二技术背景
冷却塔是国民经济中许多部门广泛使用的循环水冷却设备，其性能的好坏极大地影响系统的效益，尤其是在今天的水资源危机和环保危机之中，对冷却塔技术的改进不仅具有经济效益，而且具有极大的社会效益。
现有冷却塔工作原理是利用冷风与热水传热传质使热水蒸发，空气增湿带走热量使循环水降温。按此原理，欲使循环水冷却既需要足够量的风，即足够大的气水比，又要使空气和水之间有足够大的传质系数和传质面积。为了增大气水比,现行冷却塔采用外加风机的方式强制通风，或修建高大的双曲线冷却塔自然抽风。为了强化传质,现行冷却塔内设置填料增大气水的传质面积和传质系数，或者采用喷雾的方式增大传质系数和传质面积。
现行国家标准规定，当大气的湿球温度为28℃，冷却塔的进水温度为37℃，出水温度低为32℃，温降5℃。分析和实践指出，为达到此要求冷却塔的气水比应在0.8以上，或者说冷却1kg水需要0.8kg的空气。通常冷却塔的风机按此要求选取。但实际上由于填料阻力的存在,实际运行的气水比远小于设计值，所以降不了温。填料易堵塞，变形，阻力大，以及没有水的区域流动,造成气水短路。且风机噪音大以及向下流动的水流阻止冷风向填料流动的现象。填料少了传质差，填料多了堵塞，这是填料塔难以逾越的矛盾。为此出现新开发的喷雾冷却塔。
现行喷雾冷却塔存在的问题是：1)喷头气水比不够。2)工作水压高0.25-0.30mpa。3)水喷嘴口径小，易填塞。4)现行风机加喷头的喷雾冷却塔的上喷雾流存在水雾下落时形成的回流下沉风阻止热风排出，降温效果反不如填料塔。
中国发明专利1997年公开了<重力回水二次喷射冷却塔>(zl97.107721.5)此发明提出了重力回水二次喷雾的概念、原理、功能。但存在的问题是:1)仅以喷雾装置为冷却元件，未能克服上喷雾流回落产生的回流下沉风，排气受阻气水比不大，温降不理想。2)喷雾装置的转动机构为滚珠轴承寿命不足，难以维修，可靠性差，难以推广应用。
针对上述专利的缺陷，中国专利“新型重力回水二次喷射喷雾通风冷却塔”(zl01256902)进行了改进。改进之处是：1)将原滚珠轴承的喷雾装置改为中国专利<外旋式喷雾堆进抽风装置>(专利号00112630x)其内提供的液悬浮水轴承的喷雾装置。2)将冷却塔的出风筒改为筛网风筒使水膜在筛网上再次冷却。3)在冷却塔内同时设置一次和二次喷雾的雾化喷头。4)在塔壁上开设置二次进风口。5)在冷却流量(进水量)上以中心的喷雾装置为主，周围的一次雾化喷头为辅。6)在安装喷雾装置的内风筒的外侧设置了淋水筛网。
对上述改进了的冷却塔,经运行中,又发现如下问题:1)以中心喷雾装置流量为主的冷却塔因在大型化中的喷雾装置的数量过多给设计、安装、维修带来困难。2)中心喷雾装置流量过大可能产生回流下沉风使其冷却排气不畅，影响降温效果。3)在大于150t/h的单元冷却塔中回水槽的积水量不足，因而未能充分发挥二次喷雾的冷却效果。4)淋水筛网影响了二次喷雾流的高度，因而影响降温效果，同时筛网易结垢，堵塞，变形。
三
技术实现要素：
本发明提出的重力回水二次喷射冷却塔,就是要解决上述现有冷却塔存在的中心回流下沉风大,降温效果差；中心喷雾装置大型化数量多,设计、安装、维修困难；回水槽积水量不足,二次喷射冷却效果未能充分发挥；淋水筛网影响降温效果,且易结垢，堵塞等问题。
技术方案如下:
