三角形冷却单元竖直布置的间冷塔及其冷却方法与流程

本申请为中国专利201510201859.3(申请日：2015-4-23，名称：一种带楔形间隙的柱式冷却管束)的分案申请。

本发明属于火/核电站间接空冷领域，特别涉及一种三角形冷却单元竖直布置的间冷塔及其冷却方法。

背景技术：

自然通风间接空冷塔，具有零蒸发水耗和零风机电耗的优良节水节能特性，已逐渐成为我国西北、华北等干旱缺水地区火电机组循环水的主要冷却装置。自然通风间接空冷塔，以下简称间冷塔，由散热器和塔筒组成，其中散热器为翅片式散热管束。翅片式散热管束可在塔筒下方沿间冷塔竖置布置周向组合成三角形冷却单元，也可在塔筒下方水平布置组合成a形框架冷却单元。

在散热器塔外竖直布置的间冷塔中，三角形冷却单元由两个冷却柱并联组成，每个冷却柱又由3～4个冷却管束串联组成，常规冷却管束为基管排数为4或6的翅片管束。在散热器塔内水平布置的间冷塔中，a型框架冷却单元由两个冷却柱并联组成，每个冷却柱都包括2～4个串联的冷却管束。

循环水在间冷塔的翅片式散热管束内流动，以对流传热的方式，将热量传递给翅片间的环境空气。现有研究表明，环境自然风直接影响间冷塔塔底进风口区域和塔顶出口区域空气动力场，降低了塔侧冷却管束的传热性能,恶化了间冷塔整体冷却性能。

如图1所示，为现有间冷电站用散热器呈三角形冷却单元竖置布置的间冷塔，三角形冷却单元所组成的散热器1在塔筒2的进风口外侧竖直布置。如图2所示，为现有间冷塔冷却三角型散热器的整体横剖面的布置方式示意图。由图2可知，沿间冷塔半塔周向，散热器可分为五个冷却扇段，整塔共十个扇段。沿间冷塔周向，顺时针依次标记各冷却扇段：第一扇段3，涵盖的扇角θ范围为0°～36°；第二扇段4，涵盖的扇角θ范围为36°～72°；第三扇段5，涵盖的扇角θ范围为72°～108°；第四扇段6，涵盖的扇角θ范围为108°～144°；第五扇段7，涵盖的扇角θ范围为144°～180°。

如图3为现有冷却柱所组成的三角形冷却单元的横剖面结构示意图，包含结构相同的第一冷却柱8和第二冷却柱9，两冷却柱一侧端顶点相交，夹角在40°～60°之间；两冷却柱非相交侧张开形成三角形冷却单元的主要进风口10，并在进风口处设置百叶窗，百叶窗起到控风作用，可在冬季防止冷却柱管束冻结冻裂。

无环境自然风影响时，环境空气11几乎全部能够沿间冷塔径向自然流动进入三角形冷却单元，并同时流经第一冷却柱8和第二冷却柱9，完成换热。三角形冷却单元内空气流场结构关于冷却单元中心线对称，第一冷却柱8和第二冷却柱9冷却性能相同。但对于一个冷却柱中同一冷却管束中的多排翅片管束而言，其靠近百叶窗进风口侧的翅片管先与流入空气进行换热，使其下游翅片管对应的空气温度升高，导致远离百叶窗进风口侧的翅片管散热不足。

而间冷塔实际运行时，环境自然风总是存在的，而且对间冷塔冷却性能产生不利影响。为保证间冷塔冷却性能，通常间冷塔设计环境侧风风速取为4m/s或6m/s。如图4为4m/s环境侧风下间冷塔塔侧第三扇段部分三角形冷却单元的横截面空气动力场。以4m/s环境侧风的影响为例，由图4可知，4m/s的环境侧风造成塔侧空气周向速度较大，使得塔侧三角形冷却单元空气入口即百叶窗处进风风向偏离冷却单元对称面一定角度θd，并在冷却单元的第一冷却柱8进风侧引起较大漩涡，这必将降低第一冷却柱8的通风量，弱化第一冷却柱8的冷却性能，最终造成第一冷却柱8的出塔水温明显升高。

