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CN104807277A - 循环水冷却系统 - Google Patents

循环水冷却系统 Download PDF

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CN104807277A
CN104807277A CN201410503243.7A CN201410503243A CN104807277A CN 104807277 A CN104807277 A CN 104807277A CN 201410503243 A CN201410503243 A CN 201410503243A CN 104807277 A CN104807277 A CN 104807277A
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circulating
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CN201410503243.7A
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许永宏
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CHANGSHA HAICHUAN ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
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CHANGSHA HAICHUAN ENERGY-SAVING TECHNOLOGY Co Ltd
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    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F25D17/02—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating liquids, e.g. brine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

本发明提供一种循环水冷却系统。所述循环水冷却系统包括冷却塔、换热器、供水管道和回水管道，所述供水管道与所述回水管道并联设置，所述换热器串联在所述供水管道中，所述冷却塔包括循环水出口和循环水入口，循环水从所述循环水出口流出，并分别通过所述供水管道及回水管道回流至所述循环水入口进入所述冷却塔。

Description

循环水冷却系统
技术领域
本发明涉及循环水设计技术领域，特别地，涉及一种循环水冷却系统。
背景技术
工业生产过程中，常常需要对工业设备、产品或者介质进行冷却，目前最常用的工业冷却方式是采用循环水进行冷却，其典型的运行模式如附图1所示，其包括冷却塔1、循环水泵2及换热器3。所述冷却塔1包括喷嘴11、填料层12、集水池13。工业废热通过所述换热器3传递循环水，使循环水升温，升温后的循环水回流至所述冷却塔1，在所述冷却塔1内通过通风、蒸发散热、喷淋填料等措施重新得到冷却，再循环用于工业冷却。
当循环水在所述冷却塔1时，循环水的冷却过程具体为：循环水通过所述喷嘴11喷出，形成很小的水滴或极薄的水膜，扩大循环水与空气的接触面积以及延长接触时间，加强水的蒸发汽化，带走水中的大量热量，然后经所述填料层12，与空气发生传质传热运动，循环水温度逐渐降低，最后落到所述集水池13中，所以循环水在所述冷却塔1中冷却的过程是传导散热和蒸发散热的过程。循环水必须从所述喷嘴11中均匀喷出，否则不仅直接降低冷却效果，还可能造成部分循环水飞溅而飘逸出塔外，增加水量损失。
若所述冷却塔1的流量恒定，当所述冷却塔1外部大气的湿球温度提高时，所述冷却塔1的出水温度就会相应提高，其实际出水温度超过所述冷却塔1设定的出水温度，即所述冷却塔1的出水温度超过所述换热器3限定的进水温度，那么则会影响所述换热器3的安全运行或者产品质量。
