑d＝(0.2-0.5)D，具體尺寸需要根據機組情況和電廠所需冷卻水量而確定。

所述填料區3的高度在1.0m～2.0m之間，具體尺寸需要根據機組情況和電廠所需冷卻水量而確定，需要冷卻水量越多，填料區的高度越高，如圖2所示，溼式冷卻區中填料是花瓣狀設置的，且填料中部是空心的，包括填料Ⅰ、填料Ⅱ、填料Ⅲ、填料Ⅳ、填料Ⅴ和填料Ⅵ，六部分填料的體積和形狀相同，任一部分填料的圓心角為40°～50°，對應的兩瓣填料之間的空隙區的夾角為10°～20°，填料的外徑為d，內徑為d2，集水池直徑為d1，整個冷卻塔的底部直徑為D，四個直徑滿足如下關係：d2＜d＜d1＜D。

為保證流經幹區後的冷風全部通過溼區的環形填料部分，在溼區的環形填料區位置增設頂部蓋板9，如圖5所示，防止冷風不經填料而直接從空心區流出塔外。

頂部蓋板9要全部遮擋空心區7和空隙區10，其材質可為玻璃鋼製品或者鋼結構構架。

所述乾濕混合冷卻塔溼區部分的填料採用花瓣狀布置方式，如圖2所示；外界冷風經過幹區吸熱之後，溫度略有升高，然後進入溼區的雨區11、填料區3和配水區8進行進一步的吸熱吸溼，從而降低溼區的水溫，產生滿足電廠要求的冷卻水。

所述雨區11的高度與所述第二區第一冷卻單元2和進風口冷卻單元4的高度相同，均為H，H值需綜合考慮機組具體情況而定。

所述第二區周側的第一冷卻單元由冷卻三角排布設置，冷卻三角設有多個，多個尺寸相同且按照相同的排布方式進行排布，外界冷空氣經過進風口冷卻單元4進入到第二區B後，進入到第二區B的左側空間和右側空間，對第二區冷卻單元內的水進行熱交換實現冷卻的目的。

所述第一區A頂部設有第二冷卻單元5，第二冷卻單元5水平設置，第一冷卻單元2豎直設置，這樣外界冷空氣進入第一區A後，有三個方向的流動方向，即左側空間、右側空間及第一區的上部空間。

第一區與第二區布置方式的不同，可保證外界冷風在乾式冷卻區內自下而上流動時均流經一組冷卻單元，即流經第一區的第二冷卻單元或者第二區的進風口冷卻單元，在一定程度保證了乾式冷卻區內的不同位置處阻力的一致性和風溫的均勻性，從而均衡了幹區內不同位置處的壓差，實現幹區內部的換熱均勻。

實施例2

一種火電廠的冷卻系統，該冷卻系統內安裝有冷卻塔，所述冷卻塔為所述的花瓣狀填料布置的乾濕混合大型冷卻塔，有效提高冷卻塔的換熱效果。

實施例3

一種提高冷卻塔冷卻效率的方法，採用實施例1所述的花瓣狀填料布置的乾濕混合大型冷卻塔。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。