一种水型闭式循环水空气冷却系统及方法.pdf

一种水型闭式循环水空气冷却系统及方法，反应装置经过循环水泵与双曲线冷却塔塔底的冷却扇区(连接，冷却扇区另一端分别连通塔底铝镁复合翅片和塔内铝镁复合翅片，塔底的冷却扇区出水口通过换向阀其中一个连接混水罐的入水口，另一个连接热泵的蒸发器入水口，热泵的蒸发器出水口连接混水罐，最后混水罐连通至反应装置；本发明循环水采用两级冷却技术，双曲线塔空气冷却为一级冷却，冷却温度T2受季节和环境气温影响大；二级冷却为热泵做功冷却，可以根据环境气温的变化，开闭或调节热泵压缩机功率，从而将循环水回水温度调节到反应装置指定的温度。

权利要求书
1.  一种水型闭式循环水空气冷却系统，其特征在于，包括反应装置(10)，反应装置(10)的出水口经过循环水泵(3)与双曲线冷却塔(1)塔底的冷却扇区(16)入水口相连接，冷却扇区(16)入水口另一端分别连通塔底铝镁复合翅片(2)和塔内铝镁复合翅片(11)，塔底的冷却扇区(16)出水口通过换向阀(6)以及混水罐(8)连通至反应装置(10)的回水口，构成整个反应装置循环水回路(9)。

2.  根据权利要求1所述的一种水型闭式循环水空气冷却系统，其特征在于，所述的换向阀(6)有两个出水口，其中一个连接混水罐(8)的入水口，另一个连接热泵(7)的蒸发器入水口，热泵(7)的蒸发器出水口连接混水罐(8)，混水罐(8)的出水口连接反应装置(10)的回水口；所述的热泵(7)冷凝器的出水口连接至冷却扇区(16)的入水口，冷却扇区(16)的出水口连接至热泵(7)冷凝器的入水口，构成一个热泵(7)冷却的热泵循环水回路(5)。

3.  根据权利要求1或2所述的一种水型闭式循环水空气冷却系统，其特征在于，所述的双曲线冷却塔1包括塔内铝镁复合翅片散热器(11)在塔内多层水平排列，塔内铝镁复合翅片散热器(11)上部安装有射流风机(22)，所述的塔底铝镁复合翅片(2)以圆周竖直排列在冷却塔底部，二者均由以60°夹角组成一个底部向外的“V”型冷却三角，冷却三角向外一边安装百叶窗(12)，在每一个冷却三角中，设置有喷淋装置(15)，冷却三角顺序排列组成冷却扇区(16)，塔内铝镁复合翅片散热器(11)和塔底铝镁复合翅片散热器(2)均由多个冷却扇区(16)组成，每两个相邻的冷却扇区之间有冷却扇区 连接阀(4)和冷却扇区循环水泵(14)，并且所有冷却扇区(16)分为两部分，分别用于反应装置循环水回路(9)和热泵循环水回路(5)的空气冷却。

4.  一种水型闭式循环水空气冷却方法，包括以下步骤：
步骤一、工业热水从反应装置(10)排出后，由循环水泵(3)增压打入塔内铝镁复合翅片散热器(11)的第一冷却扇区回路进行初步冷却，同时起到加热塔内空气作用，增加塔内空气热动力，增快空气流速；
步骤二、循环水从塔内铝镁复合翅片散热器(11)进入塔底铝镁复合翅片散热器(2)的第一冷却扇区回路，进行进一步空气冷却，冷却后的水温度为T2，根据T2和环境气温的变化，实施控制；
步骤三、若T2低于热泵启停临界温度PT，循环水冷却温度已经满足反应装置(10)回水温度需求，则保持散热器百叶窗(12)的开闭程度，喷淋装置(15)关闭，热泵(7)停机，循环水通过回水总管主路直接回至反应装置(10)，完成一次冷却循环；
步骤四、若T2高于热泵启停临界温度PT，并且温差在0.5范围内，通过增大散热器百叶窗(12)的开闭程度，调节循环水温度，循环水仍由回水总管主路直接回至反应装置(10)，完成一次冷却循环；若T2高于热泵启停临界温度PT，并且温差在0.5-1范围，此时将散热器百叶窗(12)开至最大，同时打开喷淋装置(15)，调节循环水温度，循环水仍由回水总管主路直接回至反应装置(10)，完成一次冷却循环；若T2高于热泵启停临界温度PT，并且温差超过1，此时调节百叶窗(12)开闭程度，关闭喷淋装置(15)，调节回水总管换 向阀(6)，启动热泵(7)，经过热泵做功冷却和混水罐8混水后，将循环水冷却至反应装置(10)要求的回水温度，循环水由回水总管辅路回至反应装置(10)，完成一次冷却循环；
