一种基于温差换热的自然对流冷却塔系统及其处理工艺的制作方法

本发明涉及资源与环境保护领域，具体涉及一种基于温差换热的自然对流冷却塔系统及其处理工艺。

背景技术：

冷却塔主要用于工业循环热水的降温冷却，为工业热水循环利用不断提供冷源，冷却塔主要利用低温环境空气对工业循环热水进行换热，取走热水中的热量。现有的机力冷却塔基本上都是采用焓差换热的循环水冷却方式，即将热水与空气直接接触、换热。低温环境空气与热水换热过程中，受高温热水挥发气化影响，完成换热的空气既有温度提升又有湿度提升。为了提高水汽换热效率，降低工业循环热水换热的投资及占地，目前对工业循环热水降温主要采用机力冷却塔，利用风机提供低温气流动力，强化气流换热，冷却塔运行能耗普遍较高。

目前，为了保证循环热水冷却效果，冷却塔均按照夏天的运行工况进行设计，在冬季低温环境下，环境空气温度较低、湿度大，且环境空气稳定度较高，由于采用了焓差换热的方式进行气水直接换热，冷却塔在运行过程中向环境排放大量的高温、高湿气体，进入环境空气中的高温、高湿气体与环境空气迅速换热降温，水蒸气冷凝过程产生大量液态水雾滴，难以扩算，进一步在环境大气中形成逆湿层，增加环境空气稳定度，不利用环境空气中污染物的扩散，同时产生大量白烟现象，进而导致环境质量大幅度下降，严重时会出现冬季区域性雾霾现象。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决背景技术中的不足之处，提供一种基于温差换热的自然对流冷却塔系统及其处理工艺，其利用换热后的高温空气在冷却塔内的自拔力，作为低温环境空气流动穿过换热填料单元的驱动力，驱动低温气流在换热填料单元对高温循环水进行换热、冷却；水、气在换热填料内分区沿垂直方向错流流动，高温循环水与低温环境空气以换热填料间壁为换热媒介进行间接接触、换热，实现整个换热过程只有水、气温度改变，而无水分蒸发流失，在节约水资源的同时，消除冷却塔白烟现象。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于温差换热的自然对流冷却塔系统，包括对流冷却塔，对流冷却塔底部周围设置有若干换热空气过流区，各换热空气过流区内设置有若干换热填料单元，换热填料单元下方设置有循环水池，对流冷却塔用于对完成换热的高温环境空气进行导流，利用高温环境空气的浮力在向排气直段排放高温空气时形成的自拔力，并在对流塔底座内部形成负压，作为外部低温空气穿过填料层单元的推动力，实现冷却系统无外加能量运行。换热填料单元用于高温循环热水、换热填料及低温环境空气中间的换热，实现高温循环热水冷却降温。

所述换热填料单元包括填料箱体、主布水喷淋器、换热填料、分水盘、溢流口和次布水喷淋层，填料箱体横向两侧贯通，主布水喷淋层位于填料箱体内顶部，填料箱体内主布水喷淋层下方纵向设置有若干层换热填料，高温热水与低温环境空气在换热填料层内进行间接换热，纵向相邻的两换热填料之间分别设置有分水盘，用于接收上方填料降落的循环水，并且该分水盘用于切换每层填料层内外侧循环水的喷淋位置，保证循环水均匀冷却，提高循环水冷却效率；各分水盘下方设置有次布水喷淋器，填料箱体底部设有溢流口，且该溢流口通过溢流管道分布于循环水池上方。

对于本发明的一种优化，所述分水盘包括连接箱体、中间隔板、分层隔板、分水管，连接箱体内横向经分层隔板，其纵向经中间隔板，将连接箱体分隔为左上区、右上区、左下区、右下区，连接箱体底部分别设有若干与左下区、右下区连通连接的小孔，所述次布水喷淋器包括若干布水喷头，各布水喷头与各小孔连接，右上区与左下区、左上区与右下区分别通过分水管连通连接。受换热过程环境空气温度升高影响，外侧上分水盘循环水在顶层换热填料流动过程中与外侧低温环境空气换热，水温较低；内侧上分水盘循环水在顶层换热填料流动过程中与内侧高温环境空气换热，水温较高。

所述换热填料内设有若干气流通道，相邻两气流通道之间的填料层作为水流换热通道，各气流通道横向贯穿换热填料构成空气换热通道，空气换热通道与换热空气过流区连通，水流换热通道与空气换热通道间隔相邻布置，互不连通；各布水喷头的喷射方向相对各水流换热通道，从而循环热水沿竖直方向经填料层沿水流换热通道从上往下流动，气流水平沿着对流冷却塔底座径向方向从对流冷却塔外部向填料层的空气换热通道内部流动。

