[发明专利]风机冷却塔的设计及方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及用于提供热交换的冷却塔设备。更具体而言，本发明涉及一种提供用于工业过程的高效热交换、且同时还可以如所希望的那样减少冷却塔羽流(plume)的方法和设备。

背景技术

在使用蒸汽驱动涡轮机的发电系统中，水被燃烧器加热以产生驱动涡轮机产生电力的蒸汽。此外，在其它工业过程中也需要水冷却。为了使所述过程必要的清水的量最小化，这些蒸汽必须通过放热再转化为水，从而所述水可以在该过程再次利用。在用于大型建筑物的空调系统中，建筑物内的空气被迫经过包含冷却的制冷剂气体的盘管，从而将建筑物内的热量传递至制冷剂气体。然后，加热的制冷剂被排出到建筑物外面，其中，多余的热量必须从制冷剂中放出，从而制冷剂气体可以再次被冷却，冷却过程得以持续。

在上述的两种过程和需要消散过量的热的步骤的许多的其它过程中，已经采用冷却塔。在湿型冷却塔中，水被泵送经过包含热蒸汽、制冷剂或其它热液体或气体的冷凝盘管，从而将热量传递给水。然后，水被泵送至热交换器的顶端，并喷射在由材料的薄片组成的冷却塔介质上或搅棒上。由于水从冷却塔介质向下流，常温空气被迫经过热水，通过显热和蒸发的传热方式，热量从水传递至空气。然后，空气被排出冷却塔并消散在周围的空气中。

冷却塔为高效和性价比高的排出这种过量热量的设备，而因此被广泛地用于此用途。然而，冷却塔的明显的缺点在于：在某些大气状况下，由热水源蒸发到气流(从冷却塔中出来的)中的湿气可以形成羽流。在冷却塔非常大的地方(如发电厂)，所述羽流可以在冷却塔附近引起低空平层雾(low lying fog)。所述羽流还会引起冷却塔附近的道路结冰，其中，较低的温度引起羽流中的湿气结冰。因此，人们已经努力限制或减少由冷却塔引起的羽流。

一种限制羽流的常用的方式为引入常温空气。例如，羽流减少的冷却塔在下列地方使用：除了常温空气在冷却塔的底部被带入，并在热水向下喷射在填料(fill pack)时，所述常温空气被迫向上经过填料之外，所述常温空气通过位于热水喷头上方的分开的热传递通道被带入到冷却塔中。由热导体材料(例如，铝、钢、铜等)制成的这些通道允许常温空气吸收一些热量，而不使湿气蒸发到空气中。此外，在上述冷却填料上方，富含水汽的热空气与干的热空气混合，因而减少了羽流。

另一冷却塔目标采用了羽流减少系统，其中，热水在供给冷却塔之前被部分地冷却。使用用独立的冷却介质(如空气或水)运行的独立的热交换器进行上述热水的部分冷却。所述独立的热交换器降低了冷却塔的效率，而因此仅在由冷却塔产生羽流的大气条件下使用。

设计用于降低湿型冷却塔的羽流的系统的另一实例需要泵送热水经过干空气冷却部分，在该部分空气被迫经过与所述流连接的热交换器散热片。然后，已经被部分冷却的水在填料之上进行喷射，所述填料设置在干空气冷却部分之下且所述空气被迫通过填料以进一步冷却水。接着，湿空气被迫在塔内向上，并与来自干冷却过程中的热的干空气混合，从塔顶端排出。

尽管上述系统提供了用于工业过程的热交换的同时还强调了羽流的减少，这些系统或方案通常需要构造复杂的，并且通常是昂贵的，湿和干空气交换机构。这种昂贵的成本部分是由于各个热交换机构、湿和干的，需要使用独立的竖直的风机系统以使空气流经它们各自的湿和干区域。例如，在这种系统的运行时，需要单个的风机系统以使空气流经过干区域和第二、需要独立的风机系统以使空气流经过湿区域。采用独立的湿和干风机系统在建设过程中增加了额外的成本。此外，用于干区域的风机设备通常以竖直位置为方向，需要塔的高度异常大，这通常是不合意的或不允许的。此外，各个单个的风机系统在冷却塔系统的寿命期内需要保养，增加了这种系统的运行的成本。

前述系统和设计的另一缺点为上述风机组件为之前所提及的竖直定向。尽管竖直定向本身并不是缺点，其需要所述风机具有限制的尺寸，而因此可能需要额外的风机组件。这种竖直定向需要塔的高度较高和尺寸较大(如此前所述)，增加了所述冷却塔的竖直方向的尺寸，潜在地限制了所述塔可以使用的场所。

上述描述显示需要一种性价比高的冷却塔，该冷却塔以有效、经济的方式以所需要的那样使羽流减少。此外，需要性价比高的冷却塔系统，该系统使用有效的羽流减少系统，因此是合意的。

发明内容