步骤五、在热泵(7)启动时，热泵将冷凝器侧交换出来的热量加热了另一个循环回路中的冷却水，此部分冷却水与冷却塔中的部分冷却扇区组成第二循环回路(5)，由自然风进行封闭式空气冷却。

说明书一种水型闭式循环水空气冷却系统及方法
技术领域
本发明涉及循环水冷却处理系统，特别涉及一种用于热电和化工行业的带有铝镁复合翅片型空气散热器的水型闭式循环水空气冷却系统及方法，亦可用于冶金、建材、焦化、电力等行业的工业循环水冷却过程。
背景技术
热电和化工企业在生产工艺过程中将产生大量的热，其中部分的热通过工业循环水冷却系统排放，循环冷却水是一项常见且很重要的公用工程系统，其具有系统复杂、用户多、水量大等特点。相应的循环冷却水系统的能耗非常高，其用水量约占企业总用水量的85％～92％，用电负荷约占企业总用电量的20％-30％。故对热电和化工企业中循环水系统进行节能优化，其效果对企业的节能影响非常大。
目前大多数热电和化工企业的循环水系统都是以工业水为介质，在冷却塔的顶部设有轴流风机及双曲线风筒，在轴流风扇螺旋桨旋转的作用下空气由下而上通过冷却塔，与热水喷头喷淋的水经过蜂窝状填料的均匀分布接触进行换热，同时部分水分蒸发吸收汽化热，部分以小液滴的形式随风飘散，其余循环水在冷却后流到底部的集水槽中，从而循环水得到冷却，这种冷却系统存在水消耗量大的问题。由于水分蒸发，水中溶解的固形物浓缩，水的硬度增加，会对设备产生腐蚀和结垢，因此循环水系统要不断的补充新水，排出一部分循环水， 这部分排掉的循环水无法充分利用，也造成了水资源的巨大浪费。
另外其循环水是开式循环的，因此在此过程中空气中的灰尘进入循环水中，易造成循环水的污染，冷却后的循环水还需要加药、沉淀、排污，不仅造成了水资源的浪费，还需要耗费药品和电能。
综上所述，目前热电和化工行业所使用的是一种敞开式循环水冷却系统，敞开式系统是指循环冷却水与空气直接接触冷却的系统，循环回水在开式冷却塔内与空气直接接触来进行换热，降低温度。开式冷却塔的降温主要由水的蒸发冷却实现，其冷却过程需要大量水汽的蒸发，耗水量非常大，又因为与空气直接接触，导致系统水质较差，排污量增大，相应的补水量也很大，因此在我国西北等缺水地区湿式循环水冷却系统的应用受到限制。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种水型闭式循环水空气冷却系统及方法，是一种循环量在10000至90000吨/小时的，用于热电或化工行业的带有铝镁复合翅片型空气散热器的节水型闭式循环水空气冷却系统和方法，采用闭式二级冷却，减少热电和化工企业的耗水量80％以上，减少蒸汽的排放，减少环境污染，降低设备腐蚀；同时，通过第二级冷却的使用，增大冷却温度范围，循环水回水温度能够精确控制，且不受环境气温的影响。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种水型闭式循环水空气冷却系统，包括反应装置10，反应装置10的出水口经过循环水泵3与双曲线冷却塔1塔底的冷却扇区16入水口相连接，冷却扇区16入水口另一端分别连通塔底铝镁复合翅 片2和塔内铝镁复合翅片11，塔底的冷却扇区16出水口通过换向阀6以及混水罐8连通至反应装置10的回水口，构成整个反应装置循环水回路9。
所述的换向阀6有两个出水口，其中一个连接混水罐8的入水口，另一个连接热泵7的蒸发器入水口，热泵7的蒸发器出水口连接混水罐8，混水罐8的出水口连接反应装置10的回水口；所述的热泵7冷凝器的出水口连接至冷却扇区16的入水口，冷却扇区16的出水口连接至热泵7冷凝器的入水口，构成一个热泵7冷却的热泵循环水回路5。
