一种露点蒸发管式冷却塔
技术领域
本发明属于冷却塔技术领域，涉及一种露点蒸发管式冷却塔。
背景技术
冷却塔广泛应用于各个行业，其作用是利用环境空气将热水冷却成冷水，以供工业或空调使用。冷却塔分自然循环冷却塔和机力冷却塔，自然冷却塔一般应用于工业和电厂等大型设备，冷却空气通过空气的自然循环进入冷却塔。机力冷却塔应用于小型设备，利用风机将冷却空气强制送入冷却塔。目前冷却塔内的填料主要是波纹板，即可以增加空气与水的接触面积，又可以增加接触时间，大大强化了冷却塔的换热能力。
但填料塔式的冷却塔出口冷水温度极限值为环境空气的湿球温度，一般出口冷水温度要高于环境空气湿球温度5-10℃，导致夏季冷水供水温度偏高。露点蒸发式的冷却塔可以突破环境空气的湿球温度，将出口冷水温度的极限值降低至环境空气的露点温度，为冷却塔的提效提供了新的方向。目前现有露点蒸发式冷却塔主要分管式和板式两种，对于空气和水两种介质常用管式。但目前管式露点蒸发冷却塔的阻力较高，风机能耗较高，且未能实现空气分级，导致出口冷却水的温度还有进一步下降的空间。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种露点蒸发管式冷却塔，该冷却塔能够实现管式露点蒸发方式，能够实现空气的预冷及分级，降低风机能耗，系统的安全性和经济性较高
为达到上述目的，本发明所述的露点蒸发管式冷却塔包括冷却塔体、鼓风机以及设置于冷却塔体内的喷淋系统、填料层、换热器及底部水池，其中，喷淋系统、填料层、换热器及底部水池自上到下依次分布；
冷却塔体的顶部设置有气体出口，换热器包括若干换热管，其中，各换热管上均开设有风孔，鼓风机与换热管的入口相连通。
各换热管采用顺列排列或者错列排列。
各换热管自上到下分为若干组，其中，各组换热管的直径不同，且各组换热管上风孔的直径不同。
自上到下，各组换热管的直径逐渐增大，各组换热管上风孔的直径逐渐增大。
风孔均匀布置于换热管的底部。
所述喷淋系统包括喷淋主管道及与喷淋主管道相连通的若干喷淋支管道，喷淋支管道上设置有喷淋孔。
各喷淋孔均匀分布于喷淋支管道的底部。
在工作时，鼓风机输出的冷空气进入到换热管中，再经风孔排出，热水经喷淋系统喷出向下掉落，经填料层进入到各换热管之间，冷空气与热水接触，变成热湿空气，所述热湿空气经填料层后从冷却塔体的顶部出口排出，热水掉落到底部水池中变成冷水。
设v孔为冷空气通过风孔时的风速，v管为换热管内冷空气的风速，则有
v孔＝v管
其中，Q为冷空气量，a为换热管的根数，D为换热管的直径；
其中，b为单根换热管上风孔的数量，d为风孔的直径；
各换热管内的风量相同，即冷空气在各换热管内的压降相同；
ΔP＝ΔP1＝ΔP2＝…＝ΔPn
其中，ΔP为冷空气的压降，ΔP1为经过最下层换热管的冷空气的压降，ΔP2为倒数第二层换热管的冷空气的压降，ΔPn为经过最上层换热管的冷空气的压降；
ΔP＝ΔP内+ΔP外
ΔP内为空气在换热管内的压降，ΔP外为空气在换热管外的压降。
ΔP内＝ΔP沿+ΔP孔
ΔP沿为空气在换热管内的沿程压降，ΔP孔为空气通过风孔时的局部压降；
其中，ε沿为换热管内沿程压降系数，L为单根换热管的长度；
其中，ε外为换热外压降系数，Z为换热管到换热器出口的层数，v外为冷空气在换热管外的流速；
其中，ε孔为冷空气经过风孔时的压降系数。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的露点蒸发管式冷却塔在具体操作时，热水由喷淋系统均匀喷入冷却塔体，在填料层中，热水与空气充分混合换热，以降低热水温度；在换热器中，冷空气由鼓风机送入换热管，再从风孔喷出，与冷却塔体中的热水进行接触换热，以降低热水的温度；在高度方向上，填料层输出的热水与各层换热管继续换热，热水温度不断降低，最终掉落到底部水池中变成冷水。本发明利用填料层与换热器组合，以提高冷空气与热水的混合度及换热效率，同时实现空气的预冷及分级，进一步降低冷却塔的出口水温。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明中换热器5主视图；
