一种用于除雾收水装置性能测试的实验系统的制作方法

本实用新型涉及工业节能降耗和环保领域，尤其涉及一种用于除雾收水装置性能测试的实验系统。

背景技术：

冷却塔作为一种有效的循环水冷却设备，在电力、化工、冶金、造纸及纺织等需要大量冷却水的行业被广泛使用。其中，湿式冷却塔是使用最多的冷却塔类型，是通过喷淋使温度较高的循环水与冷空气直接接触完成热交换达到冷却目的。在降温后的循环水被重新送回循环水系统的同时，部分循环水被蒸发或被空气夹带排出塔外。夹带液滴的湿热空气在冷却塔塔口处与环境中的冷空气热交换后形成水雾，不仅造成循环水的损失，还是雾霾、周围建筑物冬季结冰等环境问题的主要根源。因此，对湿式冷却塔进行除雾收水，有利于循环水利用率的提高及工业用水模式的调整；同时，控制冷却塔排空口处水雾能够减弱工厂周围雾霾的形成，避免环境空气质量恶化及军团菌等微生物的传播。由于冷却塔体积大，排空口处湿热气体性质随季节变化而改变。因此，在除雾收水装置设计完成后，需要对其进行性能测试，确定其在不同工况下的气液分离效率，及适宜的操作条件，以便进行后优化及推广工作。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种用于除雾收水装置性能测试的实验系统，确定装置在不同工况下的气液分离效率及其适宜的操作条件，以便进行除雾收水装置的推广工作，从而克服冷却塔塔顶排气口处水滴随空气排出的不足，实现节能降耗和保护环境的目的。

本实用新型通过下述技术方案予以实现：

一种用于除雾收水装置性能测试的实验系统，包括用于实验系统所处环境大气温度、相对湿度测试的干湿球温度计；由高压旋涡气泵、第一球阀、第一闸阀、第一温度传感器、第一压力传感器、第一转子流量计、第二温度传感器、超声雾化器、气液混合罐、液位计、出水管闸阀、进水管闸阀、出水管转子流量计、进水管转子流量计、第一潜水泵、恒温水浴锅、降压模块、直流电源组成的气液混合汽发生单元；由第二球阀、第四温度传感器、第三压力传感器、超细纤维滤筒、第二转子流量计、第二闸阀、第三球阀、真空泵组成的载液浓度测定单元；由第三温度传感器、第二压力传感器、除雾收水装置、第四压力传感器、集水槽、第四球阀、第五球阀、第二潜水泵、供水槽、第五压力传感器、温、湿度计组成的装置性能测试单元。气液混合汽发生单元产生的气液混合汽通过管道被输送至除雾收水装置；在该管道内插入取样管，通过载液浓度测定单元测定气液混合汽载液量；利用装置性能测试单元测定装置气液分离效率及装置各部分压降。

所述的气液混合汽发生单元连接结构为：高压旋涡气泵通过管道连接在气液混合罐左侧，管道上设置有第一球阀、第一闸阀、第一温度传感器、第一压力传感器和第一转子流量计；气液混合罐下方连接有超声雾化器，超声雾化器左侧连接有第二温度传感器，右侧连接有液位计，底部连接有降压模块和直流电源，超声雾化器通过出水管与进水管和恒温水浴锅相连，进水管底部连接有第一潜水泵，出水管上设置有出水管闸阀和出水管转子流量计，进水管上设置有进水管闸阀和进水管转子流量计。

所述的载液浓度测定单元设置在与气液混合罐右侧连接的管道上，管道上依次连接有第二球阀、第四温度传感器、第三压力传感器、超细纤维滤筒、第二转子流量计、第二闸阀、第三球阀和真空泵。

气液混合罐右侧通过管道与所述的装置性能测试单元的旋风分离单元连接，管道上设置有第三温度传感器和第二压力传感器，旋风分离单元通过内螺纹接管与导流单元连接，导流单元上端通过法兰与纤维聚结单元连接，纤维聚结单元右侧连接有第五压力传感器和温、湿度计，导流单元左侧通过与排水口连接的管道与集水槽相连，同时旋风分离单元底部左侧的排水管也与集水槽相连，内螺纹接管右侧连接有第四压力传感器，旋风分离单元底部右侧通过进水支管与供水槽相连，进水支管上设置有第四球阀和第五球阀，进水支管底端连接有第二潜水泵。