因此，在环境侧风条件下，减小塔侧三角形冷却单元内低速涡流区域的不利影响，增加冷却单元通风量，减小乃至消除冷却单元内的低速涡流区域，强化冷却柱对应冷却管束的冷却性能，并进而提高三角形冷却单元和间冷塔整体冷却性能，已成为亟须解决的问题。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种三角形冷却单元竖直布置的间冷塔及其冷却方法。其采用带楔形间隙的柱式冷却管束，优化间冷塔冷却单元的空气入口区域，在环境侧风条件下，由柱式冷却管束一侧端壁楔形间隙处的空气来流，直接冲击冷却单元内部空间，从而可有效减小乃至消除塔侧冷却单元内的空气低速流动区域，实现冷却单元一侧冷却柱和冷却单元整体冷却性能的提高；在无环境侧风影响时，该柱式冷却管束一侧端壁楔形间隙处的空气来流可强化冷却管束内部通风，增大冷却管束水气两侧的平均传热温差，实现冷却管束传热性能的强化。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一方面提供一种三角形冷却单元竖直布置的间冷塔，包括散热器和塔筒，在散热器外竖直布置有三角形冷却单元，所述三角形冷却单元由两个一端相交、呈一定夹角α布置的第一新型冷却柱和第二新型冷却柱组成，两个冷却柱的夹角α为40°-60°；第一新型冷却柱和第二新型冷却柱均由2-4个该带楔形间隙的柱式冷却管束串联组成；所述柱式冷却管束包括两个一端相交成设定角度β的翅片式散热管束，另一端张开，两个翅片式散热管束之间形成楔形间隙，两个所述的翅片式散热管束的夹角β在0°-10°之间。

优选的，所述两个翅片式散热管束中，一侧翅片式散热管束为上水侧管束，另一侧翅片式散热管束为下水侧管束，上水侧束在冷却单元外侧，下水侧管束在冷却单元内侧。

优选的，两个所述的翅片式散热管束对称设置。

优选的，以两个所述的翅片式散热管束的相交侧端壁交点为原点，沿着翅片式散热管束向张开侧端壁延伸一定距离l，从原点到翅片式散热管束张开侧端壁的距离为l，两个翅片式散热管束在0-l内共用翅片，满足

优选的，所述翅片式散热管束中的排管采用错列布置或者顺列布置。

优选的，所述所述翅片式散热管束中的排管为n排管，其中4≥n≥1。

本发明还提供了一种三角形冷却单元竖直布置的间冷塔的冷却方法，空气除从第一新型冷却柱和第二新型冷却柱之间的主要进风口进入三角冷却单元，也通过组成冷却柱的该柱式冷却管束张开侧端壁处的楔形间隙进入；

在无环境自然风时，由于柱式冷却管束楔形间隙处来流空气，未经冷却柱下水侧管束的换热，因此其与上水侧管束之间的传热温差较大，可提高冷却管束的平均传热温差，起到强化冷却管束传热性能的作用；

在环境自然风条件下，对于塔侧冷却单元，构成冷却单元一侧冷却柱的该柱式冷却管束的张开侧端壁楔形间隙处来流空气，可直接冲击冷却单元内部空间，从而有效减小乃至消除塔侧冷却单元内的空气低速流动区域，实现冷却单元一侧冷却柱和冷却单元整体冷却性能的提高；

在环境侧风条件下，对于间冷塔迎风侧和背风侧的冷却单元，在空气流入冷却单元时，该柱式冷却管束张开侧端壁楔形间隙处来风，可强化冷却管束内部通风，增大冷却管束水气两侧的平均传热温差，实现冷却管束传热性能的强化。

在具体设置时，在所述的两个翅片式散热管束的张开侧端壁楔形间隙入口处设置百叶窗。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)对于散热器呈三角形塔外竖置布置的间冷塔，在无环境侧风条件下，该柱式冷却管束张开侧端壁楔形间隙处来风可强化冷却管束内部通风，增大冷却管束水气两侧的平均传热温差，实现冷却管束传热性能的强化；

