专利名称：混流式喷雾推进通风冷却塔的制作方法
技术领域：
本发明是一种新型冷却塔。冷却塔是以其内空气为冷却介 质，用低压液力驱动喷雾推进雾化装置进行喷雾抽风和喷头喷雾，实现对循 环热水的冷却。属于介质直接接触而不起化学反应的热交换设备类(F28C)。
(二)
背景技术：
现有冷却塔有机力通风式填料塔，喷雾通风冷却塔和自然通风双曲线冷却
塔几大类，无论哪类，其降温原理均是用冷风与热水进行热交换，使空气增热
增湿带走热量而使热水降温。根据这一原理，冷却塔降温满足下述热平衡方程
Cw(twl-tw2)=入(r(X2-Xi)+Cp(ta2-ta1))
或 Atw=A(600Ax+O.24Ata) (1)
式中
twi-进塔水温t; tw2-出塔水温t:; tal-进塔空气干球温度"C; ta2-出塔空气湿球温度。C; Xi-进^气的绝对，量Kg(wyKg(A);
X2—出塔空气的绝对含湿量Kg(w)/ Kg(A); Cw-水的比热KJ/Kg."C;
入-空气和水的气水比Kg(A)/K^W); r-水的汽化潜瓶取2508KJ/Kg
Atw—水M^; Ate"进出^^气的T^m^ Ax—进出i^^盼^t差。
一般可以认为，流出塔的空气为饱和空气。按国标规定，当环境条为大气千 ，度31.5t:,湿^^温度28r时，要求，塔将37t:的热水降至32t:，降温5r。 按此标准，根据湿空气的維量表和上述(l)式，便可算出冷却塔水温降与气水比 和出塔风温的关系曲线，见图6。由于大气湿，度28"C时，干^度通常为34 。C，而不是31.510，所以图6中取干球温度为34"C。査图6曲缘为获得国际规 定水温降指标，要求冷却塔的气水比不小于0.80，出塔M^接近34t:，即是说，不 仅要求冷却塔风量要大，且出风要热。现行冷却塔风机为了节能设i汽水比在 0.65~1.0范围内，风压约在50^100Pa^难以达上述指疾其原因如下
①风具有向阻力小区域流动的特性。在填料塔中，风会自动流向填料间隙 大且无水空间。喷雾塔中风会绕开水雾流动。②填料、水帘和水雾流存在巨大 的风阻。现行填料塔通常装设2 3层填料，在未发生堵塞的情况下，每层填料 的风阻至少在30pa以上，即现行冷却塔风机设计风压仅为50 100pa。
根据风机功率公式N=QAP (2)
式中:N-风机功率;Q-运行中风机风量；AP-设计RE;
见公式(2)，当风机功率N给定时，由于运行中冷却塔存在风阻，因此造成实 际运行风量Q比设计风量下降，例如风机设计风压AP为100pa，填料阻力R 为50 pa^运行中风机风量Q减少一半。因此常见冷却塔风量难以达到设计要求。图7,是现有冷却塔风机功率与风量、风压关系曲线。现行冷却塔空塔设计风速 1.5m/s，而塔内水滴和下帘的自由沉降速度均在6m/s以上，造成大量回流下沉
风。塔内有填料，风阻大，风量下降；而无填料塔气水传质效果变差，这是现行 冷却塔难调和的矛盾。
③气水对流形式对出塔风温的影响。气水间有如下三种对流形式
A.顺流(空气与水雾流动方向相同)顺流风阻小，出塔风温小于等于出塔 水温。例如；出塔水温为32*C，出塔风温小于等于32*0,显然此种状态不利 于提高出塔风温。但有利于减小风压，提高风量。B.逆流(空气与水雾流动方 向相反)逆流风阻大，出塔风温小于等于进塔水温。例如；进塔水温为37 °C,则出塔风温小于等于37"C，显然此种状态有利于提高出塔风温。但要求 风机有较高风压。C.横流情况介于上两者之间。