所述的除雾收水装置包括由底流管、排水管、锥段、进气管、溢流管和支管安装孔组成的旋风分离单元；由导流单元外壳、导流叶片、集水腔、集水腔排水口和排水口组成的导流单元；由纤维聚结滤筒、缓冲腔和出气口组成的纤维聚结单元。连接关系是：旋风分离单元上端通过内螺纹接管与导流单元连接，导流单元上端通过法兰与纤维聚结单元连接。

所述的旋风分离单元，上端为带有切向进气口的圆柱形进气管，进气管的圆柱段中心位置设置有溢流管，进气管圆柱段下方通过法兰连接有锥段，锥段下端设置有圆柱形的底流管，底流管左右两侧分别设置有排水管和支管安装孔，在旋风分离单元内部中间位置设置有减阻回水管，减阻回水管顶端通过其顶部的螺纹接口与导流单元的集水腔排水口连接，底端延伸至旋风分离单元底流管内，微孔喷淋管安装在减阻回水管外侧，形成夹套结构，进水支管穿过支管安装孔，并通过螺纹与微孔喷淋管相连。减阻回水管能够稳定旋风分离单元内形成的漩涡并有效降低其压降；同时将导流单元集水腔中的水导入旋风分离单元，进而通过排水管排出。微孔喷淋管向旋风分离单元内喷适量的水能够促进水蒸气的冷凝，增强除雾回收效果；在装置运行期间其喷淋量由冷却塔排出湿热气体的温度决定。

所述的导流单元结构为上下开口的圆锥形，导流单元中间设置有集水腔，集水腔与导流单元外壳之间设置有导流叶片，导流单元下端与集水腔连接设置有集水腔排水口，沿导流单元外壳外壁一周且距导流单元底面1/3-1/4处设置有2-4个排水口，若导流单元处因强旋流形成滞留的环形液流，则可通过排水口排出。导流单元能够将经过旋风分离单元后带有强旋涡的气流变为更加均匀的流动而后送至纤维聚结单元。

所述的纤维聚结单元内设置有与集水腔相连的纤维聚结滤筒，纤维聚结滤筒上方与纤维聚结单元顶端相连，且纤维聚结单元顶端的出口与纤维聚结滤筒相连。

上述的纤维聚结单元上设置有缓冲腔，缓冲腔的底端与纤维聚结单元顶端的出口相连，缓冲腔顶端中央设置有出气孔。

上述的排水管管口低于锥段底部的距离h与由进气管和锥段组成的旋流单元总高H之比为0～0.2，以此调节锥段底部底流管的液封高度，过高的液封高度的液封高度将破坏旋风分离单元内形成的漩涡；而过低的液封高度则不利于液封水面对分散液滴的捕集。在上述技术方案中，所述的导流单元外壳、导流叶片、集水腔均为锥顶角为50°～70°的圆台结构，过小的锥顶角不能将带有漩涡的气流整合均匀；而过大的锥顶角则会增大装置体积，造成材料和空间的浪费。

上述的纤维聚结单元内吊装有纤维聚结滤筒，所用滤材为聚四氟乙烯覆膜聚酯纤维无纺布(河北四通滤清器厂)，过滤精度为3～5μm，过小的过滤精度会导致装置压降急剧增大，增加能耗；而过大的过滤精度则会导致液滴回收率下降。

上述湿式冷却塔除雾收水装置内壁设置有疏水涂层，例如喷涂含有硅氟官能团的超疏水纳米可控自聚涂料涂层，用以降低空气与器壁摩擦，减少液滴挂壁滞留现象。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)可提供不同流量、载液量、温度的气液混合汽，可在实验室条件下对湿式冷却塔不同工况时排空口处气液混合汽进行模拟；