2)对于散热器呈三角形塔外竖置布置的间冷塔，在环境侧风条件下，对于间冷塔塔侧冷却单元，该柱式冷却管束张开侧端壁楔形间隙处来风，可直接冲击塔侧冷却单元内部空间，从而有效减小乃至消除塔侧冷却单元内低速空气涡流的不利影响，进而实现冷却单元一侧冷却柱和冷却单元整体冷却性能的提高；

3)对于散热器呈三角形塔外竖置布置的间冷塔，在环境侧风条件下，对于间冷塔迎风侧和背风侧的冷却单元，在空气流入冷却单元时，该柱式冷却管束张开侧端壁楔形间隙处来风，可强化冷却管束内部通风，增大冷却管束水气两侧的平均传热温差，实现冷却管束传热性能的强化；

4)对于散热器呈a型框架塔底水平布置的间冷塔，柱式冷却管束张开侧端壁处的楔形间隙，可避免冷却单元内低速空气涡流的形成，同时也可强化冷却管束内部通风，增大冷却管束水气两侧的平均传热温差，实现冷却管束传热性能的强化。

附图说明

图1为现有间冷电站用间冷塔；

图2为现有间冷塔冷却三角型散热器的整体横剖面的布置方式示意图；

图3为现有间冷塔冷却三角结构示意图；

图4为在4m/s设计风速下现有间冷塔的塔侧第三扇段的冷却三角流场结构示意图；

图5为一种带楔形间隙的柱式冷却管束；

图6为翅片式散热管束排管顺列排列方式；

图7为翅片式散热管束排管错列排列方式；

图8为竖直布置的间冷塔冷却单元；

图9为水平布置的间冷塔冷却单元；

其中：1.散热器，2.塔筒，3.第一扇段，4.第二扇段，5.第三扇段，6.第四扇段，7.第五扇段，8.第一冷却柱，9.第二冷却柱，10.主要进风口，11.空气，12.楔形间隙，13.第一翅片式散热管束，14.第二翅片式散热管束，15.上水侧管束，16.下水侧管束，17.第一单水程管束，18.第二单水程管束，19.第一新型冷却柱20.第二新型冷却柱。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图5所示，一种带楔形间隙的柱式冷却管束，包括两个一端相交的翅片式散热管束，即第一翅片式散热管束13和第二翅片式散热管束14，两个翅片式散热管束相交成设定的角度β，夹角β为0°～10°。第一翅片式散热管束13和第二翅片式散热管束14的结构相同，一侧端壁相交，另一侧端壁张开，两个翅片式散热管束之间形成楔形间隙12。

第一翅片式散热管束13和第二翅片式散热管束14，以其一侧交点为原点，向另一侧延伸一定距离l，则在0-l内第一翅片式散热管束13和第二翅片式散热管束14共用翅片，其中从原点到翅片式散热管束另一侧端点的距离为l。

第一翅片式散热管束13和第二翅片式散热管束14可为图6所示的顺列管束也可为图7所示的错列管束，单个翅片式散热管束的管排数为n，4≥n≥1。

实施例1在散热器塔外竖置布置的间冷塔三角形冷却单元中的应用

图8为竖直布置的间冷塔三角形冷却单元，由两个一端相交、呈一定夹角α布置的第一新型冷却柱19和第二新型冷却柱20组成，两个冷却柱的夹角α通常为40°-60°。第一新型冷却柱19和第二新型冷却柱20均由4个该带楔形间隙的柱式冷却管束串联组成。该带楔形间隙的柱式冷却管束中的第一翅片式散热管束和第二翅片式散热管束，分别组成第一新型冷却柱19和第二新型冷却柱20的上水侧管束15和下水侧管束16；上水侧管束15在冷却单元外侧，下水侧管束16在冷却单元内侧。第一新型冷却柱19和第二新型冷却柱20非相交侧张开形成三角形冷却单元的主要进风口10，并在进风口处设置百叶窗，用来调节冷却单元进风量。百叶窗在夏季保持全开，在较冷季节部分开启或关闭。

