一種循環(huán)水冷卻系統(tǒng)及冷卻方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)節(jié)水技術領域，具體涉及一種循環(huán)水冷卻系統(tǒng)及冷卻方法。
【背景技術】
[0002]大型企業(yè)現(xiàn)有的循環(huán)水系統(tǒng)絕大部分采用敞開式結構，即傳統(tǒng)的開式冷卻塔，一方面造成新鮮水消耗量大(主要表現(xiàn)為蒸發(fā)損失、風冷塔風吹損失和旁濾反洗水消耗)，一般循環(huán)水系統(tǒng)消耗的水量占工業(yè)用水量的2/3，甚至更多；另一方面開式冷卻塔的冷卻水與大氣直接接觸，大氣中大量的雜質進入系統(tǒng)，造成管道腐蝕和結垢，被迫投加大量阻垢劑、緩蝕劑、殺菌劑等化學藥劑，即不經(jīng)濟又產(chǎn)生二次污染。
[0003]近年來，越來越多的研究者將目光轉向了閉式冷卻塔，其將管式換熱器置于塔內(nèi)，通過流通的空氣、噴淋水與循環(huán)水的熱交換保證降溫效果。由于是閉式循環(huán)，其能夠保證水質不受污染，很好的保護了主設備的高效運行，提高了使用壽命。但是從本質上講，閉式冷卻塔和開式冷卻塔都是利用風來加快水的蒸發(fā)，通過水的氣化潛熱來帶走熱量，然后再由風把熱量、水汽以及液態(tài)飄溢出來的水份帶到大氣中，雖然閉式冷卻塔在工藝上具有良好的節(jié)水節(jié)能效果，但是還是不能從根本上解決水和能量的流失，而循環(huán)水系統(tǒng)又是企業(yè)耗水大戶，并且循環(huán)水的冷卻溫差里又蘊含著非常大的熱能，都是直接分散到大氣中，很不經(jīng)濟。
[0004]CN201320311196.7公開了一種閉式冷卻塔，包括殼體、風機、盤管和噴淋器，其特征在于:所述殼體一側設有進風口，所述風機安裝在進風口處，所述殼體頂部設置有排風窗；所述盤管設置在殼體內(nèi)，盤管的熱流體進口在上，冷流體出口在下；在盤管正上方設置有噴淋器，在盤管正下方的殼體底部設置有接水槽，所述接水槽下部一側設有排水口，排水口通過噴淋泵和循環(huán)管路與噴淋器的進水口連接。該發(fā)明通過在殼體內(nèi)增加了填料，雖然延長了冷卻水停留時間，增加換熱面積，冷卻效果有一定的提高，但是存在大量水耗的事實沒有改變，且循環(huán)水帶來的能量也散發(fā)到空氣中，沒有得到回收利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種循環(huán)水冷卻系統(tǒng)及冷卻方法。本發(fā)明將閉式冷卻塔與真空技術相結合，實現(xiàn)了水和熱能的雙重回收，同時可以保證循環(huán)水系統(tǒng)的聞效運彳丁，冷卻效率顯者提聞。
[0006]本發(fā)明的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)包括閉式冷卻塔、羅茨風機、真空泵、緩沖罐、壓縮機、換熱器和節(jié)流閥，所述閉式冷卻塔一側塔壁下方設有兩個出風口，分別與羅茨風機和真空泵相連，用于抽取冷卻塔內(nèi)的氣體至緩沖罐，緩沖罐后面連接有壓縮機，用于控制緩沖罐內(nèi)的壓力，從而實現(xiàn)閉式冷卻塔內(nèi)部的真空環(huán)境，經(jīng)過壓縮后的高溫高壓蒸汽進入換熱器變成低溫高壓液體，然后經(jīng)過節(jié)流閥變成低溫低壓液體，回流到閉式冷卻塔的噴淋系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明中，所述閉式冷卻塔內(nèi)部設置有換熱盤管，在換熱盤管正上方設置有噴淋器，在換熱盤管下方設置有集液槽，所述集液槽下部一側設有排液口，排液口通過循環(huán)泵及管路與噴淋器連接。本發(fā)明采用混合排布的方式在換熱盤管空隙處設置填料，可以按照一層填料、一層換熱盤管混合排布的方式，以增大噴淋液體的換熱面積，延長液體的停留時間，提高液體的蒸發(fā)量。