(2)采用本实验系统进行实验，可测得除雾收水装置处理量-分离效率、压降参考表，便于装置选用。

附图说明

图1为导流单元和纤维聚结单元的连接结构示意图；

图2为旋风分离单元结构示意图；

图3为导流单元结构示意图；

图4为减阻回水管和微孔喷淋管结构示意图；

图5为本实用新型整体结构示意图；

图6为除雾收水装置性能测试的实验系统示意图；

其中：1、旋风分离单元；2、内螺纹接管；3、导流单元；4、纤维聚结单元；5、纤维聚结滤筒；6、缓冲腔；7、底流管；8、排水管；9、锥段；10、进气管；10-1、切向进气口；10-2、圆柱段；11、溢流管；12、支管安装孔；13、导流单元外壳；14、导流叶片；15、集水腔；16、集水腔排水口；17、排水口；18、螺纹接口；19、减阻回水管；20、微孔喷淋管；21、进水支管；22、出气口；23、干湿球温度计；24、高压旋涡气泵；25、第一球阀；26、第一闸阀；27、第一温度传感器；28、第一压力传感器；29、第一转子流量计；30、第二温度传感器；31、超声雾化器；32、气液混合罐；33、液位计；34、出水管闸阀；35、进水管闸阀；36、出水管转子流量计；37、进水管转子流量计；38、第一潜水泵；39、恒温水浴锅；40、降压模块；41、直流电源；42、第三温度传感器；43、第二压力传感器；44、第二球阀；45、第四温度传感器；46、第三压力传感器；47、超细纤维滤筒；48、第二转子流量计；49、第二闸阀；50、第三球阀；51、真空泵；52、第四压力传感器；53、集水槽；54、第四球阀；55、第五球阀；56、第二潜水泵；57、供水槽；58、第五压力传感器；59、温、湿度计。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案：

一种用于除雾收水装置性能测试的实验系统，包括用于实验系统所处环境大气温度、相对湿度测试的干湿球温度计23；由高压旋涡气泵24、第一球阀25、第一闸阀26、第一温度传感器27、第一压力传感器28、第一转子流量计29、第二温度传感器30、超声雾化器31、气液混合罐32、液位计33、出水管闸阀34、进水管闸阀35、出水管转子流量计36、进水管转子流量计37、第一潜水泵38、恒温水浴锅39、降压模块40、直流电源41组成的气液混合汽发生单元；由第二球阀44、第四温度传感器45、第三压力传感器46、超细纤维滤筒47、第二转子流量计48、第二闸阀49、第三球阀50、真空泵51组成的载液浓度测定单元；由第三温度传感器42、第二压力传感器43、除雾收水装置、第四压力传感器52、集水槽53、第四球阀54、第五球阀55、第二潜水泵56、供水槽57、第五压力传感器58、温、湿度计59组成的装置性能测试单元。气液混合汽发生单元产生的气液混合汽通过管道被输送至除雾收水装置；在该管道内插入取样管，通过载液浓度测定单元测定气液混合汽载液量；利用装置性能测试单元测定装置气液分离效率及装置各部分压降。

所述的气液混合汽发生单元连接结构为：高压旋涡气泵通过管道连接在气液混合罐左侧，管道上设置有第一球阀、第一闸阀、第一温度传感器、第一压力传感器和第一转子流量计；气液混合罐下方连接有超声雾化器，超声雾化器左侧连接有第二温度传感器，右侧连接有液位计，底部连接有降压模块和直流电源，超声雾化器通过出水管与进水管和恒温水浴锅相连，进水管底部连接有第一潜水泵，出水管上设置有出水管闸阀和出水管转子流量计，进水管上设置有进水管闸阀和进水管转子流量计。

所述的载液浓度测定单元设置在与气液混合罐右侧连接的管道上，管道上依次连接有第二球阀、第四温度传感器、第三压力传感器、超细纤维滤筒、第二转子流量计、第二闸阀、第三球阀和真空泵。

气液混合罐右侧通过管道与所述的装置性能测试单元的旋风分离单元连接，管道上设置有第三温度传感器和第二压力传感器，旋风分离单元通过内螺纹接管与导流单元连接，导流单元上端通过法兰与纤维聚结单元连接，纤维聚结单元右侧连接有第五压力传感器和温、湿度计，导流单元左侧通过与排水口连接的管道与集水槽相连，同时旋风分离单元底部左侧的排水管也与集水槽相连，内螺纹接管右侧连接有第四压力传感器，旋风分离单元底部右侧通过进水支管与供水槽相连，进水支管上设置有第四球阀和第五球阀，进水支管底端连接有第二潜水泵。

