[发明专利]采用自然通风及复合运行模式的干湿联合冷却塔及其应用

说明书

技术领域

本发明属于能源利用与工程热物理技术领域，具体涉及采用自然通风及复合运行模式的干湿联合冷却塔及其应用。

背景技术

在能源、电力、化工、钢铁、制药等领域中，有许多生产环节必须及时冷却才能保证生产过程连续稳定运行。

以火力发电为例，将汽轮机的排汽冷却变成凝结水不仅是蒸汽动力循环中至关重要的过程，而且冷却的效果(冷却速率、放热温度)还会影响动力循环的效率。良好的冷却可以提高火力发电的能源利用率，实现电力生产的节能减排。

传统火电采用湿冷方式，汽轮机排汽通过表面式凝汽器将热量排放给循环冷却水，吸收热量后的循环冷却水送入湿式冷却塔，在塔内与空气直接接触进行对流换热和蒸发换热，实现循环冷却水的冷却。湿式冷却拥有的显著优点是可以将循环水冷却到空气干球温度以下，接近空气湿球温度。由于循环冷却水自身的蒸发以及空气携带水滴等原因，循环冷却水在冷却过程中会有一定的损失，需要持续补水。另外，湿式冷却塔出口空气处于饱和状态，如与外界冷空气混合会导致水分析出，产生水雾，对周围环境产生负面影响。

随着水资源的日益匮乏，采用湿冷方式的传统火电，因其在运行过程中需要消耗大量水资源以及对环境产生负面影响等因素而面临着严峻挑战。在我国富煤少水的三北地区，客观上难以充分保障湿冷发电所需的水资源量。相比湿冷发电，运用空气与汽轮机排气或者空气与循环冷却水之间温差传热的空冷(干冷)发电技术近年来得到了日益广泛的应用。

空冷系统主要有三种：直接空冷系统、带表面式凝汽器的间接空冷系统(哈蒙式系统)和带喷射式(混合式)凝汽器的间接空冷系统(海勒式系统)。直接空冷系统中，汽轮机排气通过翅片管换热器将热量直接排放到环境空气中，不需要循环冷却水；间接空冷系统中循环冷却水是独立的封闭系统，循环水损失很少，基本不需要补充。

虽然空冷系统具有节约水资源的显著优点，但其也存在固有的缺点。直接空冷系统中，用于驱动翅片外管空气流动的大直径风机需要消耗发电厂1％～1.5％的发电量，并产生噪声。哈蒙式间接冷却系统中，循环冷却水需要经过两次换热，传热效果差，在相同的设计气温条件下，汽轮机背压较高，机组经济性低。海勒式间接冷却系统采用混合式凝汽器，设备众多，系统复杂，且需要大量的精处理水，水处理费用高。在夏季，环境空气的干球温度较高时，上述三种空冷系统与环境空气之间换热温差减小，导致电厂中汽轮机背压升高，机组经济性下降。

在国家大力号召节能减排、建设资源节约型社会的大背景下，在能源、电力、化工等领域的生产过程中，实现高效冷却可以显著提高能源利用效率，节省水、电等重要资源。本发明在现有的干冷和湿冷基础上，综合两者的优点，发展了新型联合冷却系统。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种采用自然通风及复合运行模式的干湿联合冷却塔及其应用，具体技术方案如下：

采用自然通风及复合运行模式的干湿联合冷却塔，包括塔体1，支撑结构15，干冷段，湿冷段和流量分配系统；塔体1采用双曲线的形式，由支撑结构15支撑在地面之上；支撑结构15为“X”型柱或“人”字型柱；干冷段和湿冷段沿垂直方向集成布置在同一个冷却塔内；干冷段位于湿冷段的上方；

所述干冷段包括冷却三角2和干冷段百叶窗3；冷却三角2作为换热装置，由两个竖直的空冷翅片管束彼此成30°～120°组成，100～2000个冷却三角2单元在塔内或塔外绕塔一周布置，干冷段百叶窗3沿圆周方向布置在冷却三角2外围，作为空气入口；干冷段设备的安装高度高于传统间接空冷中干冷段设备的高度；

所述湿冷段包括除水器4、配水系统5、填料区6、集水池8和湿冷段百叶窗16；配水系统5将冷却水喷淋至填料区6，冷却水在填料区6与空气换热后引入集水池8内；湿冷段空气通过湿冷段百叶窗16后进入填料区6，吸收热量和水分后的空气汇入冷却塔中，形成向上的抽吸力；

所述流量分配系统包括总进口管道17、总出口管道18、干冷段进口管道19、干冷段出口管道20、湿冷段进口管道21、湿冷段出口管道22、干冷段出口与湿冷段进口的连接管道23、阀门A～阀门E(9～13)和循环泵14；干冷段进口管道19上安装阀门A，干冷段出口管道20上安装阀门D，干冷段出口与湿冷段进口的连接管道23上安装阀门B，湿冷段进口管道21上安装阀门C，湿冷段出口管道22上安装阀门E，总出口管道18上安装循环泵14。

进一步地，所述湿冷段包括逆流式和横流式两种布置方式。