重力回水二次喷射冷却塔，包括:a)塔体5,塔体外表面从上至下为塔板9，二次进风口10，百叶窗11；百叶窗下方设积水槽2、出水口12；塔体下方中心有含进水管1的进水组件。b)塔体内中心设置一台上喷型雾化装置13；高度装在百叶窗水平面上方,在导风筒14内,且放在与进水管连通的进水竖管1.1上。导风筒外侧的与进水管连通的环形水管1a上装有分布n1支的一次喷头4b；导风筒上方设一个筛网风筒7,筛网风筒上端有收水器。c)塔内筛网风筒下设有回水槽、重力回水管,底端水平回水管上装有分布的n2支的二次喷头4a。其特征是
1)通过进水组件向n1支一次喷头4b和一台雾化装置13提供的压力热水分配流量比为k,设计中取k＝n1支喷头流量/一台装置流量＝2-3倍,压力热水压力为0.10-0.20mpa,一次喷头总个数n1≧16支。2)回水槽为沿塔体内壁四周的一个环状方形回水槽6,方形回水槽与塔壁间密封。方形回水槽四个角处开四个流水孔6a,该处下方设四根垂直重力回水管3a,四根重力回水管底端连通对称均布的两组环形水平回水管3b,3c其上分布的二次喷头4a总数量n2≧24支。3)一次喷头和二次喷头安装方向均是斜向朝上,一次喷头朝向为沿回水槽的塔壁四周喷射的方向。4)一次喷头4b距方形回水槽的高差h1＝1.0-1.5米,二次喷头4a距方形回水槽的高差h2≧2.5米。
上述雾化装置13可采用液悬浮水轴承的上喷型喷雾推进装置13；可见中国专利:<外旋式喷雾堆进抽风装置>专利号00112630x。上述一次喷头和二次喷头可同时采用二次引射旋流雾化喷头4a或者同时采用中国专利<多次引射式旋流雾化喷头>(专利号891041109)。其中<二次引射旋流雾化喷头4a>在后面结合附图详述。
上述<重力回水二次喷射冷却塔>称为单元塔,可以采用n≧2台单元塔组合成组合式冷却塔,后面结合附图再详述。
本发明的有益效果：
1)本发明针对上述现存在的问题,对喷雾装置、雾化、喷头的性能及其相互影响进行了大量的实验和多次的改进，实现和保证了循环水冷却所需的气水比，传质系数和传质面积。2)本发明设计流量分配比k＝2-3倍,即以一次喷头流量为主,装置流量为辅的重力回水方案,由于降温热水绝大部分流量由一次喷头喷向回水槽,既保证了冷却回水的绝大部分不产生下沉风回流，从而极大地降低了冷却塔中水流产生的气阻，使有效气水比增大，水蒸汽分压下降，有利于热水的蒸发。同时又使热水两次降温，一举两得。运行试测结果,当工作水压为0.12mpa，大气湿球温度为26℃时，本塔可将42℃的热水降至32℃，37℃降至29℃。取得优异冷却效果。3)一次、二次喷头采用了二次引射旋流雾化喷头4a,因其内水喷嘴为空心的收一扩型喷嘴，孔径为φ12-φ18mm，具有口径大，压力低，不易堵塞等优点，进而使塔的工作稳定性好，维护工作量极小。4)喷雾装置13采用液悬浮水轴承的喷雾装置，实践证明此种装置可连续运行两年以上不必检修。5)单元塔结构及运动部件简化:首先取消了现有的淋水筛网,不仅降低了通风阻力且简化结构,且防止筛网结垢、堵塞等。其二,回水槽6也由以前的内环形回水槽加连通的外周沿塔内壁的方形回水槽,现简化为只设沿塔内壁的方形回水槽。6)不仅提供优化单元塔,且作出相配套的组合塔,以此增大了冷却水量,简化塔的结构,实现设计单元化、标准化。7)鉴于本发明具有优良冷却效果，且无填料，无风机，具有工作水压低，噪音小，节能,且喷嘴不易堵塞、维修量小、运行可靠等一系列优点，因此本发明可取代现行机力通风塔和喷雾塔。
四附图说明
