CN1681740A - 传热的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用水进行传热的方法和系统(10)。在一实施方式中，系统(10)包括两个用来降低给水硬度的水软化装置(16)，水软化装置(16)与过滤装置(14)连接并将软化后的水供给过滤装置。过滤装置(14)除去水中的矿物质，从而产生一定量的已滤过的水和废弃水。过滤装置(14)将一定量的已过滤的水送入热交换器(12)。热交换器(12)使一定量的已过滤的水蒸发并产生一定量的矿物质沉积物。将一定量的矿物质沉积物送到过滤装置(14)以除去这些矿物质沉积物，从而产生一定量的再循环水和排放水。此后，将一定量的再循环水送入热交换器(12)以便再利用，而将一定量的排放水排放到废物容器(24)中。

Description

传热的方法和系统

技术领域

一般而言，本发明涉及一种利用水进行传热的换热器，尤其涉及利用反渗透系统与水软化装置结合以改善传热的方法和系统。

背景技术

利用水进行传热的换热器是公知的。这种换热器的两个例子是锅炉和冷却塔。当锅炉产生蒸汽或者水从冷却塔蒸发时，通常矿物质被沉积而留下。一般情况下，大部分矿物质是由为了补充因蒸气或蒸发损失的水而添加的水带进来的。最后，在换热器表面上积聚的矿物质沉积物可能达到显著妨碍传热的程度。此外，越来越高的矿物质浓度还将腐蚀换热器，因而使换热器效率进一步降低。

曾提出的一种解决矿物质沉积物积累例如形成水垢的方案是例如公知的放水(blowdown)处理。放水是排放换热器中饱含矿物质沉积物的水的过程。虽然该过程可以成功地减少换热器中的矿物质沉积物的水平，但是也常常会引起各种新问题。本领域技术人员可想到的这些问题常常包括耗能、耗水以及消耗用来处理水的化合物。尤其典型的是消耗能量，因为被排放出的水与锅炉中产生的蒸汽温度相同。此外，毫无疑问，还将浪费水和化合物，因为被排放出的水通常不再被换热器利用。

曾提出的另一种解决方案是利用反渗透系统(RO系统)从水中过滤出不希望的矿物质沉积物，并减少从换热器排放的热水和化合物量。通常RO系统按运行连接的方式处于换热器和蒸发池之间。当大量矿物质沉积物聚集在换热器内时，水通常从换热器被送到RO系统。RO系统通常除去矿物质沉淀物并使一部分水返回换热器，由此使被加热的水再循环。通常RO系统还将矿物质沉积物随一部分水排放到蒸发池或各种其他类型的废物容器中。

这种所提到的解决方案的缺点是最终仍有相当多的水从换热器中被排放掉。详细地说，这种所提到的解决方案常常只能使约75％的水再循环而供换热器再利用。虽然与上面提到的前一解决方案相比浪费的程度有所减轻，但排放到蒸发池的剩余水表明仍浪费了大量的水、热量以及化合物。

因此，需要提供一种能使更多的热水和化合物再循环以供换热器再利用的传热方法和系统。

发明内容

本发明提供一种利用水进行传热的方法和系统，其可减少使用的水量，同时降低相关费用。

本发明再提供一种用水进行传热的方法和系统，其可减少用来处理水的化合物和生物杀灭剂的量，同时降低相关费用。

本发明还提供一种利用水进行传热的方法和系统，其可有效保持热量，并降低与能耗相关的费用。

根据本发明，提供一种用水进行传热的方法和系统。在一实施方式中，本系统包括两个用来预处理给水的水软化装置。水软化装置与过滤装置连接并将经软化的水送给该过滤装置。过滤装置除去软化水中的矿物质，从而产生一定量的经过滤的水(a filtered water volume)和废弃水。过滤装置与如冷却塔之类的换热器连接，并将一定量的经过滤的水送入换热器。换热器使一定量的经过滤的水蒸发并产生一定量的矿物质沉积物。之后，将一定量的矿物质沉积物送到过滤装置，以除去矿物质沉积物，同时产生一定量的再循环水和排放水。将将一定量的再循环水送到换热器再利用，而将一定量的排放水排到废物容器中。

