自然通风与机力通风相结合的冷却塔及其控制方法与流程

本发明涉及工业循环水冷却，更具体地说，涉及一种自然通风与机力通风相结合的冷却塔。此外，还涉及一种应用于上述自然通风与机力通风相结合的冷却塔的控制方法。

背景技术：

1、工业生产过程中产生大量的热量，通过循环水冷却散热，传统循环水冷却采用湿冷或闭式蒸发冷技术，依靠水的蒸发带走热量，因此而消耗大量的水资源。随着水资源日趋紧张，国家节水政策导向下，用水指标限制，用水价格提高，工业企业响应国家政策同时从企业自身经济效益出发，在工业循环水领域空冷技术得到了越来越广泛的应用。尤其，在我国三北缺水地区的火电厂建设中普遍采用了空冷技术，节水率高达90％以上，获得了显著的节水效果。

2、然而，空冷技术的局限是夏季高温环境条件下冷却效率明显下降，对于火电厂来说，冷却水温升高牺牲了燃煤效率，带来能耗的增加；而对于大多其他工业领域对循环水冷却水温有严苛要求的场景，更是不能满足工业装置运行要求。

3、近年来，新建工业项目循环水冷却多开始采用干湿联合冷却技术，夏季高温时采用湿式冷却，春秋季采用干湿联合冷却少量耗水，冬季低温时采用干式冷却不消耗水，以此实现节水的目的。目前采用的干湿联合冷却技术均为机力通风，达到相同的冷却水温，空冷塔需要的风机装机功率远大于湿冷塔，因此节水的同时要消耗大量的电能，经济运行年限的总费用较高。

4、现今，北方地区火电厂建设时越来越多采用自然通风间接空冷技术，无风机功耗，节水的同时节省电能消耗。但我国北方地区既是缺水地区也是严寒地区，冬季环境温度越低，自然通风塔内外温差越大则塔抽力越大，通过关小百叶窗调控通风量，存在因百叶窗开度不一而导致空冷散热器局部过冷冻管的问题，影响机组连续安全稳定经济运行，是现行机组中普遍存在的问题。

5、现有技术中，存在一种自然通风的干湿联合冷却塔，其公开了一种自然通风的干湿联合冷却塔技术方案，可以弥补干式冷却塔的夏季出水温度较高的不足，同时节省电能。但是，在上述技术方案中，夏季湿式冷却运行时亦是采用自然通风，由于夏季湿球温度与循环水温度间温差小，使得塔内外空气温升小而抽力不足，通风量不能满足冷却要求，则需要扩大湿式冷却部分的配置规模和自然通风塔的规模，存在初投资过高的不足。同时，没有解决自然通风干式冷却“存在因百叶窗开度不一而导致空冷散热器局部过冷冻管问题”的不足。

6、综上所述，如何兼具机力通风湿式冷却投资低及夏季高温冷却能力强和自然通风干冷冷却节能节水的特点，较大程度利用自然冷源，实现冷却系统全年节能节水降耗，同时具有更优的冬季防冻安全稳定运行性能，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种自然通风与机力通风相结合的冷却塔，其兼具机力通风湿式冷却投资低及夏季高温冷却能力强和自然通风干冷冷却节能节水的特点，较大程度利用自然冷源，实现冷却系统全年节能节水降耗，同时具有更优的冬季防冻安全稳定运行性能。

2、本发明的另一目的是提供一种应用于上述自然通风与机力通风相结合的冷却塔的控制方法。

3、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、一种自然通风与机力通风相结合的冷却塔，包括：

5、自然通风塔体；

6、干冷扇区，至少两个所述干冷扇区竖直布置在所述自然通风塔体下部进风口的外围一周，各所述干冷扇区均包括干冷换热器、设于所述干冷换热器外侧的干冷百叶窗及第二封闭，所述第二封闭的内侧连接于所述干冷百叶窗的下沿；

7、机力通风湿冷单元，其与所述干冷扇区对应分布、且设于所述干冷扇区下部外围一周，各所述机力通风湿冷单元均包括湿冷换热器、设于所述湿冷换热器上部的风机、第一风门以及第二风门，所述第一风门位于所述湿冷换热器的下方外侧，所述第二风门位于所述湿冷换热器的下方内侧，所述第二封闭的外侧连接于所述机力通风湿冷单元的上端内沿；

8、循环水母管，其包括循环水进水母管和循环水出水母管，所述干冷扇区的进水管与所述循环水进水母管连接，所述干冷扇区的出水管与所述机力通风湿冷单元的进水管连接，所述机力通风湿冷单元的出水管与所述循环水出水母管连接；

