水蒸气回收节水组件、冷却塔及其节水控制方法与流程

本发明涉及工业节水，尤其涉及水蒸气回收节水组件、冷却塔及其节水控制方法。

背景技术：

1、我国水资源形势十分严峻，人多水少，水资源时空分布不均，供需矛盾突出，水资源短缺已经成为社会可持续发展的瓶颈制约。我国工业取水量占全社会总取水量的1/4左右，其中石油、化工、火电、钢铁、纺织、造纸等高用水行业取水量占工业取水量的 50%左右，因此开展工业节水很有必要。

2、根据用水调查统计结果，以冷却塔形成的循环水系统是企业第二大耗水用户，常见冷却塔的结构形式可参考附图10。冷却塔的运行造成的不良影响包括: 在水气接触换热过程中，同时存在蒸发传质换热和对流换热，在蒸发传质换热中存在大量蒸发水损失，造成巨大的经济损失。

3、目前减少蒸发水损失的措施是在循环水冷却塔中的配水系统上都设置收水器，但是由于收水器选型不合适、在塔内布置不合理等，导致收水器效果不佳，塔体飘水现象严重，增加了补水量且影响周围环境。经检索，现有技术中也有在冷却塔塔顶安装水雾冷凝的装置，以便冷凝回收其中的水蒸汽；如授权公告号为cn 218723269 u的中国专利公告的开式冷却塔出气口水汽回收装置，包括罩设在冷却塔出气口上方的壳体，壳体下部设置有进气口；壳体内自上而下依次设置有若干个冷凝填料层。上述方案能够实现节水目的，但是其还是存在如下技术问题：顶部的冷凝填料层由于是固定式结构，随着不断的冷凝进行热交换，热气流释放出的热量会使冷凝填料的温度升高，这样会导致冷凝效果变差，使得整体水蒸气的收集效率降低。

4、冷却塔在使用过程中，需要定期排放污水以防止水质的恶化。为保证冷却塔循环冷却系统水质，排出一部分污水后需补入新水，因此，如何合理的控制排污和补水，寻求两者之间的最佳切合点也是企业节水的一项重点。

5、因此，如何减少蒸发损失、如何合理确定水系统的补水和排污量，尽可能降低企业的用水成本，是科学管水、用水，节水创效收益的重要命题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出了。

2、本发明解决技术问题的技术方案为：

3、其一，本发明提出了水蒸气回收节水组件，包括：

4、罩体，所述罩体上下开口，内部具有供水蒸气过流的通道；

5、至少一组内部中空的旋转体，所述旋转体端部设有转轴，所述转轴偏心设置，所述转轴与所述罩体可旋转连接；所述旋转体能够绕所述转轴旋转；定义转轴的中心轴线为分割线，位于分割线以下的旋转体的外表面定义为第一冷凝面，位于分割线以上的旋转体的外表面定义为第二冷凝面；第一冷凝面的冷凝面积大于第二冷凝面的冷凝面积；

6、配重调节单元，设置在旋转体内部；配重调节组件包括导向筒，所述导向筒的两端与旋转体内壁连接；所述导向筒内设有记忆弹簧，所述记忆弹簧的一端与旋转体内壁固定连接，另一端连接有配重块，所述配重块设于导向筒内并能够相对导向筒滑移；当记忆弹簧根据温度的变化而伸缩变化时，记忆弹簧能够带动配重块在旋转体内部移动实现配重调整，配重调整后旋转体能够自旋转，进而实现第一冷凝面和第二冷凝面交替工作。

7、优选的，所述旋转体为空心圆柱状结构。

8、优选的，还包括补偿单元，所述补偿单元包括双面齿条；所述配重块连接双面齿条，所述双面齿条的一端自由贯穿第二冷凝面，所述第二冷凝面上设有可旋转的齿轮组，所述齿轮组与所述双面齿条啮合；所述齿轮组的侧壁固定连接有用于增加第二冷凝面面积的翼板；当配重块带动双面齿条移动时，双面齿条能够驱动齿轮组旋转，进而实现翼板的张开或收纳。

9、优选的，所述水蒸气回收节水组件的上方还设置有冷风管，所述冷风管上具有若干冷风喷嘴，用于实现对第一冷凝面或第二冷凝面的降温冷却。

10、其二，本技术方案提出了冷却塔，包括塔体，塔体底部设有集水池，塔体内设有填料、布水器、收水器、风机；所述塔体顶部的出风口上方还设置有所述的水蒸气回收节水组件。

11、优选的，所述集水池设有排污管，所述排污管上具有排污阀；所述集水池设有补水管，所述补水管的一端连接有补水池，所述补水管上具有补水阀；所述集水池内设置有若干第一监测仪，用于监测集水池中循环水中的特定物质的浓度；所述集水池内还设有第一水位传感器，用于监测集水池中循环水的水位；所述补水池内设有第二监测仪，用于监测补水池中补充水中的特定物质的浓度；所述补水池中设有第二水位传感器，用于监测补水池中补充水的水位；还包括控制器，所述控制器分别与所述第一监测仪、第一水位传感器、第二监测仪、第二水位传感器、排污阀、补水阀控制连接。

12、优选的，所述的特定物质为cl-或k+。

13、其三，本技术方案提出了第一种冷却塔节水控制方法，基于所述的冷却塔，包括如下步骤：

14、a1：初始状态下，第一冷凝面位于下方，第二冷凝面位于上方；

15、a2：当冷却塔工作时，湿热空气中的水蒸气上升碰触到第一冷凝面后，水蒸气冷凝后形成水；

16、a3：随着冷凝过程的进行，第一冷凝面的温度会升高，记忆弹簧受热后伸长，配重滑块移动，旋转体重心位置改变，旋转体绕转轴旋转，旋转后，第一冷凝面位于上方，第二冷凝面位于下方，实现两个冷凝面的位置交换；第二冷凝面用于实现水蒸汽的冷凝，第一冷凝面翻转到上方进行冷却；

