減少白煙及功率的高效率逆流式冷卻塔及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及減少白煙的逆流式冷卻塔，具體地說，減少白煙及功率的高效率逆流式冷卻塔及其控制方法，加熱飽和濕空氣的排氣而減少白煙，無需增加干式熱交換部排氣流動(dòng)阻力而擴(kuò)大熱交換區(qū)域，從而能夠提高熱交換能力；濕式冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使干式熱交換部中流動(dòng)的高溫流體迂回流動(dòng)到灑水部，從而排出因通過干式熱交換部而產(chǎn)生的高溫流體的流動(dòng)阻力的同時(shí)，減少高溫流體泵的消耗功率；濕式冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使通過干式熱交換部之前的相當(dāng)量的無阻力排氣迂回流動(dòng)到排氣口而減少排氣的流動(dòng)阻力的同時(shí)，減少鼓風(fēng)機(jī)的消耗功率；干式冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使通過干式熱交換部的冷卻高溫流體迂回流動(dòng)到集水槽，能夠節(jié)約因通過濕式熱交換部而導(dǎo)致蒸發(fā)及飛散損失的用水，節(jié)約運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用；能夠有效控制濕式冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)、白煙減少運(yùn)轉(zhuǎn)、干式冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)及冷卻高溫流體迂回流動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]一般地說，空調(diào)設(shè)備及冷凍、冷藏裝置等運(yùn)轉(zhuǎn)的冷凍器或產(chǎn)業(yè)用熱交換器伴隨著應(yīng)消除的廢熱，該廢熱從流動(dòng)冷卻塔的冷卻流體(冷卻水或制冷劑)傳遞到冷卻空氣而排出到大氣中。
[0003]這種冷卻塔的廢熱排放方式(heat reject1n type)，可區(qū)分為:蒸發(fā)冷卻(evaporative cooling)或濕式冷卻(wet cooling)，根據(jù)濕式冷卻熱交換部(wet coolingtype heat exchanger)中與冷卻空氣接觸而流動(dòng)的冷卻流體(cooling fluid)的一部分通過蒸發(fā)而產(chǎn)生的汽化潛熱，冷卻高溫流體；空氣冷卻(dry cooling)，對于干式冷卻熱交換部(dry cooling type heat exchanger)的密封傳熱管(heat transfer tube)內(nèi)流動(dòng)的高溫流體的廢熱，通過管壁(tube wall)，利用比高溫流體溫度更低的冷卻空氣的顯熱(sensible heat)而冷卻高溫流體；混合式冷卻(hybrid cooling)，通過組合濕式冷卻熱交換部與干式冷卻熱交換部的混合式熱交換部(hybrid cooling type heat exchanger)而冷卻高溫流體。
[0004]并且，冷卻作用可區(qū)分為降低液體(冷卻水、冷卻油等)溫度的流體冷卻(fluidcooling)及冷卻氣體(制冷劑氣體、蒸汽等)而凝縮的流體凝縮(fluid condense)。
[0005]并且，冷卻空氣及冷卻流體的流動(dòng)方式，區(qū)分為:逆流類型(counter flow type)，使冷卻空氣向上流動(dòng)且使冷卻流體向下流動(dòng)；交叉類型(cross flow type)，使冷卻空氣水平流動(dòng)且使冷卻流體向下流動(dòng)；平行類型(parallel flow type)，使冷卻空氣與冷卻流體向同一方向流動(dòng)。
