環形填料布置的乾濕混合大型冷卻塔及火電廠冷卻系統的製作方法

2023-10-23 02:22:32 1

本發明涉及能源與動力工程領域，具體的說，是涉及環形填料布置的乾濕混合大型冷卻塔及火電廠冷卻系統。

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。

綜上所述，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：

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供環形填料布置的乾濕混合大型冷卻塔。本發明通過設計全新的結構，在乾式冷卻塔內部區域設置溼式冷卻單元，替代空冷機組系統中原有的小型自然通風溼式冷卻塔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。

為了達成上述目的，本發明採用如下技術方案

環形填料布置的乾濕混合大型冷卻塔，包括冷卻塔塔筒，

所述冷卻塔塔筒的下方的由外之內依次設置有幹區進風口冷卻單元、幹區塔內垂直冷卻單元、溼區填料區及溼區空心區；

所述幹區塔內垂直冷卻單元的上部設置有幹區塔內水平冷卻單元；

其中，所述溼區空心區的頂部具有蓋板，溼區中心區的底部為溼式集水池。

優選的，幹區進風口冷卻單元為間隔設置，相鄰兩個幹區進風口冷卻單元之間的區域沒有設置幹區進風口冷卻單元；

使得冷卻塔內的幹區從軸向方向看去成為未設置幹區進風口冷卻單元的A區及設置了幹區進風口冷卻單元的B區。(即A區有兩側的垂直冷卻單元和頂部的水平冷卻單元，B區有兩側的垂直冷卻單元和進風口冷卻單元，A區和B區共用垂直冷卻單元)。

優選的，相鄰的A區和B區，其所對應的圓心角及自身弧長均相同。

優選的，所述幹區塔內水平冷卻單元僅設置於A區上方，B區上方未設置。

優選的，溼區填料區和配水區均為環形。

優選的，所述溼區填料區的外徑為d，內徑為d2，溼式集水池的直徑為d1，冷卻塔塔筒底部直徑為D，其中d2＜d＜d1＜D。

優選的，所述d＝(0.2-0.5)D。

優選的，冷卻塔塔筒中雨區的高度與幹區進風口冷卻單元的高度相同。

優選的，所述d2＝(0.2-0.5)d。

在提供上述冷卻塔方案的同時，本發明還提供了一種火電廠冷卻系統，該火電廠冷卻系統內安裝有上述的冷卻塔。

本發明的有益效果是:

(1)溼區部分填料是環形布置，填料中間設置了空心區，空心區的存在降低了雨區的通風阻力，在保證冷卻效果的前提下，可節省填料材料，降低投資。

(2)從A區和B區進入溼區的空氣具有不同的溫度，進而在雨區形成溫度差，強化了溼區內的空氣流動，增強了溼區的換熱效果，可以降低溼區冷卻水溫。

(3)A區上方設置了水平冷卻單元，B區進口設置了進風口冷卻單元，使得從A區和/或B區進入幹區的外界冷空氣均經過一組冷卻單元，保證了幹區內的通風均勻，強化了幹區的換熱效果。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是圖1中的C-C向視圖；

圖3圖2中D-D視圖；

圖4圖2中E-E視圖；

其中，1冷卻塔塔筒；2幹區塔內垂直冷卻單元；3填料區；4幹區進風口冷卻單元；5幹區塔內水平冷卻單元；6蓋板；7空心區；8溼式集水池；9配水區；10雨區。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明進行詳細說明。

實施例1：環形填料布置的乾濕混合大型冷卻塔，冷卻塔包括幹區和溼區兩部分。

如圖1所述，幹區內設置有多個冷卻單元，冷卻單元按照水平方向和垂直方向分別布置在幹區的不同位置處。具體來說，豎直設置的冷卻單元為幹區塔內垂直冷卻單元2，水平設置的冷卻單元為幹區塔內水平冷卻單元5，在冷卻塔塔筒1底部周圈設置的冷卻單元為幹區進風口冷卻單元4。

