CN102003913A - 蒸发式换热设备节水、防雾及防结冰方法及填料组件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于蒸发式热交换设备领域。蒸发式换热设备节水、防雾及防冬季结冰方法，通过改变换热设备填料表面喷淋水分布面积和通风换热方式，控制喷淋水的蒸发潜热和空气的显热量，减少冬季运行时喷淋水的蒸发量，提高冷空气显热量。本发明提供了一种调节填料蒸发水量及风机出口空气温度和相对湿度的新工艺，通过改变填料表面喷淋水流通面积，利用冬季低焓值的冷空气，提高空气显热带走的热量，控制蒸发水量，从而维持喷淋水适宜温度，保证排风口空气较高温度和较低相对湿度，减轻排风口水蒸气凝结产生的白雾现象。
Description
技术领域
本发明属于蒸发式热交换设备领域，特别涉及蒸发式换热设备的换热方法，另外本发明还涉及换热填料组件。
背景技术
蒸发式换热设备包括开式塔、蒸发式冷凝器或蒸发式流体冷却器等，如图1，图2及图3所示，是利用强制通风，使喷淋在填料表面的循环水部分蒸发，带走热量,实现循环水冷却降温，维持较低水温的湿式换热设备。由于是利用喷淋水部分蒸发实现降温，相对没有水分蒸发的干式换热，其换热效率高、造价低，能够使循环水降低到接近空气湿球温度，在工农业生产中得到了广泛的应用。相对于冷却水直排式换热，能够节约工业用水90%以上，而且类似采用大热质传递面积的PVC填料开式冷却塔，近年来，闭式塔及蒸发式冷凝冷却设备也在采用换热管和填料组合形式，二次换热填料明显提高换热效率。但是，由于大面积的填料使用，使设备的热负荷随季节变化较大，尤其当环境湿球温度降到很低时，换热设备填料表面容易出现喷淋水温度过低的结冰现象，由于水分过度蒸发导致喷淋水不必要的浪费，如传统横流式换热设备填料，其相邻两片PVC填料之间排布距离一般＜30mm，平行两端开放设计，喷淋水从填料上部直接分布到填料的两个侧面，通常两个侧面都设计成各种凹凸曲面，增加传热传质面积与气液传质接触时间。喷淋水在重力作用下，沿着这些凹凸三维形态沟槽曲折流动，经过数倍于填料高度的流动距离，与横流通过的外界空气进行充分的热质交换，在饱和蒸汽压差的驱动下，部分喷淋水蒸发，使通过填料的空气接近饱和状态，经轴流风机抽吸排放到环境中。而且由于风机出口空气相对湿度较大，排放到低温潮湿大气中，会产生白雾现象，对环境产生不同程度影响。
目前对上述问题的解决办法主要是采用电加热的方式，维持喷淋水温度高于结冰温度，但在冬季寒冷地区，冷却塔进风口处经常会出现严重结冰现象，其主要原因是环境温度过低，空气入口处喷淋水温度过低，出现不断结冰现象，冰层厚度不断增加会严重影响填料层的正常功能，而且均需额外附加能耗，消耗了很多不必要的水分蒸发；除雾工艺主要是采用在进风口处对部分空气进行加热升温处理，或对已经过填料加湿的空气进行加热来提高其相对湿度，降低出口空气露点温度，降低对周围环境的水雾污染。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足问题，提供一种蒸发式换热设备节水、防雾及防冬季结冰方法，过渡季节或冬季运行时对热质传递方式进行调节，有效利用低温空气的显热，减少喷淋水蒸发量及循环水温度。另外本发明还提供蒸发式换热设备节水、防雾及防冬季结冰填料组件，结构简单，制冷效果佳，实现节水、防雾且防结冰的目的。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：蒸发式换热设备节水、防雾及防冬季结冰方法，通过改变换热设备填料表面喷淋水分布面积和通风换热方式，控制喷淋水的蒸发潜热和空气的显热量，减少冬季运行时喷淋水的蒸发量，提高冷空气显热量。
所述蒸发式换热设备采用干湿混合运行，强制通风经过填料表面，湿式运行有喷淋水的填料表面进行蒸发换热，空气被加湿升温；干式运行无喷淋水的填料表面空气进行对流换热，空气只通过对流换热提高温度，通过填料换热后干、湿空气在塔内充分混合，再经风机排放到环境中。
所述干湿混合运行采用填料两表面一面干式运行，另一面湿式运行。
本发明蒸发式换热设备节水、防雾及防冬季结冰填料组件，各片填料间等距离排布，每两片填料为一个填料组，且每个填料组两片填料最上方边缘根据热负荷及环境湿球温度进行密封，各填料组之间非密封连接。
所述填料两个侧面均呈各种凹凸曲面。
所述填料组件是适用于全填料横流冷却塔、盘管加填料组合式的蒸发式冷凝器或闭式冷却塔的填料组件。
本发明方法新颖独特，将干湿运行有机结合在一起，提供了一种调节填料蒸发水量及风机出口空气温度和相对湿度的新工艺，在环境湿球温度较低季节，将填料表面喷淋水面积降低，无喷淋水表面利用空气显热进行对流换热。采用干湿混合运行方式，喷淋水蒸发传质面积可降低50%，单位面积填料表面喷淋水流量增加50%，循环水温明显升高，降低喷淋水温度过低而出现结冰趋势。喷淋水在填料表面的热质交换方式，包括蒸发潜热及对流显热的合理分配方法，及其对冬季喷淋水过度蒸发、出风口白雾及填料表面结冰抑制作用。