现有降低冷却塔出水温度的常用方法，主要有如下几种：更换冷却塔的淋水填料；增加风机或提高风机的功率；优化冷却水的布水结构或喷嘴，使冷却塔内布水均匀；改变冷却塔内部结构，实现冷却塔群集中冷却。由于冷却塔外部大气的湿球温度变化频率快，采用上述几种方法来降低冷却塔的出水温度，操作复杂，难度大，耗时，生产成本增加。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明在不更换冷却塔设备或者淋水填料的情况下，提供一种循环水冷却系统。
本发明提供的循环水冷却系统，包括冷却塔、换热器、供水管道和回水管道，所述供水管道与所述回水管道并联设置，所述换热器串联在所述供水管道中，所述冷却塔包括循环水出口和循环水入口，循环水从所述循环水出口流出，并分别通过所述供水管道及回水管道回流至所述循环水入口进入所述冷却塔。
在本发明提供的循环水冷却系统的一种较佳实施例中，所述冷却塔包括塔体和集水池，所述集水池设于所述塔体下方，所述循环水出口设置在所述集水池上，所述循环水入口设置在所述塔体上，所述塔体内部从上至下依次包括喷淋装置和填料层，所述喷淋装置包括配水管和设于所述配水管的多个喷嘴，所述配水管贯穿所述循环水入口与所述供水管道和/或所述回水管道相连接。
在本发明提供的循环水冷却系统的一种较佳实施例中，所述冷却塔还包括风机，所述风机设于所述塔体上方，所述风机设有出风口，所述塔体设有进风口，所述进风口设于所述填料层下方。
在本发明提供的循环水冷却系统的一种较佳实施例中，所述循环水冷却系统还包括循环水泵和输水管，所述供水管道包括第一送水管和第二送水管，所述循环水出口依次顺序连接所述输水管、循环水泵、第一送水管、换热器、第二送水管和配水管。
在本发明提供的循环水冷却系统的一种较佳实施例中，所述循环水冷却系统还包括调节阀，所述调节阀串联在所述回水管道中，所述回水管道两端分别与所述第一送水管及配水管相连接。
在本发明提供的循环水冷却系统的一种较佳实施例中，所述循环水冷却系统还包括调节阀，所述调节阀串联在所述回水管道中，所述配水管设有两根，所述第二送水管和所述回水管道分别对应连接一根配水管，所述回水管道另一端与所述第一送水管相连接。
在本发明提供的循环水冷却系统的一种较佳实施例中，所述循环水冷却系统还包括回流水泵和调节阀，所述回流水泵和调节阀串联在所述回水管道中，所述回水管道分别与所述循环水出口及所述配水管相连接。
在本发明提供的循环水冷却系统的一种较佳实施例中，所述循环水冷却系统还包括回流水泵和调节阀，所述回流水泵和调节阀串联在所述回水管道中，所述配水管设有两根，所述第二送水管和所述回水管道分别对应连接一根配水管，所述回水管道另一端与所述第一送水管相连接。
在本发明提供的循环水冷却系统的一种较佳实施例中，所述循环水冷却系统还包括中央处理器和控制器，所述中央处理器与所述控制器连接，所述中央处理器包括数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块用于采集所述循环水冷却系统的温度、压力和流量，然后将数据传送给所述数据处理模块，所述数据处理模块将数据处理后发出指令给所述控制器，所述控制器分别连接所述冷却塔及循环水泵。
在本发明提供的循环水冷却系统的一种较佳实施例中，所述循环水冷却系统还包括中央处理器和控制器，所述中央处理器与所述控制器连接，所述中央处理器包括数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块用于采集所述循环水冷却系统的温度、压力和流量，然后将数据传送给所述数据处理模块，所述数据处理模块将数据处理后发出指令给所述控制器，所述控制器分别连接所述冷却塔、循环水泵及回流水泵。
与现有技术相比，本发明提供的循环水冷却系统设计合理，其不需要更换冷却塔设备或者淋水填料，通过增加一回水管道，将部分循环水作为回流冷却水从所述回水管道直接回流至所述冷却塔，以降低所述冷却塔的进水温度，从而保证循环水经所述冷却塔冷却后的出水温度达到所述换热器的安全运行要求，整个所述循环水冷却系统实现大温差小流量运行，从而达到节能的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是现有技术所揭示一种循环水冷却系统的结构示意；
图2是本发明第一实施方式所揭示循环水冷却系统的结构示意图；