图1实施例1单元塔正视图(z-x面)(左侧为剖视图,右侧为外形图。)
图2为图1中a-a剖面俯视图(x-y面)。能俯视喷雾装置13、导风筒14、一次喷头4b、方形回水槽6、筛网风筒7下周边等。筛网风筒7见虚线所示。
图3为图1中b-b剖面俯视图(x-y面)。能俯视二次喷头4a、水平回水管3b、3c等。
图4二次引射旋流雾化喷头4a的正剖视图。
图5实施例2组合式冷却塔正视示意图(左侧剖视图,右侧外形图)。
图6为图5中a-a剖面俯视图(x-y面)。
五具体实施方式
实施例1:单元塔见图1—图4
与现有结构相同的部分,包括如下:
a)见图1、图2,塔体5,俯视外形为正方形。塔体5塔壁外表面从上至下为长条塔板9，二次进风口10，百叶窗11。百叶窗的下部设冷却水积水槽2，其上设出水管12。塔体下方中心为进水组件,由无缝钢管焊接而成,包括:最下部的进水管1,上端用法兰与喷雾装置13进水口连通的进水竖管1.1；进水竖管中装设园柱形储水室1.2,通过周向四根斜向配水管1.3与上面的环形水管1a及分布n1支一次喷头4b连通。b)见图1,塔体内中心设置一台上喷型雾化装置13；高度装在百叶窗水平面上方,在导风筒14内,且放在进水竖管1.1上。导风筒外侧的与进水管连通的环形水管1a上装有分布n1支的一次喷头4b；导风筒上方设一个筛网风筒7,筛网风筒上端同时设内、外收水器8b、8a。c)塔内筛网风筒下设有回水槽、重力回水管,底端水平回水管上装有分布的n2支的二次喷头4a。
本实施例1单元塔新设计部分如下:
1)见图1,图2,导风筒14外侧的的环形水管1a上装有分布n1支一次喷头4b,进水组件中通过四根斜向配水管1.3与上面的环形水管1a及n1支一次喷头4b连通提供压力热水；进水组件通过进水竖管1.1向一台雾化装置13提供压力热水。n1支一次喷头4b和一台雾化装置分配流量比为k,设计中取k＝n1支喷头流量/一台装置流量＝2-3倍,压力热水压力为0.10-0.20mpa。见图2,一次喷头4b总个数n1＝22支,均布在四边形四根管子上。
2)见图1、图2、图3,回水槽6设在筛网风筒7下方,是沿塔体内壁四周的环状方形回水槽6,方形回水槽与塔壁间有密封6b不漏水。方形回水槽四个角处开四个流水孔6a,下方设四根垂直重力回水管3a,重力回水管3a底端连通对称均布的两环形水平回水管3b、3c。见图3,两环形水平回水管3b、3c交叉布置,其上均布共装n2支二次喷头4a；n2＝40支。
3)见图1一次喷头4b和二次喷头4a安装方向是斜向朝上,并向塔壁四周喷雾的方向。二次喷头一般可取为向中心喷射的斜向朝上方向。
4)见图1,本实施例一次喷头4b距方形回水槽的高差h1为:1.5米>h1>1.2米。二次喷头4a距方形回水槽的高差为h2>3.0米。
5)上述雾化装置13采用液悬浮水轴承的上喷型喷雾推进装置13。可见中国专利:<外旋式喷雾堆进抽风装置>专利号00112630x.。这里不再详述。
6)本实施例上述一次喷头4b和二次喷头4a同时采用二次引射旋流雾化喷头4a。其<二次引射旋流雾化喷头4a>结构如下:见图4、图1。
收-扩型的水喷嘴4.2外放置分别开有进气孔4.7的圆柱形一次引射套4.3、开有进气孔4.6的圆柱形二次引射套4.5；在一次引射套外装有锥形内孔的进气整流套4.4,由此形成的组件,密封固定在开孔的空心球形旋流室4.1上方；旋流室通过切向水管4.9、法兰4.8与一次喷射的环形水管1a或二次喷射的两环形回水管3b、3c连通提供压力热水。
