一种喷嘴蒸发预冷的自然通风空冷塔及冷却方法与流程

本发明属于冷却技术领域，具体涉及一种喷嘴蒸发预冷的自然通风空冷塔及冷却方法。

背景技术

在我国富煤少水的中、西部地区，由于水资源匮乏，自然通风空冷塔具有广泛的应用前景，自然通风空冷塔的特点如下：

1)自然通风空冷塔作为重要的冷端设备，其冷却性能的好坏直接关系到电厂发电效率的经济性和稳定性。当空冷塔冷却效率下降时，循环水温升高，凝汽器的真空度降低，汽轮机组的工作效率下降，使燃煤量增加，影响电厂的经济性。

2)自然通风空冷塔，初期投资比机械通风塔高，换热效率比湿冷塔低。与此同时，存在不耗水、维护费用低、无风机耗电等优点。

3)自然通风空冷塔在夏季工况运行时，由于环境空气温度升高，换热效率下降，导致电厂发电效率下降，不能与夏季用电高峰相匹配。

现有技术中为提高上述自然通风空冷塔在夏季的换热效率，存在雨淋冷却、干湿式冷却单元组合、蒸发预冷等多种优化措施。

在何锁盈、孙奉仲等人的《基于填料蒸发预冷原理的自然通风干式冷却塔夏天运行效率的优化》中提出中蒸发预冷由于不需额外的换热器、安装方便、经济高效等优点而备受关注。蒸发预冷主要包括喷嘴蒸发预冷和填料蒸发预冷。但是其填料蒸发预冷会无法避免的引入额外压损，从而阻碍外界空气通过进风口，且论文中没有给出喷嘴蒸发预冷的具体结构设置。

技术实现要素：

本发明提供了一种喷嘴蒸发预冷的自然通风空冷塔，利用蒸发冷却的方式对空冷塔的入口空气降温，从而提高自然通风空冷塔夏季的运行效率。喷嘴蒸发冷却系统安装简单、阻力损失小，并且是一种环保、高效、经济的冷却方式。

本发明采用下述技术方案：一种喷嘴蒸发预冷的自然通风空冷塔，包括塔筒，所述塔筒内腔的下部设有一层呈放射状布置的翅片管换热器，所述换热器的下方设有喷嘴系统，喷嘴系统的下方设有集水池，喷嘴系统通过配水系统供水；喷嘴系统包括设置在塔筒进风口外侧且喷水方向与塔筒中轴线垂直的垂直喷嘴系统，以及设置在换热器正下方且喷水方向与塔筒中轴线平行的水平喷嘴系统；所述垂直喷嘴系统和水平喷嘴系统用于在外界空气与换热器接触前实现蒸发预冷空气。

进一步，所述配水系统包括环形配水管和竖直配水管，所述环形配水管和竖直配水管都与外界水源连通。

进一步，垂直喷嘴系统中多个垂直喷嘴沿进风口呈圆筒状布置且安装在竖直配水管上，同一竖直配水管上的多个垂直喷嘴按照从上到下依次密集的方式布置。

进一步，水平喷嘴系统中多个水平喷嘴在换热器下部按照圆环状布置，水平喷嘴分别安装在多个环形配水管上，环形配水管与集水池之间的距离小于进风口上下端面之间的距离。

进一步，多个环形配水管同心设置，相邻两个环形配水管之间的直径差值恒定。

进一步，所述垂直喷嘴系统与塔筒之间设有顶盖，所述顶盖为环套在塔筒上的环形板。

本发明还提供一种利用喷嘴蒸发预冷的自然通风空冷塔的冷却方法，包括以下步骤：

步骤1，塔筒中空气与换热器表面进行热交换使得该部分空气上升，塔筒中空气密度和气压下降，外界冷空气在气压差的作用下从进风口进入塔筒内腔；

步骤2，启动配水系统，垂直喷嘴系统和水平喷嘴系统喷出的水形成水滴流；

步骤3，从进风口处进入的空气运动方向与垂直喷嘴喷射水滴方向相同，进风口处的空气与垂直喷嘴处水滴进行热质交换；

步骤4，从垂直喷嘴区域脱离的空气继续运动并与水平喷嘴喷射的水滴进一步热质交换；

步骤5，经过热质交换后的空气继续向上运动并使得空气中携带的水滴完全蒸发成气态，空气的温度进一步降低；

步骤6，经过蒸发预冷之后的空气与换热器接触，实现空气与换热器之间的热交换；

步骤7，从喷嘴系统中喷出的水，大部分蒸发，未蒸发的水大部分会在重力的作用下落入集水池中，少部分未蒸发的水会被空气夹带而损失。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用垂直喷嘴与水平喷嘴配合使用的方式，垂直喷嘴喷射的水滴与进入塔筒的外界空气顺流，水平喷嘴喷射的水滴与外界空气部分顺流，部分垂直，这种顺流及垂直流动的方式使得外界空气不会在进风口处受到阻碍，不会因为在进风口处的压力损失而降低外界空气流入空冷塔的流量。

2)水平喷嘴和竖直喷嘴距离换热器的距离较大，且垂直喷嘴系统中上端喷嘴间距更大，这种设置方式使得外界空气在与喷嘴系统喷出的水滴接触时不会大量携带未蒸发水滴，在外界空气到达换热器时，基本所有的水滴都会蒸发成气态，可避免水滴对换热器的腐蚀。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的整体示意图主视图；