溼區包括配水區9、填料區3、空心區7、雨區10和溼式集水池8。

幹區的進風口高度H(圖1所示)參考空冷塔的設計規程，具體高度由機組容量計算確定。

如圖2所示，幹區可以分為兩個基本區域，分別為A區和B區，A區和B區均為多個，其幾何尺寸相同，A區和B區等距離交錯布置，A區和B區內均設置有不同的冷卻單元，形成冷卻機構，而每一個冷卻機構均由等尺寸的冷卻單元按照相同排布方式安裝。

在圖2所示的A區中，進風口位置不布置冷卻單元，在A區的上部和兩側均布置冷卻單元；外界冷空氣進入塔內A區之後，按照圖3所示的三個方向流動，流經A區的左側空間、右側空間及上部空間。

在A區中，外界冷風分別與位於A區左側(圖3中的幹區塔內垂直冷卻單元2)、右側(圖3中的幹區塔內垂直冷卻單元2)及上部空間(圖1和圖3中所示的幹區塔內水平冷卻單元5)完成熱交換，從而實現降低冷卻單元內水溫的目的。

在圖2所述的B區中，冷卻單元分別布置在進風口，以及B區的左右兩側，而B區的上部空間並不布置幹區塔內水平冷卻單元5；則外界冷空氣進入塔內B區之後，按照圖4所示的三個方向流動，即左側空間、右側空間及上部空間。

在B區中，外界冷風分別與位於B區左側(圖4中的幹區塔內垂直冷卻單元2)、右側(圖4中幹區塔內垂直冷卻單元2)及進風口位置(圖1、圖2和圖4中所示幹區進風口冷卻單元)完成熱交換，從而實現降低冷卻單元內水溫的目的。

A區和B區共用垂直冷卻單元，A區和B區中冷卻單元的布置方式，可保證外界冷風進入幹區後自下而上流動時均流經一組冷卻單元(在A區經過水平冷卻單元，在B區經過進風口冷卻單元)，在一定程度保證了幹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。

所述乾濕混合冷卻塔的溼區構造與普通的自然通風逆流溼式冷卻塔類似，最大的不同之處：該乾濕混合冷卻塔的溼區部分填料和配水是環形布置，成為環形結構的填料區3，填料區3中間存在一個空心區7。

令填料區3的外徑為d，內徑為d2(即空心區7的外徑)，集水池直徑為d1，整個冷卻塔的底部直徑為D，則四個直徑滿足如下關係：d2＜d＜d1＜D。

其中，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。

空心區7滿足d2＝(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。

溼區的填料高度介於1.25m到2.0m之間，具體高度需要根據機組情況和電廠所需冷卻水量而確定。

為保證流經幹區後的空氣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6，防止冷風不經填料區和配水區而直接流出塔外。

溼區頂部蓋板6直徑為d2，應全部覆蓋空心區7，材質為鋼結構或玻璃鋼製品。

所述乾濕混合冷卻塔溼區部分的填料採用環形布置方式；外界冷風經過幹區吸熱之後，溫度升高，然後進入溼區的雨區、填料區和配水區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。

所述混合冷卻塔溼區中雨區的高度與幹區進風口冷卻單元的高度相同，均為H，H值須滿足電力設計行業冷卻系統設計規範的基本要求，綜合考慮機組具體情況而定。

溼區中，從A區進入雨區的空氣和從B區進入雨區的空氣，具有不同的溫度(如圖2所示)，從而在雨區形成溫度差，增加了雨區氣流的驅動力，可在一定程度上強化雨區的空氣流動，達到降低溼區冷卻水溫的目的。

溼區填料採取環形布置的優勢：

(1)大型機組的冷卻塔直徑大，外界冷風較難進入塔心位置，塔心位置處填料(直徑為d2的圓形空心區7，圖1所示)的冷卻效率低，無法實現填料的充分利用，因此塔心位置處不布置填料，可有效降低溼區的通風阻力，提高換熱效果。

(2)在溼區的塔心存在填料空心區7，在保證冷卻效果的前提下，可節省填料材料，降低投資。

實施例2：一種火電廠冷卻系統，該火電廠冷卻系統內安裝有冷卻塔，其中，所述冷卻塔為實施例1中所記載的乾濕混合大型冷卻塔。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和特點相一致的最寬的範圍。