[0006]熱交換部的方式可區(qū)分為:濕式開放型熱交換部(open circuit-wet coolingtype heat exchanger)，冷卻流體與冷卻空氣向填充料(fillers)內(nèi)流動(dòng)并根據(jù)相互接觸而進(jìn)行蒸發(fā)熱交換；濕式封閉型熱交換部(close circuit-wet cooling type heatexchanger)，冷卻流體(冷卻水)與冷卻空氣在流動(dòng)著被冷卻流體的密封傳熱管的外表面上相互接觸而進(jìn)行蒸發(fā)熱交換；混合式熱交換部(hybrid type heat exchanger)，組合了開放型熱交換部與封閉型熱交換部；干式封閉型熱交換部(close circuit-dry coolingtype heat exchanger)，使冷卻空氣在流動(dòng)著被冷卻流體的密封傳熱管的外表面上流動(dòng)而進(jìn)行顯熱熱交換。
[0007]并且，通風(fēng)方式可區(qū)分為:自然通風(fēng)式(natural draft type)，利用根據(jù)自然大氣的風(fēng)力或塔(tower)的內(nèi)外空氣密度差的上升風(fēng)力；機(jī)械通風(fēng)式(mechanical drafttype)，通過鼓風(fēng)機(jī)使空氣強(qiáng)制通風(fēng)；噴射器通風(fēng)式(ejector draft type)，利用噴射器(ejector)的冷卻流體噴射引力進(jìn)行通風(fēng)。
[0008]并且，送風(fēng)方式可區(qū)分為:吸入送風(fēng)式(induced draft type)，吸入已在熱交換部中完成熱交換的高溫冷卻空氣(以下稱“排氣”)并排向外部；壓力送風(fēng)式(forced drafttype)，吸入冷卻空氣而壓入送風(fēng)到熱交換部，在熱交換部完成熱交換的排氣被排向外部。
[0009]排氣的排出方式可區(qū)分為:垂直排氣式(vertical exhaust type)，通過垂直地位于上部外殼的風(fēng)扇汽缸(fan cylinder)而向上垂直地排氣；水平排氣式(horizontalexhaust type)，通過水平地位于側(cè)部外殼的風(fēng)扇汽缸而向水平方向排氣。
[0010]并且，鼓風(fēng)機(jī)方式可區(qū)分為:軸流式風(fēng)扇(axial type fan)，一般適用于吸入送風(fēng)式；圓心型風(fēng)扇(centrifugal type fan)，適用于壓入送風(fēng)式。
[0011]并且，鼓風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，可區(qū)分為:皮帶傳動(dòng)式(belt drive type)、減速器驅(qū)動(dòng)式(gear reducer drive type)、直接驅(qū)動(dòng)式(direct drive type)。
[0012]冷卻塔的外殼結(jié)構(gòu)一般區(qū)分為方形(square type)和圓形(round type)，但也可適用橢圓形、多邊形等其他形狀的外殼。
[0013]其次，冷卻塔以最低廉的費(fèi)用消除廢熱，且因用水的重新使用而有助于水資源的保存，但會(huì)導(dǎo)致通過冷卻塔的排氣口排出飛散(Drift)及白煙(Plume)、因大容量鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生噪音及振動(dòng)、提供軍團(tuán)桿菌(Ieg1nella)細(xì)菌的棲息地等環(huán)境問題。
[0014]對于這種冷卻塔的環(huán)境問題，下面觀察作為本發(fā)明的作用對象的白煙。
[0015]從冷卻塔完成蒸發(fā)熱交換后排向外部的高溫飽和濕空氣(RH100% )與低溫的大氣相混合的過程中，飽和濕空氣所含的水分導(dǎo)致凝縮而產(chǎn)生白煙，具有更低的大氣溫度和更高的相對濕度，則能見度(visibility)就越高。
[0016]并且，國內(nèi)氣候中冬季即I月?3月及12月經(jīng)常出現(xiàn)白煙，在4月及11月出現(xiàn)頻率較高，5月?10月是在高濕度雨季或氣溫低時(shí)間歇性(intermittent)地出現(xiàn)白煙。