图2为图1中b-b视向的垂直喷嘴系统的结构示意图；

图3为图1中a-a视向的水平喷嘴系统的结构示意图。

图中：1、塔筒；2、换热器；3、顶盖；4、垂直喷嘴；5、配水系统；6、集水池；7、水平喷嘴。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

本发明中左、右、前、后等指示方位的词语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。

本申请的一种典型实施方式，如图1-3所示，一种喷嘴蒸发预冷的自然通风空冷塔，包括塔筒1，所述塔筒1内腔的下部设有一层呈放射状布置的翅片管换热器2，所述换热器2的下方设有喷嘴系统，喷嘴系统的下方设有集水池6，喷嘴系统通过配水系统5供水；喷嘴系统包括设置在塔筒1进风口外侧且喷水方向与塔筒1中轴线垂直的垂直喷嘴4系统，以及设置在换热器2正下方且喷水方向与塔筒1中轴线平行的水平喷嘴7系统；所述垂直喷嘴4系统和水平喷嘴7系统用于环境高温时，在外界空气与换热器2接触前实现空气的蒸发预冷。空冷塔进风口高度h(如图1所示)参考空冷塔的设计规程，具体高度由机组容量确定。

所述配水系统包括环形配水管和竖直配水管，所述环形配水管和竖直配水管都与外界水源连通。

垂直喷嘴系统中多个垂直喷嘴4沿进风口呈圆筒状布置且安装在竖直配水管上，同一竖直配水管上的多个垂直喷嘴按照从上到下依次密集的方式布置。优选的，垂直喷嘴4系统喷嘴之间的间距s1(如图2所示)相同，s2(如图2所示)不同。在靠近地面的喷嘴间距s2取值可适当小一些，而顶部的喷嘴间距s2取值可适当大一些，以避免水滴到达散热器面时未完全蒸发。

优选的，水平喷嘴7系统中多个水平喷嘴7在换热器2下部按照圆环状布置，水平喷嘴7分别安装在多个环形配水管上。即水平喷嘴7系统的环形配水管与集水池6之间的距离h(如图1所示)应小于空冷塔进风口高度h(如图1所示进风口上下端面之间的距离)，具体高度参考实际塔的尺寸确定。

优选的，多个环形配水管同心设置，相邻两个环形配水管之间的直径差值恒定。水平喷嘴7将水垂直喷出，与外界流入的气体形成部分垂直流、部分顺流，即整个空冷塔的底部直径为d，第一层水平喷嘴7布置在直径为d的圆周上，第二层水平喷嘴7布置在直径为d1的圆周上，第三层水平喷嘴7布置在直径为d2的圆周上，第四层水平喷嘴7布置在直径为d3的圆周上，中心水平喷嘴7布置在上述同心圆的圆心位置(如图3所示)，其中，直径d应与散热器底部长度l(如图1所示)相同。五个直径满足如下关系：d3＜d2＜d1＜d＜d。布置水平喷嘴7的相邻两个圆周间的间距应相同，d2-d3＝d1-d2＝d-d1。

优选的，所述垂直喷嘴4系统与塔筒1之间设有顶盖3，所述顶盖3为环套在塔筒1上的环形板；顶盖3防止空气从空隙中旁路进入塔筒1而不流经蒸发预冷系统。顶盖3尺寸w(如图1所示)参考实际塔的尺寸确定。

优选的，所述集水池6的直径大于垂直喷嘴4系统的直径。喷嘴系统需根据实际塔的尺寸布置，布置原则是均匀冷却空冷塔的进风，且喷淋水滴到达换热器2前完全蒸发，避免水滴对换热器2的腐蚀。

本发明还提供一种利用喷嘴蒸发预冷的自然通风空冷塔的冷却方法，包括以下步骤：

步骤1，塔筒1中空气与换热器2表面进行热交换使得该部分空气上升，塔筒1中空气密度和气压下降，外界冷空气在气压差的作用下从进风口进入塔筒1内腔；

步骤2，夏季高温时，空冷塔冷却效率低，启动配水系统，垂直喷嘴4系统和水平喷嘴7系统喷出的水形成水滴流；

步骤3，从进风口处进入的空气运动方向与垂直喷嘴4喷射水滴方向相同，进风口处的空气与垂直喷嘴4处水滴进行热质交换；

步骤4，从垂直喷嘴4区域脱离的空气继续运动并与水平喷嘴7喷射的水滴进一步热质交换；

步骤5，经过热质交换后的空气继续向上运动并使得空气中携带的水滴完全蒸发成气态，空气的温度进一步降低；

步骤6，经过蒸发预冷之后的空气与换热器2接触，实现空气与换热器2之间的热交换，可改善空冷塔夏季高温时的冷却性能；

步骤7，从喷嘴系统中喷出的水，大部分蒸发，未蒸发的水大部分会在重力的作用下落入集水池6中，少部分未蒸发的水会被空气夹带而损失

工作原理：在塔筒内，空气在自然浮力的作用下，流经进风口区域，在此区域中空气与喷嘴喷出的水滴进行热质交换，在干空气能(亦即水滴表面薄层空气的水蒸汽分压力高于空气中的水蒸气分压力，这种自然的压力差成为水蒸发的动力)的驱动力下水蒸发，并从空气中吸取蒸发所需的热量，从而降低入口空气温度，使得流经换热器2的空气温度比塔外环境的干球温度低，此时塔筒内空气与换热器2的换热效率提高，从而提高自然通风空冷塔的夏季冷却性能。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。