所述的除雾收水装置包括由底流管7、排水管8、锥段9、进气管10、溢流管11和支管安装孔12组成的旋风分离单元1；由导流单元外壳13、导流叶片14、集水腔15、集水腔排水口16和排水口17组成的导流单元3；由纤维聚结滤筒5、缓冲腔6和出气口22组成的纤维聚结单元4。连接关系是：旋风分离单元上端通过内螺纹接管2与导流单元连接，导流单元上端通过法兰与纤维聚结单元连接。

所述的旋风分离单元，上端为带有切向进气口10-1的圆柱形进气管，进气管的圆柱段10-2中心位置设置有溢流管，进气管圆柱段下方通过法兰连接有锥段，锥段下端设置有圆柱形的底流管，底流管左右两侧分别设置有排水管和支管安装孔，在旋风分离单元内部中间位置设置有减阻回水管19，减阻回水管顶端通过其顶部的螺纹接口18与导流单元的集水腔排水口连接，底端延伸至旋风分离单元底流管内，微孔喷淋管20安装在减阻回水管外侧，形成夹套结构，进水支管21穿过支管安装孔，并通过螺纹与微孔喷淋管相连。减阻回水管能够稳定旋风分离单元内形成的漩涡并有效降低其压降；同时将导流单元集水腔中的水导入旋风分离单元，进而通过排水管排出。微孔喷淋管向旋风分离单元内喷适量的水能够促进水蒸气的冷凝，增强除雾回收效果；在装置运行期间其喷淋量由冷却塔排出湿热气体的温度决定。

所述的导流单元结构为上下开口的圆锥形，导流单元中间设置有集水腔，集水腔与导流单元外壳之间设置有导流叶片，导流单元下端与集水腔连接设置有集水腔排水口，沿导流单元外壳外壁一周且距导流单元底面1/3处设置有2个排水口，若导流单元处因强旋流形成滞留的环形液流，则可通过排水口排出。导流单元能够将经过旋风分离单元后带有强旋涡的气流变为更加均匀的流动而后送至纤维聚结单元。

所述的纤维聚结单元内设置有与集水腔相连的纤维聚结滤筒，纤维聚结滤筒上方与纤维聚结单元顶端相连，且纤维聚结单元顶端的出口与纤维聚结滤筒相连。

上述的纤维聚结单元上设置有缓冲腔，缓冲腔的底端与纤维聚结单元顶端的出口相连，缓冲腔顶端中央设置有出气孔。

上述的排水管管口低于锥段底部的距离h与由进气管和锥段组成的旋流单元总高H之比为0.2，以此调节锥段9底部底流管的液封高度，过高的液封高度的液封高度将破坏旋风分离单元内形成的漩涡；而过低的液封高度则不利于液封水面对分散液滴的捕集。在上述技术方案中，所述的导流单元外壳、导流叶片、集水腔均为锥顶角为50°的圆台结构，过小的锥顶角不能将带有漩涡的气流整合均匀；而过大的锥顶角则会增大装置体积，造成材料和空间的浪费。

上述的纤维聚结单元内吊装有纤维聚结滤筒，所用滤材为聚四氟乙烯覆膜聚酯纤维无纺布(河北四通滤清器厂)，过滤精度为3μm，过小的过滤精度会导致装置压降急剧增大，增加能耗；而过大的过滤精度则会导致液滴回收率下降。

上述湿式冷却塔除雾收水装置内壁设置有疏水涂层，例如喷涂含有硅氟官能团的超疏水纳米可控自聚涂料涂层，用以降低空气与器壁摩擦，减少液滴挂壁滞留现象。

本实用新型的实验原理如下：

高压旋涡气泵输送气体进入气液混合罐，与气液混合罐罐底超声雾化器产生的雾化液滴混合，形成气液混合汽，为性能测试实验提供原料气。

气液混合汽性质由以下方式控制：

(1)气液混合汽流量由高压旋涡气泵的流量控制。通过第一球阀、第一闸阀联合作用，采用旁路调节方式对高压旋涡气泵流量进行控制，通过调整第一球阀开度粗调高压旋涡气泵流量，通过调整第一闸阀开度细调高压旋涡气泵流量。高压旋涡气泵的流量由第一转子流量计测定。第一转子流量计前设置第一温度传感器、第一压力传感器，测定气体温度及压力，用于第一转子流量计流量测试值的修正。