图3是图2所示循环水冷却系统的控制系统框图；
图4是本发明第二实施方式所揭示循环水冷却系统的结构示意图；
图5是本发明第三实施方式所揭示循环水冷却系统的结构示意图；
图6是本发明第四实施方式所揭示循环水冷却系统的结构示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，图2是本发明第一实施方式所揭示循环水冷却系统的结构示意图。所述循环水冷却系统100包括冷却塔11、循环水泵12、换热器13、调节阀14、输水管150、供水管道(未标号)和回水管道16。所述供水管道与所述回水管道16并联设置。所述换热器13串联在所述供水管道中。所述冷却塔11包括循环水出口1131和循环水入口1111。循环水从所述循环水出口1131流出，并分别通过所述供水管道及回水管道16回流至所述循环水入口1111进入所述冷却塔11，即其中一部分循环水先从所述供水管道流经所述换热器13后再回流至所述冷却塔11，另一部分循环水直接从所述回水管道16回流至所述冷却塔11。
具体地，所述冷却塔11包括塔体111、风机112和集水池113。所述风机112设于所述塔体111上方，所述集水池113设于所述塔体111下方。所述循环水入口1111设置在所述塔体111上，所述循环水出口1131设置在所述集水池113上。所述塔体111从上至下依次包括喷淋装置1112、填料层1113和进风口1114。所述喷淋装置1112包括配水管1123和设于所述配水管1123的多个喷嘴1124。所述风机112顶部设有出风口1121。
所述供水管道包括第一送水管151和第二送水管152。
所述循环水出口1131依次顺序连接所述输水管150、循环水泵12、第一送水管151、换热器13、第二送水管152和配水管1123构成第一回路。
所述回水管道16两端分别通过三通接头(未标号)与所述第一送水管151及配水管1123相连接，构成第二回路。
所述调节阀14串联在所述回水管道16中，用于控制通过所述回水管道16的循环水流量。优选的，所述调节阀14为智慧型调节阀。
所述循环冷却系统100的工作原理为：循环水从所述冷却塔11的循环水出口1131流出，其中一部分循环水(定义为循环冷却水)通过所述第一回路回流进入所述冷却塔11，另一部分循环水(定义为回流冷却水)通过所述第二回路回流进入所述冷却塔11。在所述第一回路中，该部分循环水接受所述换热器13换热后升温成为热水，而所述第二回路中的循环水为冷水，二者进入所述冷却塔11之前在所述配水管1123中汇合，从而使进入所述冷却塔11的循环水平均水温降低，即所述冷却塔11的进水温度降低，所述循环冷却水和回流冷却水进入所述冷却塔11后，由所述配水管1123上的喷嘴1124均匀喷洒在所述填料层1113，与所述填料层1113发生热交换进行冷却，同时所述风机112迫使空气从所述进风口1114进入所述塔体111，与循环水逆流通过所述填料层1113，并从所述出风口1121排出，循环水与空气相接触，部分循环水被蒸发汽化，带走大量热量，以及所述填料层1113的冷却作用，循环水温度逐渐降低，最后落到所述集水池113中。
循环水落到所述集水池113后，绝大部分重新作为循环冷却水用于冷却所述换热器13，一小部分循环水直接被送入所述冷却塔11的喷淋装置1112，与进入所述冷却塔11的循环冷却水进行混合，再次在所述冷却塔11中冷却。
本发明中，从所述循环水出口1131流出的循环水部分作为回流冷却水经所述第二回路直接回流至所述冷却塔11，以降低所述冷却塔11的进水温度，从而保证循环水经所述冷却塔11冷却后的出水温度达到所述换热器13的安全运行要求。
若所述冷却塔11的出水流量恒定，从所述冷却塔11流出的循环水分出一部分作为回流冷却水使用，那么流经所述第一回路的循环冷却水的流量势必减少，因此，为了保证所述循环冷却水释放的热量满足所述换热器13换热所需的热量，必须控制所述回流冷却水的流量。
设定所述冷却塔11的出水流量为Q，所述冷却塔11的进水流量Q0，所述循环冷却水的流量为Q1，所述回流冷却水的流量为q，其中Q＝Q0＝Q1+q，Q、Q0、Q1及q的单位均为m3/h。
