一种冷凝混合耦合加热深度消雾方法与流程

本发明属于收水消雾技术领域，尤其涉及一种冷凝混合耦合加热深度消雾方法。

背景技术：

随工业化推进，全国工业水用量显著增加，已约占全社会总用水量25%，其中80%用于工业冷却，工业冷却水耗量大，循环回用低，水损失高，研究工业冷却节水，重构工业冷却节水工艺，优化冷却用水系统，研发关键冷却节水装备，显著降低冷却水损失，大幅提高工业水效，对显著降低工业耗水量和有效抑制工业羽雾污染具有重要意义。

在化工、冶金等领域，大量湿热空气直接从冷却塔或烟囱中排出。这些排出的湿热空气易凝结形成羽雾，影响周边居民区及交通道路可见度造成环境污染同时还使工厂周围路面湿滑影响检修人员工作。我国是全球水资源最贫乏的国家之一，对于含湿量较大的湿热空气中水分进行回收也符合国家节能降耗政策的要求。

因此，如何从排放蒸汽量较多的冷却塔或烟囱中回收水分同时又能达到深度消雾是目前亟待解决的问题。

公告号cn108800983a的发明专利公开了一种节水型消雾冷却塔。该种节水型消雾冷却塔，包括冷却塔体、集水池、冷却盘管、第一进风口、淋水填料层、布水管路、设第一喷淋头和排风机，布水管路上部固定有换热消雾机构，换热消雾机构底部设置有第二喷淋头；集水池与循环水管连通，循环水管末端设置有第一出水口和第二出水口，第一出水口与布水管路连通，第二出水口与换热消雾机构顶部连通；换热消雾机构与布水管路之间设置有第二进风口。本发明的一种节水型消雾冷却塔，通过换热消雾机构与第二进风口配合，使水蒸气冷凝下落，有效消除了喷淋冷却水蒸发损失，整体结构简单，制造成本低，经济实用。

该技术方案中换热消雾机构包括左侧固定板、右侧固定板、设置于左侧固定板和右侧固定板之间的多个纵向空心连续弯折板、设置于左侧固定板和右侧固定板顶部的两条第一输水管以及设置于左侧固定板和右侧固定板底部的三条第二输水管。所述第一输水管的底部依次与每个纵向空心连续弯折板的顶部连通，所述第二输水管的顶部依次与每个纵向空心连续弯折板的底部连通。所述右侧固定板顶部为空心结构，右侧固定板顶部与循环水管的第二出水口连通。该换热消雾机构的纵向空心连续弯折板结构有利于增大水蒸气冷凝时间，且有效防止水蒸气或凝结成的小水滴在风机作用下被带出冷却塔外部。

但是上述技术方案仍然存在消雾不够彻底的缺陷，无法实现深度消雾。

公告号cn102901397a的发明专利公开一种湿式冷却塔消雾收水装置，该装置设置在冷却塔原收水器以上、风机以下冷却塔风筒下端位置，其集分水室内设置隔板，构成集水室和分水室，上水管连接集水室，集水室连接冷凝通水管一端，冷凝通水管另一端连接回水室上部，回水室下部重新连接冷凝通水管一端，冷凝通水管另一端返回连接集分水室的分水室，构成闭路循环结构，分水室下端连接喷淋管；冷凝通水管与凹凸散热片附着为一体；定位穿管设置于凹凸散热片的上下两端；凹凸散热片内侧凸面上设置阻水片；上水管上端连接积分水室，下端连接加压水泵，进而连接混合水箱，构成消雾收水装置。本发明将饱和湿热雾气冷凝成水，避免了水的蒸发，节约了水资源，避免环境的污染。

但是上述技术方案仍然存在消雾不够彻底的缺陷，无法实现深度消雾。

公告号cn108895857a的发明专利公开一种消雾节水型冷却塔及其节水方法，其冷却塔包括塔体、静电除雾装置和集水槽。静电除雾装置包括除雾单元和配套电源，除雾单元安装在塔体的顶部出口之上，集水槽安装在除雾单元下。当塔体内塔内废气a在顶部出口与塔外冷空气b汇合后被冷却、达水蒸气过饱和状态形成雾后，使用静电除雾装置捕捉废气所形成的雾，使雾被收集在静电除雾装置中除雾单元的阳极上并积成向下流动的液态水，液态水再被收集在集水槽内进行回收利用，从而实现冷却塔节水的目的。本发明利用静电除雾装置进行冷却塔节水，节水效果好，环境污染少。