本发明的一个优点是可使大部分水例如90％的水进行再循环，从而可降低与给水和排水有关的费用。

本发明的另一优点是可使大部分被加热的水例如90％的热水进行再循环，从而可保留热量和能量并提高了换热器的效率。

本发明的再一优点是可使大部分处理过的水例如90％的处理过的水进行再循环，从而可减少维持期望的水的PH值所需的化合物量并可降低与之相关的费用。

根据结合附图对优选实施方式的详细说明以及所附的权利要求可以了解本发明的其他优点。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现在参考由附图非常详细地示出的以及下面通过以本发明实例的方式描述的实施方式。

图1是本发明一实施方式的利用反渗透系统和水软化装置以改善传热的系统示意图；

图2是本发明一可供选择的实施方式的另一利用反渗透系统和水软化装置以改善传热的系统示意图；

图3是本发明一实施方式的利用水进行传热的方法的逻辑流程图。

具体实施方式

下面的附图中，各图中用相同的附图标记表示相同的部件。本发明尤其适用于冷却塔12。当然，可以想到的是，本发明也可以用于各种其他热交换器例如锅炉。

参考图1，该图示意地示出了利用过滤装置14和水软化装置16以预处理给水并改善冷却塔12的效率的系统10。系统10优选包括两个水软化装置16，它们用来对在冷却塔12中进行传热之前的给水进行预处理。当然，可以想到，系统10可以根据需要改为只包括一个水软化装置16，或者两个以上的水软化装置16。

水软化装置采用离子交换技术来降低硬度。正如本领域技术人员所了解的那样，水软化装置可除去水中的矿物质例如钙和镁，否则这些物质在水蒸发时将形成水垢或其他沉淀物。对水进行预处理是有益的，因为在水蒸发之前已除去了大部分矿物质离子，从而可防止不断形成相当可观的水垢或其他沉淀物。经过大量的离子交换后，水软化装置可由盐水溶液进行再生。

优选均衡水箱18接收软化过的水并储存所需的水量。均衡水箱18最好可使软化过的水与有效剂量的由化合物供给箱20或其他适合来源提供的腐蚀性化合物(caustic chemicals)混合。适合的腐蚀性化合物的例子包括氢氧化钠和硫酸。当然，可以想到也可以用各种其他适合的化合物来调节水的PH值。

这些化合物用来调节水的PH值，以期降低对与水接触的金属的腐蚀。正如现有技术所公知的那样，腐蚀主要是金属与周围环境发生电化学反应而受到损坏的现象。调节水的PH值的好处是可减少腐蚀，从而可减小并可使冷却塔12中的传热管不受损，同时维持冷却塔12具有所期望的传热效率。

此外，均衡水箱18最好与可提供生物杀灭剂的生物杀灭剂供给箱22连接。生物杀灭剂可以是氯、溴、臭氧和各种其他适合的生物杀灭剂或微生物生长抑制剂。将有效剂量的生物杀灭剂注入均衡水箱并与水混合，用来有效控制温水中的微生物生长。否则，正如本领域技术人员可想到的那样，冷却塔12中的微生物自由繁殖将导致换热器堵塞，导致过滤器、筛网或隔板腐蚀并阻塞。

过滤装置14与均衡箱18相连并接收来自均衡箱的处理过的水。过滤装置14优选是具有至少一个半咸膜(brackish membrance)的反渗透系统。当然，也应想到还可以使用任何其他合适的过滤装置。

过滤装置14优选能除去残留在水中的大部分矿物质。去除矿物质后产生一定量的废弃水和被滤过的水。所述一定量的废弃水包含从水中过滤出的矿物质沉积物，其被排放到废物容器24中，例如被排放到蒸发池、下水道或各种其他适合的容器中。就此而言，本领域的技术人员应当明白，过滤装置14类似于水软化装置16，因为它可进一步降低水中的矿物质浓度，从而可进一步减少冷却塔中形成的水垢量。另外，本领域技术人员应当明白，过滤装置14还可以从水中去除生长的微生物和各种其他不期望的物质。