所述的双曲线冷却塔1包括塔内铝镁复合翅片散热器11在塔内多层水平排列，塔内铝镁复合翅片散热器11上部安装有射流风机22，所述的塔底铝镁复合翅片2以圆周竖直排列在冷却塔底部，二者均由以60°夹角组成一个底部向外的“V”型冷却三角，冷却三角向外一边安装百叶窗12，在每一个冷却三角中，设置有喷淋装置15，冷却三角顺序排列组成冷却扇区16，塔内铝镁复合翅片散热器11和塔底铝镁复合翅片散热器2均由多个冷却扇区16组成，每两个相邻的冷却扇区之间有冷却扇区连接阀4和冷却扇区循环水泵14，并且所有冷却扇区16分为两部分，分别用于反应装置循环水回路9和热泵循环水回路5的空气冷却。
一种水型闭式循环水空气冷却方法，包括以下步骤：
步骤一、工业热水从反应装置10排出后，由循环水泵3增压打入塔内铝镁复合翅片散热器11的第一冷却扇区回路进行初步冷却，同时起到加热塔内空气作用，增加塔内空气热动力，增快空气流速；
步骤二、循环水从塔内铝镁复合翅片散热器11进入塔底铝镁复合翅片散热器2的第一冷却扇区回路，进行进一步空气冷却，冷却后的水温度为T2，根据T2和环境气温的变化，实施控制；
步骤三、若T2低于热泵启停临界温度PT，循环水冷却温度已经满足反应装置10回水温度需求，则保持散热器百叶窗12的开闭程度，喷淋装置15关闭，热泵7停机，循环水通过回水总管主路直接回至反应装置10，完成一次冷却循环；
步骤四、若T2高于热泵启停临界温度PT，并且温差在0.5范围内，通过增大散热器百叶窗12的开闭程度，调节循环水温度，循环水仍由回水总管主路直接回至反应装置10，完成一次冷却循环；若T2高于热泵启停临界温度PT，并且温差在0.5-1范围，此时将散热器百叶窗12开至最大，同时打开喷淋装置15，调节循环水温度，循环水仍由回水总管主路直接回至反应装置10，完成一次冷却循环；若T2高于热泵启停临界温度PT，并且温差超过1，此时调节百叶窗12开闭程度，关闭喷淋装置15，调节回水总管换向阀6，启动热泵7，经过热泵做功冷却和混水罐8混水后，将循环水冷却至反应装置10要求的回水温度，循环水由回水总管辅路回至反应装置10，完成一次冷却循环；
步骤五、在热泵7启动时，热泵将冷凝器侧交换出来的热量加热了另一个循环回路中的冷却水，此部分冷却水与冷却塔中的部分冷却扇区组成第二循环回路5，由自然风进行封闭式空气冷却。
本发明采用闭式二级冷却，其中一级冷却由双曲线冷却塔1和塔内铝镁复合翅片散热器11、塔底铝镁复合翅片2两层铝镁复合翅片 组成，反应装置10排出的热水通过循环水泵升压后，首先依次进入双曲线冷却塔塔内翅片散热器11和塔底翅片散热器2组成的冷却扇区，循环水和自然风进行热量交换，此为一级冷却。
另一级冷却系统为：由于一级冷却温度受环境温度影响较大，无法保证满足反应装置循环水回水的冷却温度要求，循环水从双曲线冷却塔1出来后，(1)如果冷却温度满足要求，直接由循环主路回至反应装置10，完成循环；(2)如果冷却温度不能满足要求，则通过换向阀6，通过循环辅路进入工业热泵7进行二级冷却，通过在混水罐8混水后，将循环水精确冷却至反应装置回水温度要求，并回至反应装置10，完成循环。
同时工业热泵7将冷凝器侧交换出来的热量加热了另一个循环回路5中的冷却水，此部分冷却水与冷却塔中的部分冷却扇区组成循环回路，由自然风进行封闭式空气冷却。
因此本系统有两个独立的冷却水循环回路5和9，进行反复循环。该系统两个回路采用封闭式循环，能够极大的减少热电厂和化工厂水资源的消耗；冷却扇区可以灵活串联，能够满足不同循环量需求；通过两级冷却，增大了冷却温度范围，并且循环水回水温度不受环境气温的影响。
本系统有如下特点和优点：
(1)循环水采用两级冷却技术，双曲线塔空气冷却为一级冷却，冷却温度T2受季节和环境气温影响大；二级冷却为热泵做功冷却，可以根据环境气温的变化，开闭或调节热泵压缩机功率，从而将循环水回水温度调节到反应装置指定的温度。