[0017]白煙在具有較低溫度和較高相對濕度的大氣(空氣)狀態(tài)下產(chǎn)生，也會(huì)在夏天雨季等具有較高溫度及較高相對濕度的大氣狀態(tài)下產(chǎn)生，像冬天的干燥氣候條件，大氣溫度低的情況下，若相對濕度較低，因排氣所含的水分在大氣中立即蒸發(fā)等原因，也可能不產(chǎn)生白煙。
[0018]因此，只要冷卻塔處于運(yùn)轉(zhuǎn)中，不管是哪個(gè)季節(jié)，只要符合產(chǎn)生白煙的氣候條件，就會(huì)產(chǎn)生白煙，只存在能見度高低的差別而已。
[0019]并且，白煙的物性是純粹的水蒸汽，不屬于大氣污染源且對人體無害，但因其像煙，存在視覺上的厭惡性，如誤認(rèn)為公害、誤認(rèn)為火災(zāi)、影響周邊環(huán)境的美觀、軍團(tuán)桿菌(Leg1nella)細(xì)菌的傳染源等，因妨礙視野(視界)等理由引發(fā)民怨，冬季低壓氣候會(huì)降低白煙氣流的上升效果而使凝縮水分分布到冷卻塔周邊并延伸到界限區(qū)域外，從而使地面及設(shè)施的表面結(jié)冰。
[0020]并且，隨著白煙問題的加深，從1980年初開始，美國及歐洲的冷卻塔產(chǎn)業(yè)界正式開始進(jìn)行白煙對策技術(shù)開發(fā)，國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界的研宄開發(fā)也一直持續(xù)著。
[0021]并且，因通過冷卻塔的排氣口排向大氣的排氣而產(chǎn)生白煙(Plumeor Whitesmoke)，若減少排氣所含的水分，會(huì)成比例地減少白煙的能見度效果，相應(yīng)地，會(huì)增加白煙減少裝置的初期投資費(fèi)。
[0022]除非以高溫的另外熱源加熱排氣所含的水分而使其完全消除，就不能防止白煙的產(chǎn)生，在冷卻塔采用白煙減少手段時(shí)，若要加強(qiáng)白煙減少條件，需增加相應(yīng)的初期投資費(fèi)及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用(干式熱交換部、鼓風(fēng)機(jī)及高溫流體泵等)，因此在選擇上具有局限性。
[0023]并且，減少一般白煙的手段及其特征上，
[0024]使通過濕式熱交換部的飽和濕空氣的排氣通入以流入冷卻塔的高溫流體為加熱媒介的干式熱交換部(加熱熱交換部)而加熱的同時(shí)減少濕度、排出較低濕度的排氣而減少白煙的自體熱源式白煙減少手段，
[0025]不產(chǎn)生因減少白煙的運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的加熱能源費(fèi)用，但因加熱熱源媒介使用37?40°C的高溫流體，相比以更高的高溫(60°C以上)的加熱熱源進(jìn)行加熱的額外熱源式白煙減少手段，需要設(shè)置更大的加熱熱交換部(干式熱交換部)，因此會(huì)增加初期投資費(fèi)用，白煙減少效果也明顯低于額外熱源式。
[0026]使通過濕式熱交換部的飽和濕空氣的排氣通入以蒸汽、溫水或電中的其中一個(gè)為加熱熱源的干式熱交換部，并加熱的同時(shí)減少濕度，排出低濕度的排氣而減少白煙的額外熱源式白煙減少手段，
[0027]雖然其白煙減少效果高于任何白煙減少手段，因加熱通過濕式熱交換部的飽和濕空氣的全部，其加熱負(fù)荷大且導(dǎo)致對應(yīng)其負(fù)荷的大量的加熱能源費(fèi)用，會(huì)增加初期投資費(fèi)及龐大的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，在適用上存在局限性。
[0028]構(gòu)成劃分到填充料(Filler)的干式風(fēng)爐(只流動(dòng)空氣)和濕式風(fēng)爐(流動(dòng)冷卻流體及空氣)，通過干式風(fēng)爐而在濕式風(fēng)爐內(nèi)流動(dòng)的的高溫流體通過填料片(Filler sheet)傳遞的顯熱熱交換而加熱排氣(飽和濕空氣)的同時(shí)減少濕度，排出低濕度的排氣而減少白煙的濕式/干式風(fēng)爐結(jié)構(gòu)的自體熱源式白煙減少手段，