[0008]本發(fā)明中，所述的閉式冷卻塔與羅茨風機和真空泵相連的一側設有擋水板，含水霧的空氣流過擋水板組成的波形通道后，即將空氣中的液態(tài)水滴截留下來，防止在抽真空的過程中噴淋水的逸散。所述的擋水板采用耐腐蝕的PVC材料。
[0009]本發(fā)明中，所述的換熱盤管采用燒結型高通量管，即在普通換熱管表面燒結一薄層具有特定結構的多孔表面換熱管，可燒結在外表面或內(nèi)表面。具體制備方法如下:首先采用波紋管專用機械將光管壓制成波紋基管，然后采用燒結方式將50-300目的金屬粉末涂裝到波紋基管上形成多孔金屬表面，即制備出高通量管。所述的波紋基管為碳鋼、低合金鋼或不銹鋼管等普通換熱管；所述的金屬粉末為鐵基合金粉末。所制備的波紋管的多孔層厚度為0.3-0.7mm,孔隙率為30_60%，換熱系數(shù)為普通光管的8_10倍，防鹽類析出結垢能力強，冷卻換熱能力大幅度提升。相比較于普通光管，采用高通量管，所需閉式冷卻塔的空間大幅度減小，容器成本大幅度降低，特別是有利于對閉式冷卻塔抽真空，實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。本發(fā)明中，所述的集液槽內(nèi)的液體主要為除鹽水，為了增強冷卻能力，可以加入少量的質量濃度為10%-30%的氨水，體積分數(shù)占比不超過30%，以降低冷卻系統(tǒng)對設備材質的較高要求。
[0010]本發(fā)明中，所述的換熱器為管式換熱器，冷卻介質與高溫高壓蒸汽采用逆流換熱，傳熱推動力強，冷卻介質出口溫度高，經(jīng)過換熱后，高溫高壓蒸汽變成低溫高壓液體，然后經(jīng)過節(jié)流閥變成低溫低壓液體，回流到閉式冷卻塔的噴淋系統(tǒng)。所述的冷卻介質可以是水或者空氣，出口溫度在45_80°c，可以用來供暖、洗漱以及鍋爐補水。
[0011]本發(fā)明中，在壓縮機與緩沖罐之間設置氣體回路，將經(jīng)壓縮機壓縮的高溫高壓蒸汽再次回流到緩沖罐，使緩沖罐原有的蒸汽得到預熱，混合后一起進入壓縮機進行二次壓縮，再次提高蒸汽的位能，然后經(jīng)過換熱器換熱，進一步提高了冷卻介質出口溫度，適用于對換熱器出口溫度要求較高的場合。
[0012]本發(fā)明中，通過羅茨風機和真空泵的協(xié)同作用控制冷卻體系的真空度為
0.05-0.07MPa。由于羅茨風機在大量吸收蒸發(fā)出來的氣體時，還可以對蒸汽進行初步壓縮，因此當冷卻能力要求不高，羅茨風機單獨作用可以滿足體系所需的真空度，則不需要開啟真空泵；當冷卻能力要求較高時，或循環(huán)水處理溫差大于10°c或出口溫度低于32°C，則啟動真空泵輔助抽真空。
[0013]本發(fā)明中，所述的緩沖罐內(nèi)部設有壓力表和自動壓力控制系統(tǒng)，用來提高壓縮機工作效率和降低能耗，即當壓力達到0.2MPa-0.4MPa時，后面連接的壓縮機開始啟動，對蒸汽進行升溫加壓；當緩沖罐內(nèi)的壓力降至0.05MPa-0.2MPa后，壓縮機停止工作。
[0014]采用上述冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水冷卻方法，首先啟動循環(huán)泵，噴淋器流出的噴淋液均勻的流經(jīng)層層填料和換熱盤管；隨后開啟羅茨風機和真空泵，控制冷卻體系的真空度為
0.05-0.07MPa ;蒸發(fā)的氣體通過風機被吸入到緩沖罐，其中PVC擋水板可以有效的去除濕空氣夾帶的噴淋液，降低噴淋水的飄溢率；緩沖罐內(nèi)的壓力到達設定的0.2-0.4MPa后，壓縮機開式工作，緩沖罐內(nèi)的蒸汽經(jīng)壓縮機做功變成了高溫高壓蒸汽，流經(jīng)管式換熱器被冷卻介質冷卻后，變成了低溫高壓液體，然后經(jīng)過節(jié)流閥減壓，成為低溫低壓液體，最后回流到閉式冷卻塔。若冷卻能力要求較高或者需要進一步降低循環(huán)水出口溫度，則開啟真空泵輔助抽真空；若提高冷卻介質出口溫度，則需要開啟氣體回路閥門。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、水得到回收，沒有損失。本發(fā)明利用真空條件下水的沸點降低這一原理以及循環(huán)水可以提供穩(wěn)定熱源的特點，對閉式冷卻塔內(nèi)部抽真空，使冷卻系統(tǒng)處于一個全封閉式的回路內(nèi)，水從液態(tài)蒸發(fā)變成氣態(tài)，氣態(tài)經(jīng)過壓縮變成高溫高壓氣體，冷卻后重新變成液體回流，水只是形態(tài)發(fā)生了變化，沒有損耗；
