一种环形空气幕屏蔽式冷却塔除雾节水系统的制作方法

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本实用新型涉及冷却塔设备技术领域，尤其涉及一种环形空气幕屏蔽式冷却塔除雾节水系统。


背景技术：

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冷却塔是许多工业生产过程必不可少的装备，它利用空气与循环水的温差或焓差，带走余热，从而对循环水进行降温。湿式冷却塔中空气与喷淋水直接接触，推动热质交换的动力为焓差，换热效率高且造价相对较低，是目前工业企业运用最多的一种冷却塔形式。然而湿式冷却塔在运行过程中大量水蒸发进入大气，一方面耗水量大，另一方面在湿冷季节容易在冷却塔出口处凝结成水雾，造成环境污染与气候不良影响。特别在我国中南部高湿地区，常年空气湿度大，过渡季节与冬季大型工业湿式冷却塔周围都会形成大量白雾笼罩的现象，严重降低周边环境能见度，影响道路交通安全，腐蚀周边金属设施，降低居住环境舒适度，更有甚者引起周边居民恐慌。随着我国社会经济的发展，民众对环境要求越来越高，环保意识也逐渐增强，对工业冷却塔产生的白雾进行制理的需求日益强烈。在发达国家如日本、英国以及我国香港地区都已出台相关政策条例禁止冷却塔白雾的直接排放，我国部分省市环保部门也颁布了关于冷却塔排放的相关管理办法。
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现有冷却塔除雾节水技术及装置的发展主要有三个方向：干湿混合型除雾技术、间接冷凝除雾技术与液滴颗粒捕捉技术。
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（1）干湿混合型除雾技术相对较为成熟，国内外皆有成熟的应用案例。由冷却塔出口成雾机理可知，当出口近饱和热湿空气与外部冷空气接触后，其混合空气所处状态点决定是否成雾。当混合状态点处于过饱和区时将析出雾滴，形成白雾；当混合状态点处于不饱和区或饱和线上时，则不会析出雾滴。干湿混合型除雾技术利用干式冷却将冷空气加热为干热空气，然后将干热空气与湿式冷却产生的湿热空气混合后达到某一空气状态点，使冷却塔出口空气遇到冷空气时不析出雾滴。
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（2）间接冷凝除雾，其技术原理是利用室外冷空气（或额外冷源）通过非接触式换热（间壁式换热，一般采用板翅式气-气换热器），将填料出口的热湿空气降温凝结，降温除湿后的冷却塔出口空气排出塔外，与塔外冷空气相遇，显著降低成雾量。但空气-空气换热器的换热效率低，实现对热湿空气的冷却需要板翅式换热器面积大，因此初投资较高，同时体型结构庞大。
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（3）液滴颗粒捕捉技术是近年来发展的一个重要方向，其中高压静电液滴颗粒捕集技术是目前该技术领域最为先进的技术之一，该技术在烟囱（冷却塔）上方，安装外观酷似铁笼子的除雾屏风，巧妙利用大气自然冷却能力，将水蒸气冷凝为液滴。但该技术施工难度大，总投资成本较高，此外需要设置高电压，虽然外部无触电风险，但在外界风力、冰雹、大雪天气下易发生系统故障，在大中型冷却塔中应用仍然存在安全隐患。目前该技术在空气净化产品中（即静电除尘装置）的应用较为普遍，技术也相对成熟。但暂时没有在冷却塔，特别是大中型冷却塔除雾的工程应用案例，其技术效果有待进一步验证。
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综上所述，干湿混合型除雾技术是目前最为可靠的方案，然而该技术方案在我国中南高湿地区却有着极大的限制，其原因归结为以下两点：一、低温高湿环境下，保障“不析出雾滴”所需要的干热空气量极大，如冬季5℃，80%相对湿度环境下，要保证冷却塔出口无雾滴析出，需要的风量可达冷却塔风量的40-60%左右，其换热结构的庞大体积与高投资成本堪比再造一台冷却塔；二、干湿混合型冷却塔其混合均匀性是决定是否成雾的关键，当混合不均匀时，冷却塔出口依然会有部分成雾。为保证混合的均匀性，大容积的混合腔或混流装置必不可少，这将导致冷却塔整体体型庞大，造价进一步升高。
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因此，针对我国中南高湿地区气候环境特点，研发一种适用性强、便于改造且低成本的湿式冷却塔除雾节水装置是当前面临的重要问题。