9、控制装置，所述第一风门、所述第二风门、所述风机以及所述干冷百叶窗均与所述控制装置连接。

10、在一个实施例中，所述干冷扇区还包括第一控制阀组，所述机力通风湿冷单元还包括第二控制阀组，所述第一控制阀组和所述第二控制阀组均与所述控制装置连接，以调整循环水流路。

11、在一个实施例中，第一管路连接于所述干冷扇区的循环水入口处，第二管路连接于所述干冷扇区的循环水出口处，所述第一控制阀组包括串联于所述第一管路上的第一入口阀和串联于所述第二管路上的第一出口阀；

12、第三管路连接于所述机力通风湿冷单元的循环水入口处，第四管路连接于所述机力通风湿冷单元的循环水出口处，所述第二控制阀组包括串联于所述第三管路上的第二入口阀和串联于所述第四管路上的第二出口阀；

13、所述第一管路和所述第二管路的远离所述干冷扇区的一端，及所述第三管路和所述第四管路的远离所述机力通风湿冷单元的一端并联于第五管路上；

14、所述第一控制阀组还包括串联于所述第五管路上的第一旁路阀，且所述第一旁路阀处于所述第一管路与所述第二管路之间，所述第二控制阀组还包括串联于所述第五管路上的第二旁路阀，且所述第二旁路阀处于所述第三管路与所述第四管路之间；

15、所述干冷扇区的进水管一端连接于所述第五管路靠近所述第一管路一侧，另一端连接于所述循环水进水母管，所述机力通风湿冷单元的出水管一端连接于所述第五管路靠近所述第四管路一侧，另一端连接于所述循环水出水母管。

16、在一个实施例中，所述自然通风塔体包括混凝土塔或钢结构塔。

17、在一个实施例中，所述干冷百叶窗为开度可调节型的百叶窗；

18、所述风机包括变频控制风机、双速控制风机或工频控制风机；

19、所述第一风门包括百叶窗型式风门或进风格栅型式风门；

20、所述第二风门包括固定的封闭隔断或可开启的风门。

21、在一个实施例中，所述可开启的风门包括百叶窗型式风门或卷帘门型式风门。

22、在一个实施例中，所述湿冷换热器包括不喷淋水干式运行的换热器或喷淋水湿式运行的换热器。

23、在一个实施例中，所述自然通风塔体包括封闭塔筒段、用于支撑所述封闭塔筒段的进风支撑段以及第一封闭；

24、所述第一封闭的外侧连接于所述干冷扇区上端内沿，所述第一封闭的内侧连接于所述封闭塔筒段的下沿。

25、一种控制方法，应用于上述任一项所述的自然通风与机力通风相结合的冷却塔，包括：

26、获取室外环境温度tout，设定循环水出水温度的调控目标值ttag；

27、根据所述室外环境温度tout所处的温度区间，通过控制第一控制阀组和第二控制阀组，以调节循环水流路，通过控制第一风门、第二风门、风机以及干冷百叶窗，以调节空气流路和流量，使循环水出水温度趋于所述调控目标值ttag。

28、在一个实施例中，所述根据所述室外环境温度tout所处的温度区间，通过控制第一控制阀组和第二控制阀组，以调节循环水流路，通过控制第一风门、第二风门、风机以及干冷百叶窗，以调节空气流路和流量，使循环水出水温度趋于所述调控目标值ttag，包括，

29、预设环境温度t0、t1、t2、t3以及t4，且t0＜t1＜t2＜t3＜t4；

30、判断tout、ttag、t0、t1、t2、t3及t4的大小；

31、当tout＞t4，且tout≥ttag时，开启第二入口阀、第二出口阀及第一旁路阀，关闭第一入口阀、第一出口阀及第二旁路阀，关闭干冷百叶窗和第二风门，开启或部分开启所述第一风门和风机，或关闭所述干冷百叶窗，开启所述第一风门、所述第二风门及所述风机，所述湿冷换热器呈喷淋水湿式运行状态；

32、当t4≥tout＞t3，且tout＜ttag时，开启所述第一入口阀、所述第一出口阀、所述第二入口阀以及所述第二出口阀，关闭所述第一旁路阀和所述第二旁路阀，关闭所述第二风门，开启或部分开启所述第一风门、所述风机以及干冷百叶窗，所述湿冷换热器呈喷淋水湿式运行状态；

33、当t3≥tout＞t2时，开启所述第一入口阀、所述第一出口阀以及所述第二旁路阀，关闭所述第二入口阀、所述第二出口阀以及所述第一旁路阀，关闭所述第二风门和所述风机，开启或部分开启所述干冷百叶窗；