冷却塔12最好连接到过滤装置14，以接收来自过滤装置的已过滤的水。正如现有技术所公知的那样，冷却塔12用来将来自给定热源的热量转递给已过滤的水。通常将已过滤的水散布在如叶片或管之类的传热表面上，并从这些表面吸收热量。当水以这种方式被分配并升温时，水可以蒸发并将矿物质沉积物留下来。由于经过水软化箱16和过滤装置14的预处理，水中矿物质的含量大大减少，随之降低了蒸发后残留下的沉淀物的量。于是，矿物质沉积物将以相当低的速率积累在冷却塔12中，而且在相当长的时间内冷却塔中矿物质沉积物的程度可以保持在所期望的范围内。本领域的技术人员可想到，这些成效将提高冷却塔12的效率并降低运行费用。

当冷却塔12中的矿物质沉积物的水平最终超过期望的水平时，冷却塔12将充满矿物质沉积物的水排放到过滤装置14中。过滤装置14将矿物质沉积物从充满矿物质沉积物的水中过滤出来，从而产生一定量的排放水和再循环水。与一定量的废弃水类似，将一定量的排放水排放到废物容器24中。此外，一定量的循环水被送回冷却塔12再用来进行传热。优选系统10的这种结构可回收约90％的水。如上所述，这种回收可保留化合物和能量。

现参考图2，该图示出了本发明另一实施方式的利用水进行传热的另一系统10’的实例。与所述优选实施方式描述的系统10类似，系统10’包括一个或多个水软化装置16。详细地说，这些水软化装置16与所述优选实施方式中描述的装置作用相同，都用于降低给水的硬度。

与图1所述系统10相比，系统10’包括与水软化装置16直接相连的冷却塔12。而且不论冷却塔12内的沉淀物的水平如何，冷却塔12可使水经过均衡水箱18和过滤装置14连续地再循环。虽然此另一实施方式的整体结构与图1的实施方式略有不同，但是两个实施方式中的每个部件例如均衡水箱都按相同方式运行。系统10’的配置可以达到约90％的回收率。

现参考图3，该图为本发明一实施方式的将过滤装置14、水软化装置16用于传热的方法流程图。该方法从步骤30开始，然后直接进入步骤32。

在步骤32中，通过一个或多个水软化装置16对给水进行处理，以从水中除去大量矿物质。该步骤可以用自动化机械或由操作者手动来完成。水软化装置优选由盐水溶液再生，或者也可由各种其他适合的化合物再生。水经过水软化装置处理之后，进行步骤34。

在步骤34中，经处理的水被送到均衡水箱18中，该水箱收集并储存提供使用的软化水量。通常，所述水量根据冷却塔的尺寸、传热表面的表面积以及由水吸收的热量来确定。然后，接下来执行步骤36。

在步骤36中，将提供使用的腐蚀性化合物量添加到均衡水箱的水中。腐蚀性化合物将水的PH值调节到期望值，以期降低水的腐蚀性。因此，所述化合物对于保持冷却塔12的寿命和效率是有益的。这种化合物可以是氢氧化钠、硫酸或者是各种其他适合的可调节水的PH值的化合物。此外，化合物的量一般取决于均衡水箱18内的水量以及水的现有PH值。一旦加入的化合物量足够，就可执行步骤38。

在步骤38中，将提供使用的生物杀灭剂量加入均衡水箱18内的水中。生物杀灭剂用来控制水中微生物的滋生，以便减小对金属表面的腐蚀，维持冷却塔的效率并减少过滤器、筛网和膜片的堵塞。与腐蚀性化合物类似，生物杀灭剂的量通常取决于均衡水箱18内的水量和水中微生物的繁殖水平。生物杀灭剂优选为臭氧。当然，生物杀灭剂也可以是氯、溴或各种其他适合的控制微生物生长的药剂。足量的生物杀灭剂与水混合之后，就执行步骤40。