17、a4：随着冷凝过程的持续进行，第一冷凝面冷却后温度会降低，记忆弹簧冷却后收缩，配重滑块移动，旋转体重心位置改变，使得壳体再次旋转回到初始状态；

18、a5：重复上述过程；第一冷凝面和第二冷面会交替工作，轮流使水蒸气发生冷凝。

19、其四，本技术方案提出了第二种冷却塔节水控制方法，基于所述的冷却塔，包括如下步骤：

20、b1：初始状态下，第一冷凝面位于下方，第二冷凝面位于上方；第二冷凝面上的翼板呈收纳状态，贴合在第二冷凝面表面；

21、b2：当冷却塔工作时，湿热空气中的水蒸气上升碰触到第一冷凝面后，水蒸气冷凝后形成水；

22、b3：随着冷凝过程的进行，第一冷凝面的温度会升高，记忆弹簧受热后伸长，配重滑块移动，旋转体重心位置改变，旋转体绕转轴旋转；在此过程中，配重块移动时还会带动双面齿条移动，双面齿条在移动时会带动齿轮组旋转，使得翼板由收纳状态转变为打开状态，增大第二冷凝面的冷凝面积；旋转后，第一冷凝面位于上方，第二冷凝面位于下方，实现两个冷凝面的位置交换；同时，翼板呈张开状态；第二冷凝面以及翼板共同用于实现水蒸汽的冷凝，而第一冷凝面翻转到上方进行冷却；

23、b4：随着冷凝过程的持续进行，第一冷凝面冷却后温度会降低，记忆弹簧冷却后收缩，配重滑块移动，旋转体重心位置改变，使得壳体再次旋转回到初始状态；在此过程中，配重块移动时，会带动双面齿条移动，进而实现齿轮组的反向旋转，使得翼板由张开状态转变为收纳状态；旋转后，第一冷凝面再次用于冷凝，而第二冷凝面与翼板翻转到上方进行冷却；

24、b5：重复上述过程；第一冷凝面和第二冷面会交替工作，轮流使水蒸气发生冷凝。

25、其五，本技术方案提出了第三种冷却塔节水控制方法，还包括排污及补水的控制，具体过程如下：

26、c1：冷却塔正常运行时，排污阀和补水阀均为关闭状态；

27、c2：冷却塔工作时，第一监测仪监测集水池中循环水中的特定物质的浓度，所监测得到的数值记为cr；第二监测仪监测补水池中补充水中的特定物质的浓度，所监测得到的数值记为cm；第一监测仪监和第二监测仪将测得的数值传输至控制器；同时，第一水位传感器和第二水位传感器也将测得的水位值传输至控制器；

28、c3：控制器对得到的cr和 cm进行计算，得到浓缩倍数k，计算公式如下：

29、

30、式中： cr为循环水中某物质的浓度，mg/l；cm为补充水中某物质的浓度，mg/l；k表示浓缩倍数；

31、c4：预先在控制器中设定污水排放的范围，该范围为[p1~p2]；p1为污水排放阈值的上限值，p2为污水排放阈值的下限值；

32、c5：控制器对计算得到的k值与p1、p2进行比较并判断：

33、当k≥p2时，控制器控制排污阀打开，排放污水；经过时间t0，控制器控制补水阀打开，由补水池向集水池中补水；在此期间，若集水池水位值高于预定水位的上限值时，控制器控制补水阀关闭时间t1后再打开；

34、当p1＜k＜p2时，控制器控制排污阀和补水阀同时打开；持续排污和持续补水，随着排污、补水的持续进行，k值会逐渐降低；在此期间，若集水池的水位值高于预定水位的上限值时，控制器控制补水阀暂停时间t1后再打开；

35、当k≤p1时，控制器控制排污阀关闭，停止排污；控制补水阀打开，持续补水，直至集水池内循环水的水位至达到预定水位的上限值时，控制箱控制补水阀关闭。

36、上述技术方案具有如下优点或有益效果：

37、1.水蒸气回收节水组件，采用偏心自旋转方式，可实现第一冷凝面和第二冷凝面的交替工作，保证湿热空气中水蒸气在塔顶出风口处的有效冷凝，始终让出风口处保持低温冷却状态，利于水蒸气的收集效率和效果；另外，偏心自旋转的驱动力由记忆弹簧提供，利用记忆弹簧能够根据温度变化而伸缩的特点，使其驱动配重块移动，进而实现配重的调节，最终实现了旋转体的自转，无需额外或单独设置驱动装置，结构简单、安装方便，适用于既有的冷却塔或者新建的冷却塔，适用范围广。

38、2.通过在水蒸气回收节水组件中设置补偿单元，可增加第二冷凝面的冷凝面积；虽然偏心设置的方式，使得第二冷凝面的冷凝面积小于第一冷凝面的冷凝面积，但是通过设置补偿单元，可有效解决这一问题，使得第二冷凝面的冷凝面积得到扩大，保证第二冷凝面的冷凝效率。

39、3.记忆弹簧伸长时，配重块带动翼板张开，翼板在张开时，翼板相对于分割线之间的距离增大，力臂增大，配合配重块的移动，使得旋转体能够快速发生旋转，快速实现两个冷凝面的切换，具有切换迅速的特点。

40、4.以补充水和循环水中的特定物质作进行测算和计算，采用本发明提出的控制方法，可合理的控制排污和补水，有效节约水资源，具有良好的经济效益和社会效益。