图3为本发明中换热器5侧视图；
图4为本发明中换热管6-1的示意图；
图5为本发明中喷淋系统的主视图；
图6为本发明中喷淋系统的示意图。
其中，1为冷却塔体、2为鼓风机、3为填料层、4-1为喷淋主管道、4-2为喷淋支管道、4-3为喷淋孔、5为换热器、6-1为换热管、6-2为风孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1至图6，本发明所述的露点蒸发管式冷却塔包括冷却塔体1、鼓风机2以及设置于冷却塔体1内的喷淋系统、填料层3、换热器5及底部水池，其中，喷淋系统、填料层3、换热器5及底部水池自上到下依次分布；冷却塔体1的顶部设置有气体出口，换热器5包括若干换热管6-1，其中，各换热管6-1上均开设有风孔6-2，鼓风机2与换热管6-1的入口相连通。
各换热管6-1采用顺列排列或者错列排列，各换热管6-1自上到下分为若干组，其中，各组换热管6-1的直径不同，且各组换热管6-1上风孔6-2的直径不同，自上到下，各组换热管6-1的直径逐渐增大，各组换热管6-1上风孔6-2的直径逐渐增大，风孔6-2均匀布置于换热管6-1的底部。
所述喷淋系统包括喷淋主管道4-1及与喷淋主管道4-1相连通的若干喷淋支管道4-2，喷淋支管道4-2上设置有喷淋孔4-3，各喷淋孔4-3均匀分布于喷淋支管道4-2的底部。
在工作时，鼓风机2输出的冷空气进入到换热管6-1中，再经风孔6-2排出，热水经喷淋系统喷出向下掉落，经填料层3进入到各换热管6-1之间，冷空气与热水接触，变成热湿空气，所述热湿空气经填料层3后从冷却塔体1的顶部出口排出，热水掉落到底部水池中变成冷水。
设v孔为冷空气通过风孔6-2时的风速，v管为换热管6-1内冷空气的风速，则有
v孔＝v管
其中，Q为冷空气量，a为换热管6-1的根数，D为换热管6-1的直径；
其中，b为单根换热管6-1上风孔6-2的数量，d为风孔6-2的直径；
各换热管6-1内的风量相同，即冷空气在各换热管6-1内的压降相同；
ΔP＝ΔP1＝ΔP2＝…＝ΔPn
其中，ΔP为冷空气的压降，ΔP1为经过最下层换热管6-1的冷空气的压降，ΔP2为倒数第二层换热管6-1的冷空气的压降，ΔPn为经过最上层换热管6-1的冷空气的压降；
ΔP＝ΔP内+ΔP外
ΔP内为空气在换热管6-1内的压降，ΔP外为空气在换热管6-1外的压降。
ΔP内＝ΔP沿+ΔP孔
ΔP沿为空气在换热管6-1内的沿程压降，ΔP孔为空气通过风孔6-2时的局部压降；
其中，ε沿为换热管6-1内沿程压降系数，L为单根换热管6-1的长度；
其中，ε外为换热外压降系数，Z为换热管6-1到换热器5出口的层数，v外为冷空气在换热管6-1外的流速；
其中，ε孔为冷空气经过风孔6-2时的压降系数。
本发明的具体工作过程为：
热水由喷淋系统的喷淋主管道4-1分配到喷淋支管道4-2中，再从各喷淋支管道4-2的喷淋孔4-3中均匀喷入冷却塔体1内，在填料层3中，热水与空气充分混合换热，降低了热水温度。在换热器5中，冷空气由鼓风机2送入换热管6-1，在单根换热管6-1中，冷空气先预冷降低空气的湿球温度，再从风孔6-2中喷出，与冷却塔体1中的热水接触换热，以降低热水的温度。在高度方向上，填料层3出口的热水与各层换热管6-1继续换热，热水温度不断降低，最终由冷却塔体1底部的出水口排出。该系统将填料层3与换热器5组合使用，提高了冷空气与热水的混合度和换热效率，同时实现了冷空气的预冷，降低其湿球温度，从而降低冷却塔体1的出口水温，还可以实现冷空气与热水的分级混合，更进一步降低了冷却塔体1的出口水温，提高系统效率。