34、当t2≥tout＞t1时，开启所述第一入口阀、所述第一出口阀、所述第二入口阀以及所述第二出口阀，关闭所述第一旁路阀和所述第二旁路阀；关闭所述第二风门，开启或部分开启所述第一风门、所述风机及所述干冷百叶窗，或关闭所述干冷百叶窗，开启所述第一风门、所述第二风门及所述风机，所述湿冷换热器呈不喷淋水干式运行状态；

35、当t1≥tout＞t0时，开启所述第一入口阀、所述第一出口阀、所述第二入口阀及所述第二出口阀，关闭所述第一旁路阀和所述第二旁路阀，关闭所述风机，开启或部分开启所述干冷百叶窗和所述第二风门，关闭或开启所述第一风门，所述湿冷换热器呈不喷淋水干式运行状态。

36、在使用本发明所提供的自然通风与机力通风相结合的冷却塔时，控制装置可通过不同组合开启或关闭/停第一风门、第二风门、风机以及干冷百叶窗，以控制不同的空气流路为干冷换热器和/或湿冷换热器提供空气冷源。

37、例如，第一空气流路通过关闭/停第二风门和风机，开启或部分开启干冷百叶窗实现，塔外空气流经干冷百叶窗、干冷换热器、自然通风塔体的内部，并从自然通风塔体的塔顶排出，第一空气流路适用于干式自然通风运行模式；

38、第二空气流路通过关闭干冷百叶窗和第二风门，开启或部分开启第一风门和风机实现，塔外空气流经第一风门、湿冷换热器及风机，并从风机302的出口排出，第二空气流路适用于湿式机力通风运行模式；

39、第三空气流路通过关闭第二风门，开启或部分开启第一风门、风机及干冷百叶窗实现，塔外空气一路流经第一风门、湿冷换热器及风机，从风机的出口排出后与自然通风塔体的塔外另一路空气合并，再流经干冷百叶窗、干冷换热器、自然通风塔体内部，并从自然通风塔体的塔顶排出，第三空气流路适用于干湿联合运行模式或冬季回暖防冻运行模式；

40、当第二风门是可以开启的风门时，还可以是第四空气流路，第四空气流路通过关闭干冷百叶窗，开启第一风门、第二风门及风机实现，自然通风塔体的塔内外空气分别流经第一风门和第二风门，再合并流经湿冷换热器、风机，并从风机的出口排出，第四空气流路适用于湿式机力通风运行模式，实现机力通风湿冷单元的双侧进风，增加机力通风湿冷单元的通风量，从而提高夏季高温时段的尖峰冷却性能，或可减小机力通风湿冷单元的进风口高度，降低投资。

41、当第二风门是可以开启的风门时，还可以是第五空气流路，第五空气流路通过关停风机，开启或部分开启干冷百叶窗和第二风门，关闭或开启第一风门实现，自然通风塔体外的第一路空气流经干冷百叶窗、干冷换热器进入自然通风塔体的内部，自然通风塔体外的第二路空气流经风机、湿冷换热器及第二风门进入自然通风塔体内部；或流经第一风门、第二风门进入自然通风塔体内部，第一路空气和第二路空气在自然通风塔体内部混合并从自然通风塔体的塔顶排出，第五空气流路适用于干式自然通风冬季低温低负荷防冻运行模式，通过控制第二路空气的流量，调节与第一路空气在自然通风塔体内的混合温度，从而调节自然通风塔体的抽力，在干冷百叶窗开度较小已不在风量可调范围时，进一步调节第一路空气流量，以满足自然通风塔体外的水温调控要求。

42、当第一风门是可以关闭的风门，第二风门是可以开启的风门时，还可以是第六空气流路，第六空气流路通过关闭第一风门，开启或部分开启干冷百叶窗、第二风门及风机实现，自然通风塔体外的空气和风机的出口空气合并，流经干冷百叶窗、干冷换热器，进入自然通风塔体内部，一路从自然通风塔体的塔顶排出，一路回流经第二风门、湿冷换热器及风机，从风机的出口排出后再与自然通风塔体外的空气合并。第六空气流路适用于冬季回暖防冻运行模式，通过循环回暖提高干冷换热器的进风温度，有利于防冻安全运行。

43、综上所述，本发明所提供的自然通风与机力通风相结合的冷却塔，其兼具机力通风湿式冷却投资低及夏季高温冷却能力强和自然通风干冷冷却节能节水的特点，较大程度利用自然冷源，实现冷却系统全年节能节水降耗，同时具有更优的冬季防冻安全稳定运行性能。

44、此外，本发明还提供了一种应用于上述自然通风与机力通风相结合的冷却塔的控制方法。