[0029]雖然其初期投資費(fèi)用低廉，需要在冷卻熱交換部(填充料)上設(shè)置額外的干式風(fēng)爐，且同級容量的濕式冷卻熱交換部及冷卻塔的體積與干式風(fēng)爐的體積相當(dāng)?shù)卮?，?dǎo)致設(shè)置面積的增加及冷卻塔的成本上升，其白煙減少效果也低于前述的其他方式的白煙減少手段。
[0030]并且，與傳統(tǒng)的加熱式白煙減少冷卻塔不同，作為最近開發(fā)的白煙減少手段，使劃分的飽和濕空氣的高溫排氣流動(dòng)渠道與低溫空氣流動(dòng)渠道形成為一體，在塑料熱交換器組(Plastic heat exchanger pack)中流動(dòng)高溫排氣及低溫空氣并顯熱冷卻高溫排氣而冷卻凝縮高溫排氣所含的水分，從而從排氣中分離的冷卻凝縮式白煙減少(Coolingcondensat1n type plumea batement)手段，
[0031]飽和濕空氣的排氣上具有幾乎固定的溫度及濕度，但空氣的溫度及濕度是可變的，水分的凝縮效率(白煙減少效率)會(huì)因該空氣的溫度及濕度變化而變動(dòng)，因此無法發(fā)揮穩(wěn)定的白煙減少效果，其白煙減少效率無法超越傳統(tǒng)加熱式白煙減少效率，還需在排氣區(qū)域內(nèi)設(shè)置復(fù)雜且體積大的多個(gè)塑料熱交換器組，因此會(huì)增加冷卻塔的高度，將空氣直接引入塑料熱交換器組而導(dǎo)致供氣口的增加及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化等，會(huì)增加冷卻塔的成本并有損美觀。
[0032]圖14是傳統(tǒng)白煙減少冷卻塔(專利文獻(xiàn)I)的概略性的側(cè)剖面圖。
[0033]以下稱“公知技術(shù)I”。
[0034]如附圖2所圖示，公知技術(shù)I具備白煙減少冷卻塔2a，具備:外殼10，形成熱交換區(qū)域、供氣區(qū)域13及排氣區(qū)域14 ;供氣口 11，形成于與所述供氣區(qū)域13相通的所述外殼10的側(cè)部；排氣口 17，形成于所述外殼10上部的中央；濕式熱交換部20b，布置到所述熱交換區(qū)域，高溫流體與空氣相互流動(dòng)并進(jìn)行冷卻熱交換，以密封式傳熱管構(gòu)成；消除器25，布置到所述濕式熱交換部20b的上部，回收飛散的水珠；灑水部30a，布置于所述濕式熱交換部20b的上部，噴灑高溫流體，包括:分配主管，具備高溫流體流入口 ；多個(gè)分配管，連接到所述分配主管；多個(gè)灑水噴嘴，具備于所述分配管；干式熱交換部40c，布置到所述排氣區(qū)域14而減少白煙；高溫流體供應(yīng)管71a，向所述干式熱交換部40c供應(yīng)高溫流體；冷卻高溫流體流出管72a，使所述干式熱交換部40c流出高溫流體；鼓風(fēng)機(jī)部60a，使供氣通過所述供氣口 11流入的同時(shí)，通過所述排氣口 17而向外部排出已完成熱交換的排氣；集水槽19，布置到所述濕式熱交換部20b的下部，一區(qū)域具備冷卻流體流出口 18。
[0035]根據(jù)公知技術(shù)I的白煙減少冷卻塔2a，從制冷劑熱交換器吸收廢熱的高溫流體通過高溫流體泵而流入所述干式熱交換部40c，在所述干式熱交換部40c流動(dòng)的高溫流體根據(jù)飽和濕空氣減少排氣濕度的加熱熱交換而被冷卻，所述飽和濕空氣已通過濕式熱交換部20b完成熱交換而流動(dòng)，冷卻的高溫流體在濕式熱交換部20b中流動(dòng)而根據(jù)濕式冷卻即通過所述灑水部30a灑水的冷卻水間接接觸而被冷卻，冷卻流體被供應(yīng)到制冷劑熱交換器，所述的運(yùn)轉(zhuǎn)過程將反復(fù)將進(jìn)行。
[0036]其次，公知技術(shù)I的白煙減少冷卻塔2a，使所述濕式熱交換部20b在無需白煙減少運(yùn)轉(zhuǎn)的大氣條件下進(jìn)行濕式冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)，或在低溫大氣條件下進(jìn)行干