但是上述技术方案也存在消雾不够彻底的缺陷，无法实现深度消雾。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种冷凝混合耦合加热深度消雾方法，能够对湿热空气中水分进行回收同时达到深度消雾的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种冷凝混合耦合加热深度消雾方法，包括以下步骤：

（1）将湿热空气通入冷凝换热装置的热通道中与进入冷凝换热装置中冷通道的干冷空气进行热量交换，湿热空气温度降低和含湿量减小出现冷凝现象，冷凝水被收集处理，干冷空气温度升高，含湿量不变；

（2）将通过冷凝换热装置换热后的湿热空气与干冷空气在冷热空气混合器中混合，形成的混合空气为未饱和空气；

（3）混合空气再经过混合空气加热器加热使得混合空气状态点进一步原理饱和曲线，达到深度消雾目的，加热后混合气体可排出到大气中。

所述步骤（1）中的冷凝换热装置为间壁式冷凝换热装置，间壁式冷凝换热装置包括两组相对的迷宫型间壁式换热器以及中间部分的v字型干冷空气汇合区；迷宫型间壁式换热器由依次交替排列的迷宫型冷通道和迷宫型热通道构成，迷宫型冷通道内的气体流向为水平设置，迷宫型热通道内的气体流向为垂直设置；干冷空气水平进入冷凝换热装置的迷宫型冷通道内，湿热空气由下至上垂直进入迷宫型热通道内，冷热空气在迷宫型间壁式换热器内进行热量交换，换热后干冷空气进入干冷空气汇合区并向上流动。

迷宫型冷通道及迷宫型热通道统称为换热通道，换热通道均由两块相对的换热板构成，换热板为锯齿形；每两块换热板的峰谷相对照构成一个迷宫型通道，迷宫型通道形成周期性扩张和收缩。

换热板上波峰高度为无滞留高度。

换热板四周设有密封板对换热通道进行密封；每两个相对换热板的密封板上分别设有若干个相互匹配的密封凸起和密封凹槽。

每组构成换热通道的两块换热板中间部分布置有凸起对接头对接。

每块换热板位于迷宫型热通道一侧的表面上涂有亲水性涂层。

每组构成换热通道的两块换热板采用镜像对应形式布置。

每组构成迷宫型冷通道的两块换热板采用平行对应形式布置，每组构成迷宫型热通道的两块换热板采用镜像对应形式布置。

所述步骤（3）中的混合空气加热器位于冷热空气混合器内。

本发明的有益效果：

1.本发明通过利用冷凝换热装置实现湿热空气和干冷空气的热量交换，湿热空气冷凝达到收水效果，干冷空气温度升高。又通过将经过热量交换后的冷热空气进行混合使混合空气状态点处于未饱和区，达到初步消雾，又通过利用加热器对混合空气进行加热使得混合空气状态点进一步远离饱和曲线，达到深度消雾目的。

本发明利用冷空气作为冷却介质成本较低，又通过简单加热确保了消雾可靠性高，整个过程结构简单易于实现。本发明可应用于各领域排放蒸汽的冷却塔或烟囱中，在实现节水同时，可达到深度消雾目的，环保效果显著。

2.本发明中冷凝换热装置选用间壁式冷凝换热装置，间壁式冷凝换热装置包括两组相对的迷宫型间壁式换热器以及中间部分的v字型干冷空气汇合区，可同时实现提高冷热空气换热量，解决湿热空气冷凝水的捕集问题，并防止冷空气流量短路现象发生。