所述q值可以通过计算机寻优计算来确定。具体地，所述q值的调试确定方法为：首先以某一流量为所述回流冷却水的初值，例如以20％Q为初值，然后以5％(或其它变量，比如3％)的变量上下调节，比较每次调节后稳定工况下所述冷却塔11的出水温度，取其中较低的(含最低)3个或5个温度值对应的流量值为q的候选值，在符合工艺安全温度的前提下，取其中所述回流冷却水的最小水量为q值，以减少所述回流冷却水的水泵电耗。
当分出部分循环水作为所述回流冷却水后，即实施回流冷却方法后，设定所述冷却塔11的稳定出水温度为t3(单位：℃，其余温度单位同)。实施回流冷却方法前，设定所述冷却塔11的进水温度为t1，出水温度为t2。经过所述回流冷却水的流量q值选优后所确定的q值所对应的温度为t3，且t3＜t2。当所述冷却塔11的出水温度以t3运行，除去热耗，进入所述换热器13的温度低于回流冷却方法前的温度，其对应一个工艺安全水量，假设为Q2，即所述循环冷却水的流量变为Q2，所述循环水冷却系统100的运行参数进行相应改变，假设运行总水量为Q3，此时Q3＜Q0。
当所述冷却塔11的进水流量变化为Q3时，按q值调试确定方法重新确定q值。
如此循环，在符合所述循环水冷却系统100总体节能的前提下，找到所述回流冷却水的最佳q值以及所述冷却塔11进水量的最佳值Q3(假设每次变化后的所述冷却塔进水量为Q3)。
所述循环水冷却系统100可以采用计算机智能技术进行控制。请参阅图3，是图2所示循环水冷却系统的控制系统框图。所述循环水冷却系统100还包括中央处理器10和控制器20。所述中央处理器10与所述控制器20连接。所述中央处理器10包括数据采集模块101和数据处理模块102。所述数据采集模块101用于采集所述循环水冷却系统的温度、压力和流量，然后将数据传送给所述数据处理模块102。所述数据处理模块102将数据处理后发出指令给所述控制器20。所述控制器20分别连接所述冷却塔11及循环水泵12。
通过在线系统辩识获得控制的最优参数，引入循环水流量、压力、及温度等反馈信号，进行多重化控制，来实现不同负荷、不同环境温度下连续调节循环水流量、风机的出工力度、换热器热力效应多重因素，解决循环水冷却系统经济运行问题，实现循环系统安全节能运行效果。所述风机112和循环水泵12均可以采用变频技术，通过所述控制器20来控制所述风机112和所述循环水泵12的变频器，根据所述中央处理器10的反馈结果，适当提高或降低所述风机112的转速以及调节所述循环水泵12的流量，使所述冷却塔11尽可能的在高效区域工作。所述循环水冷却系统100利用所述循环水泵12变频技术，结合所述风机112变频技术及近湿球温度控制技术共同实现所述回流冷却水变流量的调节，使所述冷却塔11长时间工作在高效区，不仅降低了所述冷却塔11的出水温度，还可以减少所述循环冷却水的流量，实现整个所述循环水冷却系统100达到节能的目的。
此外，为了保证整个所述循环水冷却系统100水量和盐分的平衡，还可以及时向所述冷却塔11补水并向外排出少量浓缩后的废水。
作为上述实施方式的进一步改进，请参照图4，是本发明第二实施方式所揭示循环水冷却系统的结构示意图。本实施方式的循环水冷却系统200与第一实施方式的循环水冷却系统100的区别在于：所述配水管2123设有两根，所述第二送水管252和所述回水管道26分别对应连接一根配水管2123。每一配水管2123均设有多个喷嘴2124。
本实施方式中，所述回流冷却水单独配置所述配水管2123和喷嘴2124，不会影响所述循环冷却水的压力，即对整个所述循环水冷却系统200的压力变化无影响，所述循环水冷却系统200的运行更为稳定。
作为上述实施方式的进一步改进，请参照图5，是本发明第三实施方式所揭示循环水冷却系统的结构示意图。本实施方式的循环水冷却系统300与第一实施方式的循环水冷却系统100的区别在于：所述循环水冷却系统还包括回流水泵37，所述回流水泵37和调节阀34串联在所述回水管道36中，且所述回水管道36分别与所述循环水出口3131及所述配水管3123相连接，构成第二回路。
本实施方式中，直接从所述集水池313中取水作为所述回流冷却水，且所述回流冷却水单独配置所述回流水泵37，由所述回流水泵37送入所述配水管3123，通过所述喷嘴3124喷洒在所述填料层3113进行冷却。所述调节阀34用于控制所述回流冷却水的流量。