(2)二级冷却中热泵冷凝器侧的循环水利用双曲线塔扇区进行空气冷却，通过选取合适的双曲线塔扇区个数，达到热泵回水温度的空气冷却。
(3)双曲线冷却塔分为多个冷却扇区，可以通过调节冷却扇区连接阀4的开闭和冷却扇区循环水泵13出水连接，达到调节“反应装置循环水回路”和“热泵循环水回路”两个回路的空冷散热面积的功能。
(4)本系统能够将循环水回水温度冷却至低于环境温度，比现有冷却装置冷却温度范围大，并能使最终冷却温度精确控制。
(5)双曲线冷却塔的冷却三角内，设置有百叶窗和喷雾冷却装置，作为辅助措施，组合开启能够增加空冷效果，从而避免在临界温度时制冷机组频繁启停，减轻热泵的工作负荷，节省了电能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是双曲线冷却塔1的示意图，其中图2A是主视图，图2B是塔内底部仰视图。
图3为本发明的冷却控制流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细叙述。
参照图1，一种水型闭式循环水空气冷却系统，包括反应装置10，反应装置10的出水口经过循环水泵3与双曲线冷却塔1塔底的冷却扇区16入水口相连接，冷却扇区16入水口另一端分别连通塔底铝镁复合翅片2和塔内铝镁复合翅片11，塔底的冷却扇区16出水口通过换向阀6以及混水罐8连通至反应装置10的回水口，构成整个反应 装置循环水回路9。
参照图1，所述的换向阀6有两个出水口，其中一个连接混水罐8的入水口，另一个连接热泵7的蒸发器入水口，热泵7的蒸发器出水口连接混水罐8，混水罐8的出水口连接反应装置10的回水口热泵7做功后，其冷凝器侧循环水温度升高，也需要冷却。所述的热泵7冷凝器的出水口连接至冷却扇区16的入水口，经过在冷却扇区内空气冷却，冷却扇区16的出水口连接至热泵7冷凝器的入水口，构成一个热泵7冷却的热泵循环水回路5。
参照图2，所述的双曲线冷却塔1包括塔内铝镁复合翅片散热器11在塔内多层水平排列，塔内铝镁复合翅片散热器11上部安装有射流风机22，所述的塔底铝镁复合翅片2以圆周竖直排列在冷却塔底部，二者均由以60°夹角组成一个底部向外的“V”型冷却三角，冷却三角向外一边安装百叶窗12，控制进风量，在冬季低气温季节关闭百叶窗12，保护散热器2，在每一个冷却三角中，设置有喷淋装置15，在环境气温很高时作为辅助冷却措施。冷却三角顺序排列组成冷却扇区16，塔内铝镁复合翅片散热器11和塔底铝镁复合翅片散热器2均由多个冷却扇区16组成，每两个相邻的冷却扇区之间有冷却扇区连接阀4和冷却扇区循环水泵14，通过此二装置的开闭可以将多个冷却扇区串联进一个循环回路中，从而使整个双曲线冷却塔1的铝镁复合翅片散热器形成两个独立的循环回路，并且所有冷却扇区16分为两部分，分别用于反应装置循环水回路9和热泵循环水回路5的空气冷却。
其中铝镁复合翅片空气散热器是由外表面经过防腐处理的圆形铝 镁合金管、套以铝镁合金翅片的管束组成，具有优异的导热性。系统中为中性冷却水。
参照图3，一种水型闭式循环水空气冷却方法，包括以下步骤：
步骤一、工业热水从反应装置10排出后，由循环水泵3增压打入塔内铝镁复合翅片散热器11的第一冷却扇区回路进行初步冷却，同时起到加热塔内空气作用，增加塔内空气热动力，增快空气流速；
步骤二、循环水从塔内铝镁复合翅片散热器11进入塔底铝镁复合翅片散热器2的第一冷却扇区回路，进行进一步空气冷却，冷却后的水温度为T2，根据T2和环境气温的变化，实施控制；
步骤三、若T2低于热泵启停临界温度PT，循环水冷却温度已经满足反应装置10回水温度需求，则保持散热器百叶窗12的开闭程度，喷淋装置15关闭，热泵7停机，循环水通过回水总管主路直接回至反应装置10，完成一次冷却循环；