中国发明专利申请 <下喷式喷雾推进通风冷却塔和射流冷风机' (200710050740.6)，在总结喷雾鹏通风冷却塔实践的基础上提出了以顺流喷 雾方式降低风机风压和提高风量的设计概念，但未提出提高风温的设计概念， 且冷却塔中布水、导风等不完善，同时也无对水质处理、减小堵塞的措施。
发明内容
本发明提供的混流式喷雾推进通风冷却塔，就是解决上述专利申请 <下喷 式喷雾推进通风冷却塔和射流冷风机'设计不完善之处，如出塔风温的提高、 布水、导风的优化布置以及减小水堵塞等。其技术方案如下
混流式喷雾推进通风冷却塔，包括塔体17、进风口和出风口、塔体底部 为与出水管14相连的积水盘11，其特征是
(A) 塔体17内由上至下顺次装设喷雾tK雾皿置2、喷流集水盘3和它的 底盘固定的至少两根流水管5、筛网风筒16;在筛网风筒外周，流水管5下方装与 塔壁间密封的淋水筛板7，淋水筛板下方至少设一层与筛网风筒16和塔壁均密 封的淋水筛网8;最下一层淋水筛网8下方和筛网风筒16下端外周处塔壁开百 叶窗出风口 10;最下一层淋水筛网8下端轴向伸在积水盘11上方百叶窗10 的中间位置；
(B) 进风口设在塔顶进风筒1处，其内的喷雾 雾皿置2内设周向至少 两个下喷旋转喷头2.2和喷头上方的周向至少设两支向下抽风的旋转叶片2山喷 雾鹏雾條置下方迸水管12a舰端装固液分离器4，再iMM水管12与塔外 进水管13魏；
(C) 固液分离器4置于喷^^水盘3下方，在固液分离器4的旋流室4.1上装 设至少三支通入旋流室进水的旋流雾化喷头6;圆柱状或圆柱扩张型筛网风筒16 装在旋流雾化喷头外周，且旋流雾化喷头6轴向正位于筛网风筒16入口截面上。上述喷雾推进雾化装置2(以下简述为喷雾装置2)采用中国发明专利 <外旋式喷 雾概抽风装置，(专利号誦112630.》型式的鹏糊(改进之处在实施例中 详述)。上述旋流雾化喷头6(以下简述为喷头6)采用喷雾装置2中的下喷旋转 喷头2.2，即上述'外旋式喷雾^t抽风装置，专利(ZL00112630JC)中图5所示。 上述其余构件在后面实施例中结合附图详细描述。
本发明有益效果
i冷却塔采用了合理的气水对流形式，用顺流、横流和逆流的混流形式， 提高了出塔风温，进而优化降温效果。冷风由塔顶进入，首先以从上至下以的 顺流形式与喷雾流进行热交换，下部流出筛网风筒的空气与下落水滴又以横向 和逆向方式再次进行热交换，最后从百叶窗排出塔外,因此塔内不存在涡流区， 也没有短路风。依据100T/h的单元冷却塔初步运行试验表明，当大气千球温 度为20t:,湿球温度为18X:时，进塔水温29*€，出塔水温25"C，温降(C，大 大优于传统冷却塔的降温效果。
ii. 设置固液分离器4，防止悬浮颗粒和杂物进入水喷头，减少喷头、筛板 和筛网的堵塞。
iii. 本发明采用如下设计,获得大风量、高气水比①采用工作于液悬浮状 态，且经长期优化的喷雾装置2，自身能产生大的风量(见工作过程)，且叶片采用 向下抽风与喷雾流同向，喷雾流产生的引射真空使叶片处于低背压工作状态, 增大风量。②在筛网风筒入口截面处设旋流雾化喷头6，再次引射，进一步降低 了叶片的负载背压，增大风量。③塔内无堵泉风道阻力小。实验证明，当喷水 流量为100T/h，喷压力为0.12MPa时，出塔风量为8X1-]V^气水比达0.8。