空气11除从第一新型冷却柱19和第二新型冷却柱20之间的主要进风口进入三角冷却单元，也通过组成冷却柱的该柱式冷却管束张开侧端壁处的楔形间隙12进入，楔形间隙12处安装百叶窗，用于调节进风量。从图8中，可以看出该冷却单元的主要进风口，为两个冷却柱提供循环水冷却所需的主要空气流量，而柱式冷却管束张开侧端壁楔形间隙12处来风则可起到改善冷却单元内空气流场结构、强化冷却管束传热的作用。

在无环境自然风时，由于柱式冷却管束楔形间隙12处来流空气，未经冷却柱下水侧管束16的换热，因此其与上水侧管束15之间的传热温差较大，可提高冷却管束的平均传热温差，起到强化冷却管束传热性能的作用；

在环境自然风条件下，对于塔侧冷却单元，构成冷却单元一侧冷却柱的该柱式冷却管束的张开侧端壁楔形间隙12处来流空气，可直接冲击冷却单元内部空间，从而可有效减小乃至消除塔侧冷却单元内的空气低速流动区域，实现冷却单元一侧冷却柱和冷却单元整体冷却性能的提高；

在环境侧风条件下，对于间冷塔迎风侧和背风侧的冷却单元，在空气流入冷却单元时，该柱式冷却管束张开侧端壁楔形间隙12处来风，可强化冷却管束内部通风，增大冷却管束水气两侧的平均传热温差，实现冷却管束传热性能的强化。

实施例2在散热器塔底水平布置的间冷塔a型框架冷却单元中的应用

图9为水平布置的间冷塔a型框架冷却单元，由两个一端相交、呈一定夹角α布置的第一新型冷却柱19和第二新型冷却柱20组成，两个冷却柱的夹角α通常为40°-60°。第一新型冷却柱19和第二新型冷却柱20均由2个该带楔形间隙的柱式冷却管束串联组成。该柱式冷却管束中的第一翅片式散热管束和第二翅片式散热管束，分别组成第一新型冷却柱19和第二新型冷却柱20的第一单水程管束17和第二单水程管束18，第一单水程管束17在外侧，第二单水程管束18在内侧。第一新型冷却柱19和第二新型冷却柱20非相交侧张开形成三角形冷却单元的主要进风口10，并在进风口处设置百叶窗，用来调节冷却单元进风量。百叶窗在夏季保持全开，在较冷季节部分开启或关闭。

空气11除从第一新型冷却柱19和第二新型冷却柱20之间的主要进风口进入该a型框架冷却单元，也通过组成冷却柱的该柱式冷却管束张开侧端壁处的楔形间隙12处进入，楔形间隙12处安装百叶窗，用于调节风量。从图9中，可以看出该冷却单元的主要进风口10，为两个柱式冷却管束提供循环水冷却所需的主要空气流量，而柱式冷却管束张开侧端壁处楔形间隙12处的来风则可起到改善冷却单元内空气流场结构、强化冷却管束传热的作用。

该柱式冷却管束张开侧端壁楔形间隙12处来风，可避免冷却单元内低速空气涡流的形成，同时也可强化冷却管束的内部通风，增大冷却管束水气两侧的平均传热温差，实现冷却管束传热性能的强化。

本发明中的带楔形间隙的柱式冷却管束，通过该柱式冷却管束张开侧端壁处的楔形间隙，可优化间冷塔冷却单元的空气入口区域，在环境侧风条件下有效减小冷却单元内的低速空气涡流区域，避免冷却单元内一侧冷却柱冷却性能的降低。同时，组成该带楔形间隙的柱式冷却管束的翅片式散热管束，在传统间冷塔中，不管在有无环境自然风的条件下，由于翅片式散热管束所组成的冷却柱外侧端壁无楔形空气入口，环境空气总是依次流经翅片式散热管束。而本发明的带楔形间隙的柱式冷却管束，则可将部分新鲜空气引入下游翅片式散热管束，并优化冷却单元内空气流场结构。由此，该带楔形间隙的柱式冷却管束可有效提高冷却管束水气平均传热温差，改善冷却单元空气流场结构，提高冷却单元一侧冷却柱及冷却单元整体冷却性能，并最终实现间冷塔冷却性能的提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。