一种循环热水直回冷却塔的蒸汽冷凝系统的制作方法

1.本发明属于蒸汽冷凝技术领域，尤其是涉及一种通过提升蒸汽冷凝器的高度使循环热水直接回到冷却塔的蒸汽冷凝系统。


背景技术：

2.传统蒸汽冷凝工艺过程一般为：自冷却塔的循环凉水通过冷水泵输送到蒸汽冷凝器上部，循环凉水在蒸汽冷凝器内下降的过程中与自蒸汽冷凝器下部上升的蒸汽直接混合，蒸汽被凉水冷凝成水后体积骤缩而形成真空，从冷凝器底部排出的循环热水依靠位差(势能)流入冷却塔旁的热水池内，再由热水泵输送到冷却塔冷却，如此循环使用(见图1所示)。
3.传统蒸汽冷凝器循环热水出口距离地面会有一定高度，一是保证当蒸汽冷凝器内的真空度接近绝对真空时循环热水不会倒吸而是能进入热水池；二是克服热水池的液位产生的静压(液位高度一般为2m-3m)。
4.传统蒸汽冷凝器循环热水出口距离地面的高度差δh的计算过程如下：
5.δh＝δp/(ρ*g)＝(p
气
ρ*g*h
液-p0)/(ρ*g)
6.δp：热水池的池底压力，pa；
7.p
气
：热水池的液面压力，等于当地大气压力，此处以一个标准大气压即101325pa为例；
8.p0：循环热水在冷凝器内的压力，可按照绝对真空考虑，即0pa；
9.ρ：循环水密度，为1000kg/m3；
10.g：重力加速度，为9.81n/kg；
11.h
液
：热水池的液位，此处以2.5m为例；
12.可得到δh＝12.83m。
13.考虑循环热水在管路流动时要克服沿程阻力2m，则蒸汽冷凝器循环热水出口距离热水池底部的实际高度＝12.83 2＝14.83m。
14.由以上可知传统蒸汽冷凝工艺系统中需要使用到热水池和热水泵，如果能够通过提升蒸汽冷凝器的高度，使循环热水获得更大的势能直接进入冷却塔，不再使用热水池和热水泵，将避免蒸汽冷凝系统中设置热水池和热水泵带来的投资和电耗的增加，有利于降低成本，减少能耗，具有较大的使用价值。