iv. 现行冷却塔的空塔风速设计在1.5m/S左右，本发明塔内风速按4 m/s 设计；筛网风筒横截面占塔体比例为0.484.52，筛网风筒内风速高达7m/s左 右；由于气水传质系数与风速的0，5次方成正比，故高风速强化了传质效果。 此外塔内气水间是在雾状或滴状下传热传质，其传质系数增大。
v. 旋转叶片用顺流工作，降低了风压；且工作水压从(U5MPa降至 0.08^0.12MPa大大节省了水泵功率；同时使塔内叶片、淋水噪音大幅降低。
vi ^^g2翻了液悬^^^效率、可靠^S^驗_^^单鹏。 vii.采用塔顶进风，解决了塔顶出风的难以克服的飘水问题，也无需在塔 顶出口加除雾器。
图l混流式喷雾推进通风冷却塔结构图2喷雾装置2结构图(见'外旋式喷雾,抽风装置'专利中图9，将叶 片改为下抽风便与图2机型相同)； 图3旋流雾化喷头6剖视图；图4固液分离器4正剖视图； 图5图4A-A剖视图6冷却塔水温降与气水比和出塔风温的关系曲线<按国标规定环境条 件，湿空气含湿量表和本文公式(l)确定的曲线>; 图7现有冷却塔风机功率与风量和风压关系曲线。 具体实施例方式
实施例l:见图1 图5
见图l，混流式喷雾推进通风冷却塔，总体结构及布置用如下(AXB)(CXD)(E) 描述
(A) 塔体17内由上至下顺次装设喷雾,雾化装置2、 集水盘3和它的 底盘固定的三根流水管5、筛网风筒16。在筛网风筒16外周，流水管5下方装 与塔壁间密封的淋水筛板7，淋水筛板7下设一层与筛网风筒16和塔壁均密封 的淋水筛网8;淋水筛网8下方和筛网风筒16下端外周处塔壁开百叶窗出风口 10。淋水筛网8下端轴向伸在积水盘11上方百叶窗10的中间位置。塔体底部 为与出水管14相连的积水盘11。三根流水管5横向伸至淋水筛板7的上方。 在淋水筛板7和淋水筛网8间的塔壁处可设风斗9。
(B) 进风口设在塔顶进风筒1处，其内的喷雾繊雾^^置2内设周向四个 下喷旋转喷头2.2和喷头上方的周向四支向下抽风的旋转叶片2.1;喷,进雾化 装置2下方进水管12a端装固液分离器4,再由进水管12与塔外进水管13连通。
(C) 固液分离器4置于喷雾集水盘3下方，在固液分离器4的旋流室4.1上装 设至少三支通入旋流室进水的旋流雾化喷头6;圆ttT张型筛网风筒16M旋流 雾化喷头6外周，且喷头6轴向正位于筛网风筒16入口截面上；
(D) 塔顶为冷风进风道A;喷流^K盘3和淋水筛板7间空间圆锥面为进风道 B;筛网风筒16上端为进风道C;下端出风道D;百叶窗出风道E，设计中保 证B,C,D，E均大于A。
(E) 塔体横截面的选择按风速按4m/s设计；筛网风筒16横截面积占塔体 横截面的比例可选为0.48~0.52。
见图2,喷雾装置2内设有空心旋转水室2.3和外表面周向装四个下喷旋转 喷头2.2(见图3)，在喷头上方旋转水室外周固定四支向下抽风的旋转风叶2.1; 中心设有与旋转水室和雾化喷头水路连通的静止进液机构2.4(包含静止中轴水 管2.朴、进水安装法兰2.4a等)，静止进液机构与外圆周旋转水室间装上、下水 轴承2.5;并开上、下径向水孔2.6;上、下摩擦环2.7及上压盖2.8;进水安装法 兰2.4a与进水管12a的法兰连接。