其工作过程如下：
见图1,压力热水通过进水组件同时进入液悬浮的上喷型喷雾推进雾化装置13和n1支一次喷头4b(即采用的二次引射雾化喷头4a)中喷雾。在喷雾装置13中喷雾流的反作用力带动自身喷头和风叶，同时旋转机械风和引射风使上喷雾流冷却,其冷却后的水落至下方积水槽2中。与此同时，绝大部分热水经一次喷头4b斜向向上塔壁喷雾并引射冷风，最后均落入回水槽6中。热水因雾化和抽风而与空气进行强制热交换受到一次冷却。利用二次引射旋流雾化喷头4a优异的低压雾化性能，落至回水槽中的一次温水，再利用高差经二次喷头4a再次喷雾降温。由于降温热水的绝大部分流量被回水槽6收集，这就避免了水雾回流产生下沉风,从而极大降低了冷却塔的通风阻力,提高了有效气水比。
实施例2，两个单元塔(n＝2)构成的组合塔,如下构成。见图5、图6。
与现有<重力回水二次喷射组合冷却塔>组合塔相同的结构:
a)见图5,具有大塔体5a,大塔体外表面从上至下为塔板9，二次进风口10，百叶窗11；百叶窗下方设大积水槽2a、总出水口12a。大塔体下方中心有含总进水管1的总进水组件,包括:一个总进水管1a放在中心位置,其正上方设一个大容量水室15,并用两根水平配水管16与两台(n＝2)喷雾装置下方的两个储水室1.2a连通供水；每台储水室1.2a通过四根斜向配水管1.3a与上面的环形水管1a及n1支一次喷头4b连通供水；大容量水室15通过每台进水竖管1.1a向每台雾化装置13供水。每台喷雾装置、储水室下方增设内外支撑件17a、17b。大容量水室15固定在回水槽支撑件18上。b)见图5、图6,大塔体5a内中心设置n＝2台上喷型雾化装置13；高度均装在百叶窗水平面上方,每台雾化装置1均置于每台导风筒14内,且放在与总进水管1连通的每台进水竖管1.1a上。每台导风筒外侧的与总进水管连通的环形水管1a上装有分布n1支的一次喷头4b；每台导风筒14上方设一个筛网风筒7,筛网风筒上端有内、外收水器8b、8a。c)塔内每台筛网风筒下设有回水槽、重力回水管,底端水平回水管上装有分布的n2支的二次喷头4a。
本实施例2组合塔新设计部分如下:
1)见图5,图6,通过总进水组件向每台n1支一次喷头4b和一台雾化装置13提供的压力热水分配流量比为k,设计中取k＝n1支喷头4b流量/一台装置13流量＝2-3倍,压力热水压力为0.10-0.20mpa,每台一次喷头4b总个数n1＝22支。
2)见图5,每台上喷型雾化装置13上方设一个筛网风筒7。见图6,相邻两个筛网风筒7下方设两个相同方形回水槽6a,每个方形回水槽四个角处开四个流水孔6a,四个流水孔下方设四根垂直重力回水管3a,四根重力回水管3a底端连通对称均布的每台两组水平回水管3b,3c每台两组水平回水管上共分布n2支二次喷头4a；n2＝40支。
3)见图6,两个方形回水槽6a各有三边贴在大塔体5a内壁上,两方形回水槽6a间用回水槽过水槽6c连通。见图5,大塔体5a与方形回水槽间有密封6b。每两相邻方形回水槽6a间下方设回水槽支撑件18。
4)每台内各个一次喷头4b和二次喷头4a安装方向均是斜向朝上,一次喷头4b向着大塔体5a内壁和回水槽6a喷射的方向。二次喷头一般可取为向中心喷射的斜向朝上方向。
5)见图5,每台一次喷头4b距该台方形回水槽6的高差h1,1.2米<h1<1.5米,二次喷头4a距该台方形回水槽6a的高差为h2,取h2>3米。