本发明填料组件结构简单，基本不改变目前制冷设备的整体结构及安装使用方法，仅是进行简单的密封处理，加工使用方便，实现干、湿混合运行方式，通过改变填料表面喷淋水流通面积，利用冬季低焓值的冷空气，提高空气显热带走的热量，控制蒸发水量，从而维持喷淋水适宜温度，保证排风口空气较高温度和较低相对湿度，减轻排风口水蒸气凝结产生的白雾现象。本发明广泛适用于全填料横流冷却塔、盘管加填料组合式的蒸发式冷凝器或闭式冷却塔。
附图说明
图1是对称型横流冷却塔结构示意图；
图2是小型横流冷却塔结构示意图；
图3是带填料的蒸发式冷凝或冷却器结构示意图；
图4是传统填料湿式运行填料组件示意图；
图5是本发明填料干湿式混合运行填料组件示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明内容进一步详细说明。
实施例1：如图3所示蒸发式冷凝器，上箱体为换热盘管1，下箱体为横流PVC二次换热填料组件2，填料组件2双面换热总面积4600m2，进风量53m3/s,湿球温度27℃，冷凝温度35℃，排热量1200kW。当环境湿球温度为2℃,填料湿式运行，设备正常运行热负荷可达3460kW,而系统实际排热量仅需1200 kW。
其中填料组件采用如图5所示填料组件,每两片填料4为一个填料组3，每个填料组按等距离排布且最上方边缘5密封连接，填料组3之间按等距离排布，每个填料组3之间非密封连接，填料4两个侧面均呈各种凹凸曲面，通过采用此结构填料实现干湿混合状态运行，蒸发潜热和对流显热换热比例可达50:50, 对于北方地区可干湿混合运行长达半年时间，喷淋循环水温始终维持在25℃以上，节约蒸发水量30%～40%，而且出口空气露点温度可升高6～8℃，很大程度降低了结冰趋势及白雾现象。
实施例2：如图3所示的蒸发式闭式冷却塔产品，上箱体换热盘管1，下箱体横流PVC换热填料组件2，填料组件双面换热总面积7200 m2，进风量98.4 m3/s，湿球温度28℃，进出口水温37/32℃，排热量2250kW。假设热负荷不随季节变化，当环境湿球温度低于2℃时，采用湿式运行设备换热能力将超过6000kW,如果按正常热负荷工作，进出口水温相应要降低很多，对温度降低没有限制的系统可以继续运行，但由于水温较低，需要额外电加热防冻工艺。
其中填料组件采用如图5所示填料组件,每两片填料为一个填料组3，填料组两片填料4按等距离排布且最上方边缘5密封连接，填料组3之间按等距离排布，每个填料组之间非密封连接，填料两个侧面均呈各种凹凸曲面，通过采用此结构填料实现干湿混合状态运行，维持系统进出口水温不变或略低，充分利用环境低温空气的显热，使排出热量中的显热量提高到50%以上，蒸发水量降低30%～40%，空气出口相对湿度降低30%左右，相应露点温度降低5～7℃,明显缓解了设备空气出口白雾及进风口结冰现象。
采用本发明，可以控制喷淋水的蒸发量，降低风机出口空气的露点温度，改变平行排列填料表面的布液方式，以每两片填料为一个填料组3，填料组的两片填料4最上方边缘5封闭连接，改变换热设备填料表面喷淋水分布面积和通风换热方式，使得每片填料的两表面一面干式运行，另一面为湿式运行，强制通风经过填料表面，有喷淋水的表面主要为蒸发换热，无喷淋水面为空气被加热的对流换热方式。这样使环境的冷干空气分别经过填料两个表面，一部分空气被加湿升温，另一部分空气只通过对流换热提高温度，经填料换热后的空气在塔内混合，再经风机排放到环境中。相对于常规蒸发式式换热设备，所排放的空气接近饱和状态，而部分干式运行的空气被升高温度后于加湿的空气混合后的有以下区别，（1）干球温度升高；（2）相对湿度降低；（3）露点温度降低。采用干湿混合的换热方式，喷淋水蒸发传质面积减小，总排热量中空气显热量增加，蒸发潜热量相对减少，喷淋水温度相对升高，填料表面结冰现象降低。
Claims (6)
1.蒸发式换热设备节水、防雾及防冬季结冰方法，其特征是：通过改变换热设备填料表面喷淋水分布面积和通风换热方式，控制喷淋水的蒸发潜热和空气的显热量，减少冬季运行时喷淋水的蒸发量，提高冷空气显热量。
2.根据权利要求1所述的蒸发式换热设备节水、防雾及防冬季结冰方法，其特征是：蒸发式换热设备采用干湿混合运行，强制通风经过填料表面，湿式运行有喷淋水的填料表面进行蒸发换热，空气被加湿升温；干式运行无喷淋水的填料表面空气进行对流换热，空气只通过对流换热提高温度，通过填料换热后干、湿空气在塔内充分混合，再经风机排放到环境中。
3.根据权利要求1或2所述的蒸发式换热设备节水、防雾及防冬季结冰方法，其特征是：干湿混合运行采用填料两表面一面干式运行，另一面湿式运行。
4.蒸发式换热设备节水、防雾及防冬季结冰填料组件，其特征是：各片填料间等距离排布，每两片填料为一个填料组，且每个填料组两片填料最上方边缘根据热负荷及环境湿球温度进行密封，各填料组之间非密封连接。
5.根据权利要求4所述的蒸发式换热设备节水、防雾及防冬季结冰填料组件，其特征是：填料两个侧面均呈各种凹凸曲面。
6.根据权利要求4或5所述的蒸发式换热设备节水、防雾及防冬季结冰填料组件，其特征是：填料组件是适用于全填料横流冷却塔、盘管加填料组合式的蒸发式冷凝器或闭式冷却塔的填料组件。
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