本发明采用的喷雾装置2与中国专利'外旋式喷雾推进抽风装置，实施例l有如下不同和改进①喷头2.2为下喷。②叶片2.1为向下抽风。③旋转水室2.3 上端面积S2大于下端面面积Sl ，其面积差产生的静压升力,正好等于工作状态 的喷雾反推力加上转动部分重量，因此旋转水室2.3处于轴向悬浮状;fe同, 设径向流水孔2.6，经径向流水孔产生的静压力，使水轴承处于径向悬浮状态，使 装置2具有转动摩擦力小，寿命长，运行可靠。 静止的中轴水管2.4由圆柱形 改为下大上小的台阶形，由此减小流阻降低水压。
见图3，旋流雾化喷头6采用与喷雾装置2内的相同的下喷旋转雾化喷头 2.2，即外引射式旋转雾化喷头，其结构如下收敛--扩张型水喷嘴6.2外放置 至少1个开有进气孔6.5的圆柱形或圆锥形薄壁引射套6.4，在其外装有锥形 内孔的进气整流锥6.3，并将此组件固定于开孔的薄壁球形水室6.1下部，球 形水室通过切向水管6.6与固液分离器4水路连通。
见图4，图5，固液分离器4如下组成圆柱形水室4.1上、下端面分别固 定出水管4,3和进水管4.4，分别与上方进水管12a和下方中心进水管12连通; 在水室4.1内设变向切流弯头4，2，在下端面设排污阀4.5，圆柱形水室4.1侧 壁开孔与切向水管6.6连通，给喷头6提供压力进水。压力热水从4.4进入水 室4.1，经变向切流弯头4.2变成沿水室外圆切向流动的旋流，在旋流离心力 作用下，重的悬浮物集中在水室中下部，经排污阀4.5排放，清水由出水管43 送入进水管12A或由水室侧面流入喷头切向水管6.6。
本发明工作过程来自塔外热水泵的压力水经进水管13进入塔体内中心 进水管12，流入固液分离器4，经固液分离后，悬浮杂物被排除，清水的小部 分流经喷头6以雾状形式向下喷出6a;清水的大部分经迸水管12a迸入喷雾 装置2，在其内经周向多支麟喷头2.2以魏形式喷射出后，在喷雾流推动下, 旋转叶片2.1也随同旋转，由此喷雾量增大又反过来皿两者旋转加速，相互促 逃使喷雾驢获得大喷雾量和大抽风量；下 雾流Q2大部分被收驗喷流集 水盘3，并通辻流水管5流入淋水筛板7中配水后以滴状落入淋水筛网8上水滴 经淋水筛网総和细脂，以滴状形式Q8自由下落。同时，冷风Ql从綱进风 筒1进入首先与喷雾流Q2进行热质交爽热水笫一次降錄冷风第一，热增 湿后在叶片压力和下喷歉流抽力的双重作用下，流入筛网风筒16，在筛网风筒内， 空气使下喷雾流Q6和风筒筛网上的流动液膜同时被^P，冷风第二次被增热增湿 后空气为Q16横向流出筛网风筒，与上述自由下落水滴Q8以横向加逆向方式继续 进行热质交瓶再度，，冷却后的水落入积水盘11，最后通过出水管14和, 至用户。热风由该处百叶窗口 15排出。
权利要求