间壁式冷凝换热装置中迷宫型冷通道为周期性扩张和收缩的迷宫型通道，冷空气在迷宫型冷通道中水平流动过程中通流面积不断变化可增加冷空气扰动增大换热系数同时起到平衡阻力作用促进湿热气流与冷气流的阻力平衡，防止冷空气流量短路现象的发生，并且通道为迷宫型也会延长空气流程增加换热时间。

间壁式冷凝换热装置中构成冷热通道的换热热板为迷宫形，其波峰高度为无滞留高度，在起到增强加强空气扰动作用时又不会使冷空气产生滞留。

间壁式冷凝换热装置中每对构成换热通道的换热板由布置在换热板上相对的凸起对接头对接，对换热板起到支撑作用。

间壁式冷凝换热装置中位于热通道两侧的换热板表面涂有亲水性材料涂层，利于对湿热空气冷凝水的捕集。

间壁式冷凝换热装置在其中间部分设有v字型干冷空气汇合区，可使经过迷宫型间壁式换热器的冷空气有一个斜向上分速度，便于换热后冷热空气的混合。

3.本发明中混合空气加热器位于冷热空气混合器内，可直接对混合空气进行加热，使混合空气状态点进一步远离饱和曲线，达到深度消雾目的。

附图说明

附图1为本发明的工艺流程图；

附图2为本发明中间壁式冷凝换热装置的结构示意图；

附图3为图2中单个换热板结构图；

附图4为图2中换热通道结构图；

附图5为图2中换热通道换热板对应形式示意图之一；

附图6为图2中换热通道换热板对应形式示意图之二；

附图7为本发明深度消雾过程的空气焓湿图；

附图8为本发明具体在冷却塔的实施示意图。

图中个部件的附图标记：1-冷却塔；2-填料部；3-喷淋装置；4-收水器；5-迷宫型间壁换热器；6-v字型干冷空气汇合区；7-加热装置；8-风筒；9-风机；10-混合段气室；11-换热板；501-冷通道；502-热通道；503-凸起接头；504-密封凸起；505-密封凹槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，本实施例的一种冷凝混合耦合加热深度消雾方法，包括以下步骤：

（1）将湿热空气通入冷凝换热装置的热通道中与进入冷凝换热装置中冷通道的干冷空气进行热量交换，湿热空气温度降低和含湿量减小出现冷凝现象，冷凝水被收集处理，干冷空气温度升高，含湿量不变；

（2）将通过冷凝换热装置换热后的湿热空气与干冷空气在冷热空气混合器中混合，形成的混合空气为未饱和空气；

（3）混合空气再经过混合空气加热器加热使得混合空气状态点进一步原理饱和曲线，达到深度消雾目的，加热后混合气体可排出到大气中。

所述步骤（1）中的冷凝换热装置为间壁式冷凝换热装置，如图2至图5所示，间壁式冷凝换热装置包括两组相对的迷宫型间壁式换热器5以及中间部分的v字型干冷空气汇合区6。

迷宫型间壁式换热器由依次交替排列的迷宫型冷通道501和迷宫型热通道502构成，迷宫型冷通道501内的气体流向为水平设置，迷宫型热通道502内的气体流向为垂直设置；干冷空气从两侧水平进入迷宫型冷通道501内，湿热空气由下至上垂直进入迷宫型热通道502内，冷热空气在迷宫型间壁式换热器5内进行热量交换，换热后干冷空气进入干冷空气汇合区6。由于v字型干冷空气汇合区6的设置，可使经过换热后干冷空气有一个斜向上的分速度，利于换热后冷热空气的混合。

上述迷宫型冷通道501及迷宫型热通道502统称为换热通道，换热通道均由两块相对的换热板11构成，换热板11为迷宫形；每两块换热板11的峰谷相对照构成一个迷宫型通道，迷宫型通道形成周期性扩张和收缩。

本实施例中，每组成换热通道的两块换热板11采用镜像对应形式的组合形式，如图5所示。其也可以采用如图6所示形式，每组构成迷宫型冷通道501的两块换热板采用平行对应形式布置，每组构成迷宫型热通道502的两块换热板采用镜像对应形式布置。