作为上述实施方式的进一步改进，请参照图6，是本发明第四实施方式所揭示循环水冷却系统的结构示意图。本实施方式的循环水冷却系统400与第三实施方式的循环水冷却系统300的区别在于：所述配水管4123设有两根，所述第二送水管452和所述回水管道46分别对应连接一根配水管4123。每一配水管4123均设有多个喷嘴4124。
本实施方式中，不仅直接从所述集水池413中取水作为所述回流冷却水，而且所述回流冷却水单独配置所述配水管4123和喷嘴4124，有利于所述循环冷却水与所述回流冷却水的充分混合。
与现有技术相比，本发明提供的循环水冷却系统设计合理，其不需要更换冷却塔设备或者淋水填料，通过增加一回水管道，将部分循环水作为回流冷却水从所述回水管道直接回流至所述冷却塔，以降低所述冷却塔的进水温度，从而保证循环水经所述冷却塔冷却后的出水温度达到所述换热器的安全运行要求，整个所述循环水冷却系统实现大温差小流量运行，从而达到节能的目的。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种循环水冷却系统，其特征在于，包括冷却塔、换热器、供水管道和回水管道，所述供水管道与所述回水管道并联设置，所述换热器串联在所述供水管道中，所述冷却塔包括循环水出口和循环水入口，循环水从所述循环水出口流出，并分别通过所述供水管道及回水管道回流至所述循环水入口进入所述冷却塔。
2.根据权利要求1所述的循环水冷却系统，其特征在于，所述冷却塔包括塔体和集水池，所述集水池设于所述塔体下方，所述循环水出口设置在所述集水池上，所述循环水入口设置在所述塔体上，所述塔体内部从上至下依次包括喷淋装置和填料层，所述喷淋装置包括配水管和设于所述配水管的多个喷嘴，所述配水管贯穿所述循环水入口与所述供水管道和/或所述回水管道相连接。
3.根据权利要求2所述的循环水冷却系统，其特征在于，所述冷却塔还包括风机，所述风机设于所述塔体上方，所述风机设有出风口，所述塔体设有进风口，所述进风口设于所述填料层下方。
4.根据权利要求2或3所述的循环水冷却系统，其特征在于，所述循环水冷却系统还包括循环水泵和输水管，所述供水管道包括第一送水管和第二送水管，所述循环水出口依次顺序连接所述输水管、循环水泵、第一送水管、换热器、第二送水管和配水管。
5.根据权利要求4所述的循环水冷却系统，其特征在于，所述循环水冷却系统还包括调节阀，所述调节阀串联在所述回水管道中，所述回水管道两端分别与所述第一送水管及配水管相连接。
6.根据权利要求4所述的循环水冷却系统，其特征在于，所述循环水冷却系统还包括调节阀，所述调节阀串联在所述回水管道中，所述配水管设有两根，所述第二送水管和所述回水管道分别对应连接一根配水管，所述回水管道另一端与所述第一送水管相连接。
7.根据权利要求4所述的循环水冷却系统，其特征在于，所述循环水冷却系统还包括回流水泵和调节阀，所述回流水泵和调节阀串联在所述回水管道中，所述回水管道分别与所述循环水出口及所述配水管相连接。
8.根据权利要求4所述的循环水冷却系统，其特征在于，所述循环水冷却系统还包括回流水泵和调节阀，所述回流水泵和调节阀串联在所述回水管道中，所述配水管设有两根，所述第二送水管和所述回水管道分别对应连接一根配水管，所述回水管道另一端与所述第一送水管相连接。
9.根据权利要求5或6所述的循环水冷却系统，其特征在于，所述循环水冷却系统还包括中央处理器和控制器，所述中央处理器与所述控制器连接，所述中央处理器包括数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块用于采集所述循环水冷却系统的温度、压力和流量，然后将数据传送给所述数据处理模块，所述数据处理模块将数据处理后发出指令给所述控制器，所述控制器分别连接所述冷却塔及循环水泵。
10.根据权利要求7或8所述的循环水冷却系统，其特征在于，所述循环水冷却系统还包括中央处理器和控制器，所述中央处理器与所述控制器连接，所述中央处理器包括数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块用于采集所述循环水冷却系统的温度、压力和流量，然后将数据传送给所述数据处理模块，所述数据处理模块将数据处理后发出指令给所述控制器，所述控制器分别连接所述冷却塔、循环水泵及回流水泵。
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