对于本发明的一种优化，对流冷却塔包括内空圆筒状的排气直段和连接于排气直段下端的内空圆台状的底座，底座的径向周围设置有若干换热空气过流区，换热空气过流区内分别设置若干有换热填料单元。

对于本发明的一种优化，排气直段的高度h与底座的高度h比为4:1～8:1；排气直段的直径d与底座底部的圆直径d比为1:2～1:5。

对于本发明的一种优化，底座径向设有若干对流口，换热空气过流区由封板搭建而成，其横向两端通透，各换热空气过流区的外侧分别与各换热填料单元的周侧密封连接。底座上各对流口与各换热空气过流区对接围成密封状态，用于将换热后的高温空气导流至对流冷却塔直段上端出口排放。其中若干换热填料单元在对流冷却塔底座外呈环形紧密布置围成。

对于本发明的一种优化，循环水池外设有循环水泵，循环水泵的抽水管端与循环水池连通连接。

对于本发明的一种优化，填料箱体内主布水喷淋层下方纵向设置有2～5层换热填料，相邻两换热填料间距100～500mm；分水盘高度为100-400mm。

对于本发明的一种优化，底座的径向周侧呈环形分布设置多个换热空气过流区，各换热填料单元分别布置于各换热空气过流区内。

对于本发明的一种优化，底座一侧设置有检修门。

一种基于温差换热的自然对流冷却塔系统的处理工艺，包括如下步骤：高温循环热水由进水管路进入填料箱体内，并经顶部主布水喷淋器均匀分布至其下方第一级换热填料的各水流换热通道内，在重力作用下沿各水流换热通道壁面均匀向下流动；低温环境空气在对流冷却塔内高温空气的自拔力驱动下，沿水平方向穿过换热填料的各气流通道向对流冷却塔内流动，通过换热填料对高温循环热水进行换热、冷却，完成换热的高温空气进入对流冷却塔并在自拔力作用下向上流动排出冷却塔系统，经过若干层填料完成换热后的低温循环水后从填料箱体底部的溢流口流至位于对流冷却塔底部的循环水池，由循环水泵排出循环利用。

本发明与背景技术相比，具有：

1.在换热填料内对高温循环热水及低温环境空气进行分区流动，高温循环热水与低温环境空气通过换热填料进行间接换热，换热过程只有热量传递，没有水分蒸发，不仅避免了因传统冷却塔换热过程造成的水资源流失，同时消除了冷却塔换热过程产生的白烟现象；

2.由换热填料单元的空气换热通道、换热空气过流区、底座的对流口、排气直段内的排气通道构成换热空气自流通道，利用完成换热高温空气的浮力能量作为冷源的驱动力，高温循环水运行过程中无需外加能量驱动冷源运转，大幅降低了高温循环水冷却的运行成本；

3.通过布水喷淋器均匀布液及换热填料单元内气液分区，实现高温循环水在水流通道壁面形成水膜，大幅增加循环水与填料之间的传热系数，提高换热效率；同时通过上下两层填料层中间的分水盘进行冷热循环水置换，进一步提高循环水的换热效率及换热均匀性，实现整个换热过程只有水、气温度改变，而无水分蒸发流失，在节约水资源的同时，消除冷却塔白烟现象。

附图说明

图1是基于温差换热的自然对流冷却塔系统搭建示意图。

图2是换热填料单元、循环水池的结构示意图。

图3是分水盘、次布水喷淋层以及换热填料的安装结构示意图。

图4是分水盘的结构示意图。

图5是高温循环热水由进水管路进入填料箱体的实施示意图。

具体实施方式

实施例：参照图1-5。一种基于温差换热的自然对流冷却塔系统，对流冷却塔1，对流冷却塔1底部周围设置有若干换热空气过流区2，各换热空气过流区2内设置有若干换热填料单元3，换热填料单元3下方设置有循环水池4，所述换热填料单元3包括填料箱体31、主布水喷淋器32、换热填料33、分水盘34、溢流口35和次布水喷淋层36，填料箱体31横向两侧贯通，主布水喷淋层32位于填料箱体31内顶部，填料箱体31内主布水喷淋层32下方纵向设置有若干层换热填料33，纵向相邻的两换热填料33之间分别设置有分水盘34，各分水盘34下方设置有次布水喷淋器36，填料箱体31底部设有溢流口35，且该溢流口35通过溢流管道分布于循环水池4上方。各分水盘上、下两端分别与上、下相邻的换热填料33对接；