技术实现要素：

15.有鉴于此，为解决上述问题，本发明提出了一种循环热水直回冷却塔的蒸汽冷凝系统，本发明在传统蒸汽冷凝系统的基础上，通过将蒸汽冷凝器位置进行高度提升，使循环热水获得更大的势能，进而可直接进入冷却塔，同时满足冷却塔对循环热水进水的压力要求，系统中不再需要设置热水池和热水泵，降低了成本，减少了能耗。
16.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
17.一种循环热水直回冷却塔的蒸汽冷凝系统，包括蒸汽冷凝器、冷却塔和凉水泵；所述冷却塔的凉水出口通过所述凉水泵与所述蒸汽冷凝器的循环凉水进口连接，所述蒸汽冷凝器的循环热水出口与所述冷却塔的循环热水进口连接；所述蒸汽冷凝器的循环热水出口与所述冷却塔的循环热水出口的高度差为δh，所述δh由以下公式得出：
18.δh＝δp/(ρ*g) h
阻
＝(p
1-p0)/(ρ*g) h
阻
19.其中，δp为蒸汽冷凝器的循环热水出口与冷却塔的循环热水出口的压力差，单位为pa；
20.ρ为水的密度，1000kg/m3；
21.g为重力加速度，9.81n/kg；
22.p1为当地大气压力与冷却塔的循环热水出口处的压力之和，单位为pa；
23.p0为循环热水在蒸汽冷凝器内受到的压力，单位为pa；
24.h
阻
为循环热水在管路流动时克服的沿程阻力，单位为m。
25.本系统中，来自冷却塔的循环凉水送到高处的蒸汽冷凝器，与从上一工序送入的蒸汽直接混合，蒸汽被循环凉水冷凝成水以后体积急剧缩小形成一定的真空度，循环凉水吸收蒸汽冷凝热升温变成循环热水，从蒸汽冷凝器底部排出后不再使用传统方式即先进入地面热水池再通过热水泵送到冷却塔上部，而是依靠提升蒸汽冷凝器高度后增加的势能直接进入冷却塔上部，在冷却塔内下降过程中冷却成循环凉水，再由凉水泵送到蒸汽冷凝器，循环使用。
26.本系统中蒸汽冷凝器的循环热水出口与冷却塔的循环热水出口(布水出口)的高度差为δh，确定了δh后，即可确定蒸汽冷凝器距离地面的安装高度。δh＝δp/(ρ*g) h
阻
＝(p
1-p0)/(ρ*g) h
阻
；p1需要根据当地大气压力和冷却塔的循环热水的出口处的布水压力来确定，从经济性角度考虑，为了使蒸汽冷凝器提升高度最低化，同时满足循环热水进入冷却塔时的一定压力而将水在塔内均布分散，布水出口处优选采用淋水式布水器，淋水式布水器出口压力仅需表压30000pa，而喷头式布水器的出口压力要求最低表压101kpa；p0为循环热水在蒸汽冷凝器内受到的压力，蒸汽冷凝器内具有一定真空度，p0可以约等于为0；h
阻
则考虑循环热水在管路流动时要克服沿程阻力，一般取2m；综上，则可根据现场实际情况确定蒸汽冷凝器的循环热水出口与冷却塔的循环热水出口之间的高度差，进而确定蒸汽冷凝器的实际安装高度。
27.进一步的，为使蒸汽冷凝器提升高度尽量最低化，且同时满足循环热水进入冷却塔时所具有的压力能够将水在塔内均布分散，所述冷却塔的循环热水出口处安装有淋水式布水器，所述淋水式布水器出口压力仅需表压30kpa。
28.进一步的，所述冷却塔的循环热水出口处的压力取30000pa，所述p0取0pa，所述h
阻
取2m。
29.进一步的，所述蒸汽冷凝器内的真空度调控由所述dcs系统控制。
30.在正常使用时，蒸汽进入蒸汽冷凝器被冷凝，当蒸汽流量改变时，为使蒸汽被循环凉水完全冷凝，同时维持蒸汽冷凝器内的真空度不变，循环凉水的流量也要随之而自动调节。dcs系统可实现真空度、循环凉水流量以及蒸汽量三者之间流量的联锁，即蒸汽的量的改变，引起真空度的变化，根据真空度的变化，调整来自循环凉水的流量，保证蒸汽完全冷凝，使真空度达到设定值。
31.本发明所述的循环热水直回冷却塔的蒸汽冷凝系统在使用时，先将来自冷却塔的循环凉水(水温在20℃～30℃)通过凉水泵送到高处的蒸汽冷凝器，凉水从冷凝器顶部进入依靠势能落下，同时来自上一工序蒸汽从冷凝器下部进入，在上升过程中与自上而下的凉水直接混合，蒸汽被循环凉水冷凝变成水后体积急剧缩小形成一定的真空度(2kpa～10kpa)，循环凉水与蒸汽冷凝水混合后升温变成循环热水(水温在30℃～40℃)，依靠势能从蒸汽冷凝器底部排出，经过循环水管道直接进入冷却塔上部，出口压力达到表压30kpa后分散在冷却塔上部，热水在下降过程被冷却成凉水(水温在20℃～30℃)落在冷却塔底部，再由凉水泵送到蒸汽冷凝器，循环使用。
32.相对于现有技术，本发明所述的循环热水直回冷却塔的蒸汽冷凝系统具有以下优势：
33.本发明所述的循环热水直回冷却塔的蒸汽冷凝系统的主要设备为冷却塔、蒸汽冷凝器和凉水泵，不设置热水池和热水泵，而是通过将蒸汽冷凝器位置进行高度提升，使循环热水获得更大的势能，再满足冷却塔对循环热水进水的压力要求得同时，可直接进入冷却塔，无需热水池和热水泵，降低了成本，减少了能耗，也减少了占地面积。