步骤四、若T2高于热泵启停临界温度PT，并且温差在0.5范围内，通过增大散热器百叶窗12的开闭程度，调节循环水温度，循环水仍由回水总管主路直接回至反应装置10，完成一次冷却循环；若T2高于热泵启停临界温度PT，并且温差在0.5-1范围，此时将散热器百叶窗12开至最大，同时打开喷淋装置15，调节循环水温度，循环水仍由回水总管主路直接回至反应装置10，完成一次冷却循环；若T2高于热泵启停临界温度PT，并且温差超过1，此时调节百叶窗12开闭程度，关闭喷淋装置15，调节回水总管换向阀6，启动热泵7，经过热泵做功冷却和混水罐8混水后，将循环水冷却至反应装置10要求的回水温度，循环水由回水总管辅路回至反应装置10，完成一 次冷却循环；
步骤五、在热泵7启动时，热泵将冷凝器侧交换出来的热量加热了另一个循环回路中的冷却水，此部分冷却水与冷却塔中的部分冷却扇区组成第二循环回路5，由自然风进行封闭式空气冷却。
本发明的运行方式是：
(1)在夏季高温季节，工业循环水首先在双曲线冷却塔1冷却降温，然后根据设定的控制规则和环境气温的变化，分别控制散热器百叶窗12的开闭程度、喷淋装置15的开闭、热泵7的启停等，实现不同的冷却模式，从而实现不同环境气温下循环水回水温度的精确控制。可提供温度较低的工业循环水，满足生产工艺的需要。
(2)在环境温度较低时，工业循环水仅在双曲线冷却塔1冷却降温，同时通过控制铝镁复合翅片散热器百叶窗12的开闭程度作为辅助手段，使回水温度冷却到指定温度，此时工业热泵7停止运行，达到降低能耗的目的。
本发明的特点：(1)、本发明可用于热电行业和化工行业35-80摄氏度循环水的冷却；(2)、本发明采用二级冷却技术，包括间接空气冷却和热泵做功冷却，其中热泵机组处于辅助地位；(3)、双曲线冷却塔布置两层铝镁复合翅片散热器，第一层在塔内水平排列，第二层在双曲线塔底按圆周竖直排列。第一层用于循环水的初步冷却，并利用循环水的高温提升双曲线塔内空气的流速。高温循环水经过第一层散热器初步冷却后，进入塔底圆周的第二层散热器，完成空气冷却部分；(4)、本发明主要冷却功能由两级冷却完成，即间接空气冷却和热泵做功冷却；辅助冷却措施有喷淋和百叶窗开闭调节，能够实现循 环水冷却的自动调节，能够使循环水回水温度不受环境气温的影响；(5)、第一层和第二层铝镁复合翅片散热器均分为多个冷却扇区，能够满足两个循环回路的循环水冷却。用于不同循环回路的冷却三角呈间隔布置；(6)、两个循环回路均匀布置；(7)、双曲线塔内设置射流风机22，提高塔内空气动力，增加一级冷却效果；(8)、在热泵机组后设置混水罐，通过PID自动控制，实现回水温度的准确控制；(9)、翅片散热器采用铝镁合金，铝镁合金材料比重轻，约为铜、铁三分之一，导热性为铁的3倍，耐蚀性优，加工型好、挤压性好，能够挤压出满足散热器辐射性高、对流性好的型材。
据统计，一座循环量为70000吨/小时的循环水处理厂，采用敞开式循环水冷却，即在冷却塔的顶部设轴流风机及双曲线风筒，在轴流风扇螺旋桨旋转的作用下空气由下而上通过冷却塔，与热水喷头喷淋的水经过蜂窝状填料的均匀分布接触进行换热，同时部分水分蒸发吸收汽化热，部分以小液滴的形式随风飘散，其余循环水在冷却后流到底部的集水槽中，从而循环水得到冷却，每小时蒸发耗水量为931吨，全年按照8000小时运行，全年蒸发耗水量在744.8万吨水。采用本系统技术，耗水量能够下降90％以上。
本技术具有广阔应用前景，尤其在我国三北地区，能源丰富，但是水资源有限。本技术能够节约大量的工业用水，同时极大的减少空气的蒸汽污染，大大减小了设备的蒸汽腐蚀。同时本系统循环水属于闭式循环，在水循环过程中杜绝了空气中的灰尘进入，降低了循环水的污染，杜绝了循环水后续处理中的加药、沉淀、排污等流程，从而降低了费用。
如上所述，本发明提供一种带有铝镁复合翅片型空气散热器的节水型闭式循环水冷却方法和系统，依法提呈发明专利的申请；以上的实施说明及图示不能局限本发明，举凡与本发明的构造、装置、流程、特征等近似、雷同，均应属本专利申请范围之内。