循环水池4外设有循环水泵5，循环水泵5的抽水管端与循环水池4连通连接。

作为优选，填料箱体31内主布水喷淋层32下方纵向设置有2～5层换热填料33，相邻两换热填料33间距100～500mm；分水盘34高度为100-400mm。

所述分水盘34包括连接箱体341、中间隔板342、分层隔板(344)、分水管343，连接箱体341内横向经分层隔板(344)，其纵向经中间隔板342，将连接箱体341分隔为左上区34a、右上区34b、左下区34c、右下区34d，连接箱体341底部分别设有若干与左下区34c、右下区34d连通连接的小孔340，所述次布水喷淋器36包括若干布水喷头361，各布水喷头361与各小孔340连接，右上区34b与左下区34c、左上区34a与右下区34d分别通过分水管343连通连接；所述换热填料33呈壳体结构，其内设有若干气流通道331，相邻两气流通道331之间的填料层作为水流换热通道332，各气流通道331横向贯穿换热填料33构成空气换热通道，空气换热通道与换热空气过流区2连通；各布水喷头361的喷射方向相对各水流换热通道332。

水流换热通道332与气流通道331分别间隔相邻布置，互不连通；各布水喷头361的喷射方向相对各水流换热通道332。所述分水盘34位于上下相邻两换热填料33之间，用于切换每层换热填料33积聚于其下侧分水盘34内的循环水流入下一换热填料33的喷淋位置，保证循环水均匀冷却，提高循环水冷却效率；受换热过程环境空气温度升高影响，即由于外侧上分水盘循环水在顶层换热填料33流动过程中与外侧低温环境空气换热，水温较低；内侧上分水盘循环水在顶层换热填料流动过程中与内侧高温环境空气换热，水温较高；故针对流入下一换热填料33的内、外侧循环水进行切换。作为优选：分水盘34高度为0.1～0.5m。

对流冷却塔1包括内空圆筒状的排气直段11和连接于排气直段下端的内空圆台状的底座12，底座12的径向周围设置有若干换热空气过流区2，换热空气过流区2内分别设置若干有换热填料单元3。

排气直段11的高度h与底座12的高度h比为4:1～8:1；排气直段11的直径d与底座12底部的圆直径d比为1:2～1:5。底座12径向设有对流口121，换热空气过流区2由封板21搭建而成，其横向两端通透，换热空气过流区2的一端与对流口121对接，另一端则与换热填料单元3的周侧封接，即换热填料单元3外部与换热空气过流区2外侧一端围成密封状态，用于经将换热填料单元3换热后的高温空气导流经过换热空气过流区2，然后导至对流冷却塔1的排气直段11上端出口排放，即循环热水纵向流经换热填料33，经内部水流换热通道332从上往下流动，换热气流水平横向经气流通道331、换热空气过流区2、对流口121向对流冷却塔1的排气直段11内部流动，经排气直段11上端出口排放。

底座12的径向周侧呈环形分布设置多个换热空气过流区2，各换热填料单元3分别布置于各换热空气过流区2内；底座2一侧设置有检修门6。从而使各个换热填料单元在对流冷却塔1底座12外紧密布置周围成环形。底座12一侧设置有检修门6。

实施例2，参照图1-5。在实施例1的基础上，一种基于温差换热的自然对流冷却塔系统的处理工艺，包括如下步骤：高温循环热水9由进水管路7进入填料箱体31内，并经顶部主布水喷淋器32均匀分布至其下方第一级换热填料33的各水流换热通道332内，在重力作用下沿各水流换热通道332壁面均匀向下流动；低温环境空气8在对流冷却塔1内高温空气的自拔力驱动下，沿水平方向穿过换热填料33的各气流通道331向对流冷却塔1内流动，通过换热填料33对高温循环热水进行换热、冷却，完成换热的高温空气进入对流冷却塔1并在自拔力作用下向上流动排出冷却塔系统，经过若干层填料完成换热后的低温循环水后从填料箱体31底部的溢流口35溢流至位于对流冷却塔1底部的循环水池4，由循环水泵5排出循环利用。其中顶层换热填料33完成换热的循环热水进入其下侧的分水盘34，经有分水盘34对流入下一换热填料33的内、外侧循环水进行切换；以此类推，经过多级换热填料33换热降温后才从填料箱体31底部的溢流口35溢流至位于对流冷却塔1底部的循环水池4。

需要理解到的是：本实施例虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些说明，只是对本发明的简单说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落入本发明的保护范围。