附图说明
34.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
35.在附图中：
36.图1为背景技术中所述的传统蒸汽冷凝系统的结构示意图；
37.图2为本发明实施例所述的循环热水直回冷却塔的蒸汽冷凝系统的结构示意图。
38.附图标记说明：
39.1-蒸汽冷凝器；2-冷却塔；3-凉水泵。
具体实施方式
40.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
44.如图2所示，一种循环热水直回冷却塔的蒸汽冷凝系统，包括蒸汽冷凝器1、冷却塔
2和凉水泵3；冷却塔2的凉水出口通过凉水泵3与蒸汽冷凝器1的循环凉水进口连接，蒸汽冷凝器1的循环热水出口与冷却塔2的循环热水进口连接，冷却塔2的循环热水出口(图2中p所示位置)处安装有淋水式布水器，淋水式布水器出口压力为30kpa；蒸汽冷凝器1内的真空度调控由dcs系统控制；
45.蒸汽冷凝器1的循环热水出口与冷却塔2的循环热水出口(循环热水布水出口)的高度差为δh，δh由以下公式得出：
46.δh＝δp/(ρ*g)h
阻
＝(p
1-p0)/(ρ*g) h
阻
47.其中，δp为蒸汽冷凝器的循环热水出口与冷却塔的循环热水出口的压力差，单位为pa；
48.ρ为水的密度，1000kg/m3；
49.g为重力加速度，9.81n/kg；
50.p1为当地大气压力与冷却塔的循环热水出口处的压力之和，单位为pa；
51.p0为循环热水在蒸汽冷凝器内受到的压力，单位为pa；
52.h
阻
为循环热水在管路流动时克服的沿程阻力，单位为m。
53.实施例1
54.某工厂所在地区的海拔高度为1200m，为传统蒸汽冷凝工艺系统，系统中包括热水池和热水泵设备，现有冷却塔循环热水进口(与冷却塔循环热水出口一般在同一水平面)距离地面高度为10m，冷却塔的循环热水出口布水处的压力要求不小于30000pa，改造目标为不设置热水池和热水泵，减少占地面积，减少能耗。
55.根据以上条件，确定蒸汽冷凝器的循环热水出口与冷却塔的循环热水出口(循环热水布水出口)的高度差为δh：
56.δh＝δp/(ρ*g) h
阻
＝(p
1-p0)/(ρ*g) h
阻
57.其中，ρ为水的密度，1000kg/m3；
58.g为重力加速度，9.81n/kg；
59.p1为当地大气压力与冷却塔的循环热水出口处的压力之和，当地大气压为88025pa，循环热水出口处的压力为30000pa；
60.p0为循环热水在蒸汽冷凝器内受到的压力，可约取为0pa；
61.h
阻
为循环热水在管路流动时克服的沿程阻力，可约取为2m。
62.将各数据带入公式中，得到δh＝14.03m，则蒸汽冷凝器距离地面高度h＝14.03 10＝24.03m。
63.本系统中，来自冷却塔的循环凉水送到高处的蒸汽冷凝器，与从上一工序送入的蒸汽直接混合，蒸汽被循环凉水冷凝成水以后体积急剧缩小形成一定的真空度，循环凉水吸收蒸汽冷凝热升温变成循环热水，从蒸汽冷凝器底部排出，依靠提升蒸汽冷凝器高度后增加的势能直接进入冷却塔上部，在冷却塔内下降过程中冷却成循环凉水，再由凉水泵送到蒸汽冷凝器，循环使用。
64.在使用过程中，根据工艺要求正常情况下进入蒸汽冷凝器的蒸汽流量25t/h，此时循环凉水流量为2125m3/h，真空度保持在3kpa；当蒸汽流量改变为30t/h时，真空度增加为5kpa，联锁反馈到循环凉水的自控阀门上，自控阀门开度增加，随之循环凉水的流量加大，当循环凉水流量增加到2550m3/h时，真空度恢复到3kpa，系统转入稳定运行。
65.实施例2
66.某工厂所在地区的海拔高度为500m，为传统蒸汽冷凝工艺系统，系统中包括热水池和热水泵设备，现有冷却塔循环热水的进口距离地面高度为12m，冷却塔的循环热水出口布水处的压力要求不小于30000pa，改造目标为不设置热水池和热水泵，减少占地面积，减少能耗。
67.根据以上条件，确定蒸汽冷凝器的循环热水出口与冷却塔的循环热水出口(循环热水布水出口)的高度差为δh：
68.δh＝δp/(ρ*g) h
阻
＝(p
1-p0)/(ρ*g) h
阻
69.其中，ρ为水的密度，1000kg/m3；
70.g为重力加速度，9.81n/kg；
71.p1为当地大气压力与冷却塔的循环热水出口处的压力之和，当地大气压为95783pa，循环热水出口处的压力为30000pa；
72.p0为循环热水在蒸汽冷凝器内受到的压力，可约取为0pa；
73.h
阻
为循环热水在管路流动时克服的沿程阻力，可约取为2m。
74.将各数据带入公式中，得到δh＝14.82m，则蒸汽冷凝器距离地面高度h＝14.82 12＝26.82m。
75.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。