2、熱能得到回收?，F(xiàn)有循環(huán)水系統(tǒng)的開式冷卻塔和閉式冷卻塔都是把循環(huán)水的熱量轉移到了大氣中去，巨大的熱量都隨著空氣的流通而浪費掉，本發(fā)明以除鹽水和少量的氨水為介質，經(jīng)過羅茨風機、真空泵、壓縮機的提升，使得低品位的熱源轉變成了高品位的熱源，最后被重新利用；
3、換熱盤管采用燒結型多通量管，使得換熱盤管的傳熱效率提高1.5-4倍，換熱能力大大提升，所需的閉式冷卻塔的尺寸大大減少，特別有利于對閉式冷卻塔抽真空，實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行；
4、制冷介質采用除鹽水，外加少量的氨水，成本低廉，操作安全，環(huán)保無污染，對設備材質和規(guī)格要求較低。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明所用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)工藝流程圖；
圖中1-閉式冷卻塔，2-羅茨風機，3-真空泵，4-緩沖罐，5-壓縮機，6-換熱器，7-節(jié)流閥，8-循環(huán)水入口，9-循環(huán)水出口，10-循環(huán)泵，11-集液槽，12-換熱盤管，13-噴淋器，14-填料，15-擋水板，16-氣體回路，17-冷卻介質入口，18-冷卻介質出口。
[0017]圖2為本發(fā)明使用的燒結型高通量的外壁結構。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。以下所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明范圍內(nèi)所做的均等變化與修飾，皆應屬于本發(fā)明的涵蓋范圍。
[0019]如圖1所示的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，包括閉式冷卻塔1、羅茨風機2、真空泵3、緩沖罐
4、壓縮機5、換熱器6和節(jié)流閥7，其中閉式冷卻塔I中循環(huán)水入口 8在上，循環(huán)水出口 9在下。換熱盤管12和填料14按照一層填料、一層換熱盤管混合排布的方式。在換熱盤管12下方設置有集液槽11，所述集液槽下部一側設有排水口，排水口通過循環(huán)泵10及管路與噴淋器13的進水口連接。閉式冷卻塔I另一側塔壁下方設有兩個出風口，分別與羅茨風機2和真空泵3相連，用于抽取冷卻塔內(nèi)的氣體至緩沖罐4，緩沖罐4后面連接有壓縮機5，用于控制緩沖罐4內(nèi)的壓力，從而實現(xiàn)閉式冷卻塔內(nèi)部的真空環(huán)境，經(jīng)過壓縮后的高溫高壓蒸汽進入換熱器6變成低溫高壓液體，然后經(jīng)過節(jié)流閥7變成低溫低壓液體，回流到閉式冷卻塔的噴淋系統(tǒng)。
[0020]本發(fā)明循環(huán)水冷卻系統(tǒng)運行時，首先啟動循環(huán)泵10，噴淋器13流出的噴淋液均勻的流經(jīng)層層填料14和換熱盤管12。隨后開啟羅茨風機2和真空泵3，控制冷卻體系的真空度為0.05-0.07MPa ;蒸發(fā)的氣體通過風機被吸入到緩沖罐4，其中PVC擋水板15可以有效的去除濕空氣夾帶的噴淋液(主要是噴淋水)，降低噴淋水的飄溢率。緩沖罐4內(nèi)的壓力到達設