技术实现要素：

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本实用新型目的在于提供一种适用于中南高湿地区工业冷却塔除雾节水系统，利用干热空气幕屏蔽效应隔绝冷却塔出口高温高湿空气与塔外冷空气的直接接触，缓解冷却塔出口的大量成雾，同时利用压缩式制冷增强塔口高温高湿空气凝结效率，增强凝结水量的回收，达到节水目的。
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本实用新型采用的技术方案如下：一种环形空气幕屏蔽式冷却塔除雾节水系统，包括湿式冷却塔，所述湿式冷却塔包括塔体，塔体内部由下至上依次排布了贮水池、填料层、布水器、收水器、轴流引风机及塔口，贮水池与冷却水回水管连接，塔体的中部侧壁上设置有进风口；
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还包括位于湿式冷却塔上方的环形屏蔽除雾装置，所述环形屏蔽除雾装置包括围绕塔口呈环形布置的装置外壳，在装置外壳内部由下至上依次设有压缩机、翅片管换热器、冷凝器、轴流式风机以及顶部出风口处的导流叶片，翅片管换热器下方的装置外壳上设有引风口；
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所述环形屏蔽除雾装置外部设有高温供水管、蒸发器，所述高温供水管与设置在装置外壳外的环形供水干管连通，环形供水干管上连接有若干供水支管，供水支管与翅片管换热器入口连接，翅片管换热器出口连接有集水支管，所述集水支管汇集连接到环形集水干管，所述环形集水干管与湿式冷却塔内部的布水器连接，所述蒸发器设置在塔口处，所述压缩机出口通过制冷剂管道与冷凝器连接，冷凝器出口通过制冷剂管道与膨胀阀连接，膨胀阀出口连接蒸发器，蒸发器出口通过制冷剂管道与压缩机入口连接。
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进一步地，所述蒸发器、冷凝器均采用翅片管换热器。
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进一步地，所述蒸发器的翅片方向与冷却塔出口气流方向呈现>45
°
角设置，或采用波纹型翅片。
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进一步地，所述导流叶片设置为活动式，可根据实际情况调节送风角度。
[0016]
进一步地，所述制冷剂管道包覆有保温材料。
[0017]
进一步地，代替将所述蒸发器设置在塔口处，所述蒸发器放置在布水器与轴流引风机之间。
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进一步地，所述环形屏蔽除雾装置沿圆周方向划分为若干个除雾模块，每个除雾模块单独连接一根供水支管，单独设置一台轴流式风机。
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进一步地，所述压缩机为分布式压缩机，每个除雾模块内单独设置一台，或者是集
中式压缩机，各除雾模块共用一台压缩机。
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本实用新型的有益效果如下：
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利用高温冷却水供水，通过翅片管换热器对冷空气进行预热，同时以间壁式冷却方式降低冷却水供水温度；
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利用压缩式制冷的冷凝器进一步加热空气，通过双级加热过程可将塔外冷空气温度提升10-20℃；
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利用环形排布的除雾装置形成干热空气幕，可在一定高度范围内将湿式冷却塔出口的高温高湿空气与塔外冷空气屏蔽，有效避免直接接触所导致的成雾；
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高空区域自然风、干热空气与高温高湿空气逐渐充分混合，此时混合空气中冷空气量远大于干热空气与高温高湿空气，利用冷空气中未饱和度可充分吸纳水蒸气，避免二次成雾与雾滴沉降；
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利用蒸发器所产生的低温条件增强塔口的高温高湿空气凝结，降低直接排出塔外的水蒸气量，实现节水效果；
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夏季极端高温天气下，利用环形除雾装置内的翅片管换热器可额外增加一部分干冷换热效果，增强冷却塔的总体冷却效果。
附图说明
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图1是本实用新型的整体结构示意图。
[0028]
图2是本实用新型的环形屏蔽除雾装置的结构示意图。
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图3是本实用新型的环形屏蔽除雾装置的平面结构俯视图。
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图4是本实用新型的蒸发器与冷凝器的平面构造示意图。
具体实施方式