1.混流式喷雾推进通风冷却塔，包括塔体(17)、进风口和出风口、塔体底部为与出水管(14)相连的积水盘(11)，其特征是(A)塔体(17)内由上至下顺次装设喷雾推进雾化装置(2)、喷流集水盘(3)和它底盘固定的至少两根流水管(5)、筛网风筒(16)；在筛网风筒外周，流水管下方装与塔壁间密封的淋水筛板(7)，淋水筛板下方至少设一层与筛网风筒(16)和塔壁均密封的淋水筛网(8)；最下一层淋水筛网下方和筛网风筒下端外周处塔壁开百叶窗出风口(10)；最下一层淋水筛网(8)下端轴向伸在积水盘(11)上方百叶窗出风口的中间位置；(B)进风口设在塔顶进风筒(1)处，其内的喷雾推进雾化装置(2)内设周向至少两个下喷旋转喷头(2.2)和喷头上方的周向至少设两支向下抽风的旋转叶片(2.1)；喷雾推进雾化装置下方进水管(12a)进水端装固液分离器(4)，再通过进水管(12)与塔外进水管(13)连通；(C)固液分离器置于喷雾集水盘(3)下方，在固液分离器的旋流室(4.1)上装设至少三支通入旋流室进水的旋流雾化喷头(6)；圆柱状或圆柱扩张型筛网风筒(16)装在旋流雾化喷头外周，且旋流雾化喷头(6)轴向正位于筛网风筒(16)入口截面上。
2.按权利要求1所述冷却塔，其特征是喷雾,雾化装置(2)内设有空心旋 转水室(2.3)和外表面周向装至少两个下喷的旋转雾化喷头(2.2),在喷头上方 旋转水室上固定至少两支向下抽风的旋转叶片(2.1);中心设有与旋转水室和 雾化喷头水路连通的静止进液机构(2.4)，进液机构与旋转水室间装上、下水轴 承(2.5);开上、下径向水孔(2.6);装上、下摩擦环(2.7)及上压盖(2.8);进液机 构的迸水安装法兰(2.4a)与迸水管(12a)的法兰连接。
3.按权利要求2所述冷却塔，其特征是旋转水室(2.3)上端面积S2大于下 端面面积Sl;进液机构中静止的中轴水管(2.4b)为下大上小的台阶形。
4.浪权利要求1戶員，塔,^￡是旋流雾化喷^6)采用与下喷的 ^^(2.2) 相同的如下结构收^[~^张型7|<:1#1(6.2)^卜皿至少1 ，有进气孔(6.5)的圆, 或圆锥形薄壁引射萄6.4),在薄壁引射每6.4)夕,锥形内孔的m整流銜63X并 将jifc^件固定于开孔的薄壁球形水室(6.1)下部,球形水室M31切向水筒6.6)与固液分 离^(4)净7jC出口M;或者OT不带引射套的^^一扩张M7R喷嘴(6.2)。
5.按权利要求1 ,冷却塔，其特征是固液分离器(4)内设有如下构件圆 柱形水室(4.1)内设变向切流弯头(4.2)，圆柱形水室(4.1)上、下端面分别固定 出水管(4.3)和进水管(4,4)，分别与上方进水管(12a)和下方迸水管(12)连通；底 面设排污阀(4.5);侧壁开孔与旋流雾化喷头(6)的切向水管(6.6)连通。
全文摘要
混流式喷雾推进通风冷却塔。在塔内由上至下装喷雾推进雾化装置、喷流集水盘、流水管和筛网风筒；筛网风筒外装淋水筛板和淋水筛网；进水管端装分离杂物的固液分离器，其上装旋流喷头。雾化装置内设下喷旋转喷头和下抽风的旋转叶片，产生喷雾并推动叶片旋转，同时形成风叶机械风和射流抽风对热水进行冷却。由于风叶风与雾流顺流，降低了风压，故极大地提高冷却风量。喷雾水流被收集于喷流集水盘中，再通过淋水筛板和淋水筛网分配为细小水滴下落，而进风则从塔顶进入和通过设于塔中部的筛网风道，以顺流、横流和逆流三种方式与水滴传热带走热量。塔内无涡流区和短路风。具有风量大、传质充分、温降好；且结构简单、可靠性高、噪音小、可用于污水冷却等一系列优点。
文档编号F28C1/00GK101290191SQ20081004470
公开日2008年10月22日 申请日期2008年6月13日 优先权日2008年6月13日
发明者魏仕英, 魏永刚 申请人:魏仕英