(2)气液混合汽载液量由超声雾化器雾化量控制。通过改变超声雾化器接入直流电源的个数粗调雾化量，利用降压模块调节单一超声雾化器工作压力细调雾化量，工作电压在0～24V内连续调节。超声雾化器的雾化量受其潜水深度影响，通过调节气液混合罐内水位可调节超声雾化器的潜水深度。气液混合罐内的水，通过进、出水管及第一潜水泵，与恒温水浴锅内的水形成循环流动。通过调节出水管闸阀和进水管闸阀的开度调节出水管和进水管的水量，可使水位稳定在指定位置。气液混合罐设置液位计用以指示气液混合罐内水位。

(3)气液混合汽温度由气液混合罐内水温控制，水温由第二温度传感器测定。如上(2)所述，气液混合罐内的水通过进、出水管及第一潜水泵与恒温水浴锅内水形成循环流动，通过调节恒温水浴锅加热温度，可控制气液混合罐内水温。

气液混合汽发生单元产生的气液混合汽通过管道被输送至除雾收水装置，在该管道内插入取样管，通过载液浓度测定单元测定气液混合汽载液量。打开第二球阀，在一定时间内对气液混合汽采样，当气液混合汽通过超细纤维滤筒时，所含液滴被超细纤维滤筒截留，称量采样前后超细纤维滤筒的质量，采样前后质量差与采样流量及采样时间之比，即为气液混合汽的载液量。采样采用等动力采样方法，即保证取样口内气体流速与气液混合汽流速相等，流速通过流量与流经面积之比计算。采样流量由第二转子流量计测定，由真空泵流量决定。真空泵流量通过第二闸阀和第三球阀联合控制。主管道内混合汽的温度、压力由第三温度传感器和第二压力传感器测定。采样时，采样管道内气液混合汽温度、压力由第四温度传感器和第三压力传感器测定。

气液混合汽发生单元产生的气液混合汽通过管道被输送至装置性能测试单元的除雾收水装置，混合气通过进气口进入装置后，在旋风分离单元内形成旋转方向相同、轴向运动方向相反的内、外螺旋运动，运动轨迹如图2所示。混合气所夹带的雾滴在外螺旋区螺旋向下运动时，由于离心力的作用，雾滴向旋风分离单元的壁面运动并汇集成液流流向锥段底部的底流管，并通过排水管排出。经过外螺旋运动后，未被收集的雾滴随气体沿着微孔喷淋管的外壁螺旋向上运动。期间，通过进水支管向微孔喷淋管注水，同时向旋风分离单元内喷水，能够促进湿热气中所含水蒸气的冷凝并捕集部分内螺旋运动中未被收集的雾滴，增强除雾回收效果。

当夹带雾滴的气流螺旋向上，依次通过溢流管、内螺纹接管进入导流单元后，雾滴在气流带动下在导流叶片表面相互碰撞聚集，汇成液滴直至形成环形液流，通过排水口排出。当气流继续向上运动，通过导流单元后进入纤维聚结单元，仍然夹带在空气中的微小液滴及在运动中进一步冷凝产生的液滴在纤维聚结滤筒的拦截下汇聚为液流滴入导流单元的集水腔，由减阻回水管输送至锥段的底部底流管后由排水管排入集水槽。通过测量一定时间内除雾收水装置的回收水量，即集水槽的水量，计算装置分离效率；通过第二压力传感器测定装置进口前压力；通过第四压力传感器测定旋风分离单元出口压力，与第二压力传感器压力值相减获得旋风分离单元的压降；通过第五压力传感器测定导流单元及纤维聚结单元内纤维聚结滤筒外侧压力，与第四压力传感器压力值相减获得导流单元的压降，与大气压相减获得纤维聚结滤筒的压降；温、湿度计测定装置出口气液混合汽温度及湿度。

本实用新型可提供不同流量、载液量、温度的气液混合汽，可在实验室条件下对湿式冷却塔不同工况时排空口处气液混合汽进行模拟；采用本实验系统进行实验，可测得除雾收水装置处理量-分离效率、压降参考表，便于装置选用。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。