换热板11四周设有密封板对冷热通道进行密封，迷宫型冷通道501在其上下侧密封封闭，迷宫型热通道502在其左右侧密封封闭，并且每两个相对换热板的密封板上分别设有若干个相互匹配的密封凸起504和密封凹槽505用于密封。

每组构成换热通道的两块换热板中间部分布置有凸起对接头503，两块换热板11的对接头503粘结可对通道起到支撑作用防止通道塌陷。

换热板11的波峰高度为无滞留高度，在起到增强加强空气扰动作用时又不会使冷空气产生滞留，且换热板11材料采用高导热系数轻质材料，利于冷热空气进行换热。同时位于迷宫型热通道两侧的换热板11表面涂有亲水性材料涂层，利于对湿热空气冷凝水的捕集。

冷空气在迷宫型冷通道501中水平流动过程中通流面积不断变化可增加冷空气扰动增大换热系数同时起到平衡阻力作用促进湿热气流与冷气流的阻力平衡，防止冷空气流量短路现象的发生，并且通道为迷宫型也会延长空气流程增加换热时间。

所述步骤（3）中混合空气加热器位于冷热空气混合器内，可直接对混合空气进行加热，使混合空气状态点进一步远离饱和曲线，达到深度消雾目的

本发明通过将冷凝换热混合过程a和加热过程b耦合串联在一起实现对湿热空气的收水和深度冷凝，在冷凝换热混合过程a中，湿热空气冷凝温度和含湿量减小，之后又通过与换热后冷空气混合使得混合空气温度和含湿量都减小到达未饱和区，此时混合空气已可基本达到消雾目的，再通过加热装置对混合空气加热，使得混合空气状态点进一步远离饱和曲线，达到了深度消雾的目的。

以下结合空气焓湿图对本发明的工作原理作进一步说明，附图7为本发明深度消雾过程的空气焓湿图。处于3状态点的湿热空气若直接排出于处于7状态点的外界大气混合，其混合过程线段为3-7，线段3-7会经过过饱和区便会产生羽雾，通过将处于3状态点的湿热空气通入间壁冷凝装置与处于7状态点的外界冷空气进行热量交换，湿热空气温度和含湿量都会减小，其状态点沿饱和曲线下降至状态点4，经过换热的干冷空气则从7状态点被等湿加热沿线段7-8到达8状态点，经过换热后的干冷空气8和湿热空气4会在混合器沿线段4-7混合，混合空气状态点为5，混合空气已处于未饱和状态，其与外界大气的混合线段5-7已经基本不会通过过饱和区，但是为达到更高的消雾可靠性，利用加热装置对处于状态点为5的混合空气进行加热，使得混合空气沿线段5-6被等湿加热至状态点6进一步远离饱和曲线，此时再排出到外界环境中时，其与外界大气的混合线段就变为了线段6-7，线段6-7不会经过过饱和区且斜率更小，所以其消雾可靠性也就更高。

本发明的冷凝混合耦合加热深度消雾方法在实际应用时可具体应用于冷却塔中，可如图8为本发明具体在冷却塔的实施示意图，其进行消雾的步骤如下：

（1）高温循环水由喷水装置3将高温循环冷却水喷洒至填料部2上与从冷却塔1下部进风口进入冷空气进行热质交换，循环冷却水温度降低；经过热质交换后从冷却塔1下方进入的冷空气温度上升，含湿量增加，形成基本饱和的湿热空气；湿热空气经过收水器4时飘零水被捕集，之后继续上升进入冷凝换热装置的迷宫型热通道502内，与从冷却塔两侧进入冷凝换热装置中迷宫型冷通道501的干冷空气进行换热；湿热空气在热通道内降温冷凝，且冷凝水被热通道表面亲水性涂层捕集，干冷空气温度升高；

（2）两侧冷空气在中间v字型干冷空气汇合区6汇合上升，与通过迷宫型热通道502的热空气在混合段气室10内混合，形成的混合空气为未饱和空气；

（3）混合空气通过布置在混合段气室10内的加热器7时被加热，使得混合空气状态点进一步原理饱和曲线，达到深度消雾目的，最后加热后混合气体由风机9排出至大气中。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。