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为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。
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如图1-图4所示，本实施例的一种环形空气幕屏蔽式冷却塔除雾节水系统，包括湿式冷却塔，所述湿式冷却塔包括塔体1，塔体1内部由下至上依次排布了贮水池2、填料层3、布水器4、收水器5、轴流引风机6及塔口7，贮水池2与冷却水回水管21连接，塔体1的中部侧壁上设置有进风口。
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该系统还包括位于湿式冷却塔上方的环形屏蔽除雾装置，所述环形屏蔽除雾装置包括围绕塔口7呈环形布置的装置外壳8，在装置外壳8内部由下至上依次设有压缩机9、翅片管换热器10、冷凝器11、轴流式风机12以及顶部出风口处的导流叶片13，所述环形屏蔽除雾装置的顶部出风口高于塔口7，导流叶片13设置为活动式，可根据实际情况调节送风角度。翅片管换热器10下方的装置外壳8上设有引风口。整套环形屏蔽除雾装置分为若干模块并围绕塔口7呈环形布置。
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所述环形屏蔽除雾装置外部设有高温供水管16、蒸发器14，所述高温供水管16与设置在装置外壳8外的环形供水干管17连通，环形供水干管17上连接有若干供水支管18，供水支管18与翅片管换热器10入口连接，翅片管换热器10出口连接有集水支管19，所述集水支管19汇集连接到环形集水干管20，所述环形集水干管20与湿式冷却塔内部的布水器4连
接，所述布水器4喷淋高温冷却水至填料层3，高温冷却水与空气充分热湿交换后实现降温形成低温冷却水并汇集到贮水池2中，贮水池2与冷却水回水管21连接，排出系统。
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所述蒸发器14设置在塔口7处，所述压缩机9出口通过制冷剂管道22与冷凝器11连接，制冷剂管道22包覆有保温材料，冷凝器11出口通过制冷剂管道与膨胀阀15连接，膨胀阀出口连接蒸发器14，蒸发器出口通过制冷剂管道与压缩机9入口连接，实现一套压缩制冷循环。代替将所述蒸发器14设置在塔口7处，所述蒸发器14放置在布水器4与轴流引风机6之间，此时可替代收水器5。
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所述蒸发器14、冷凝器11均采用翅片管换热器，所述蒸发器14的翅片方向与冷却塔出口气流方向呈现>45
°
角设置，或采用波纹型翅片，使其兼具凝水和收水的作用。
[0037]
每个除雾模块单独连接一根供水支管18，单独设置一台轴流式风机12。所述压缩机9为分布式压缩机，每个除雾模块内单独设置一台，或者是集中式压缩机，各除雾模块共用一台压缩机。
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结合图1、图2，进一步阐述系统的运行原理。中南地区高湿的环境特点，导致春季、秋季及冬季空气温度低/湿度高，常规工业冷却塔在此时运行将不可避免产生大量白雾。本实用新型综合利用屏蔽效益、热泵原理及凝结水回收技术可实现低成本的环节成雾、节约耗水的效果。低温高湿空气经过引风口，进入湿式冷却塔内部与填料层3，低温高湿空气与高温热水充分热湿交换后，一方面将高温冷却水冷却成低温水；另一方面使空气焓值增大形成高温高湿饱和湿空气。高温高湿饱和湿空气流经收水器5，后去除夹杂在气流中的水滴，通过轴流引风机6排向塔口7。高温高湿饱和湿空气流经塔口7上部布置的冷凝器11后，被降温，部分水蒸气凝结成为液滴，通过蒸发器翅片角度/形状的收水效果，使液滴在翅片表面滞留，从而降低排出塔外的水蒸气量，同时回收部分冷凝水；同时高温高湿饱和湿空气转变为中温高湿饱和湿空气。
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与此同时，塔外低温高湿冷空气，流经环形除雾装置的引风口，进入翅片管换热器10，翅片管换热器内流通高温冷却水，冷空气与高温冷却水在翅片管换热器10内完成显热交换，一方面预热冷空气，使之成为中温低相对湿度的干燥空气；另一方面降低冷却水温度。中温干燥空气再流经冷凝器11，进一步加热，形成高温干燥空气，通过导流叶片13排出除雾装置。由于除雾装置模块围绕塔口7呈环形布置，高温干燥空气在塔口7周围形成环形空气幕。
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最后，中温高湿饱和湿空气排出湿式冷却塔外，被环形高温干燥空气幕包覆在内。二者在冷却塔上方逐步混合，在一定高度范围根据出流风速可实现15-50米范围内内将湿式冷却塔出口的高温高湿空气与塔外冷空气屏蔽，有效避免直接接触所导致的成雾；同时，在高空区域自然风、干热空气与高温高湿空气逐渐充分混合，此时混合空气中冷空气量远大于干热空气与高温高湿空气，利用冷空气中未饱和度可充分吸纳水蒸气，避免二次成雾与雾滴沉降。
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在前述说明书与相关附图中存在的教导的帮助下，本实用新型所属领域的技术人员将会想到本实用新型的许多修改和其它实施方案。因此，要理解的是，本实用新型不限于公开的具体实施方案，修改和其它实施方案被认为包括在所附权利要求的范围内。尽管本文中使用了特定术语，它们仅以一般和描述性意义使用，而不用于限制。