在步骤40中，将水从均衡水箱18送到过滤器14，从而可将各种不希望有的物质从水中去除。过滤装置14可以是具有半咸膜的RO系统，或者可以是各种其他合适的过滤装置。典型的不希望有的物质可包括水中的残余矿物质和微生物。但可以理解，也可从水中滤掉各种其他不期望的物质。过滤装置14过滤水从而产生一定量的废弃水和已过滤的水。优选将废弃水排放到下水道、蒸发池或各种其他适合的废物容器中。然后执行步骤42。

在步骤42中，已过滤的水从过滤装置14被送到冷却塔12。冷却塔12利用水作为冷源并且通常使水蒸发。水蒸发时，矿物质沉淀物通常被留下。由于用水软化装置16和过滤装置14对水进行了预处理，只有相当少的矿物质沉积物被沉淀。就此而言，矿物质沉积物以相当缓慢的速率聚积在冷却塔12内，从而降低了必须将水从冷却塔12排放出去的频繁程度。从冷却塔12排出水的频繁程度的降低能提高冷却塔12的效率以及与其运行相关的费用。

一旦矿物质沉积物最终聚积在冷却塔内的水平达到不期望的水平，则重复步骤34至42。详细地说，从冷却塔12将充满有影响的量的矿物质沉积物的水送到均衡水箱18，由此从步骤34重新开始下一程序。重复这些步骤可以使大部分水例如87-90％的水再循环，并且将相当少的排放水排放到废物容器24中。此外，只需要少量的补充水来补充蒸发掉的水，而且只需少量的化合物和生物杀灭剂来补充随排放水排放到废物容器24中的化合物和生物杀灭剂。

虽然上面已经示出并描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员可以进行很多变形和变换。因此，本发明只由权利要求限制。

Claims (20)

1.一种利用水进行传热的系统，包括：

至少一个用于软化给水的水软化装置；

一接收来自所述至少一个水软化装置的软化水的过滤装置，所述过滤装置用来除去所述软化水中的大量矿物质并产生一定量的已过滤的水和一定量的废弃水，所述一定量的废弃水被排放到废物容器中；和

一与所述过滤装置连接并接收所述已过滤的水的换热器，所述换热器产生一定量的矿物质沉积物，其中，所述一定量的矿物质沉积物被送到所述过滤装置，以便过滤所述一定量的矿物质沉积物，并产生一定量的再循环水和一定量的排放水，所述一定量的再循环水被送到所述换热器，所述一定量的排放水被排到所述废物容器中。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述过滤装置是反渗透系统。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述反渗透系统包括至少一个半咸膜。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，还包括：

一运转地连接在所述至少一个水软化装置和所述过滤装置之间的均衡水箱，所述均衡水箱用来使所述水具有期望的PH值。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述均衡水箱与化合物供给箱和生物杀灭剂供给箱中的至少之一连接，所述化合物供给箱用于向所述均衡水箱提供腐蚀性化合物，以使所述水具有期望的PH值，所述生物杀灭剂供给箱用于向所述均衡水箱提供生物杀灭剂，以便控制微生物在水中的生长。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述均衡水箱运转地连接在所述换热器和所述反渗透过滤装置之间。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个水软化装置包括第一水软化装置和第二水软化装置。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个水软化装置包括用来使所述至少一个水软化装置再生的盐水溶液。

9.一种利用水进行传热的系统，包括：

至少一个用来软化给水的水软化装置；

一个接收来自所述至少一个水软化装置的软化水的换热器，所述换热器产生一定量的矿物质沉积物；和

一个与所述换热器连接并接收来自该换热器的所述一定量的矿物质沉积物的过滤装置，所述过滤装置用于除去所述矿物质沉积物中的大部分矿物质，并产生一定量的已过滤水和一定量的废弃水，所述一定量的已过滤水被送到所述换热器，所述一定量的废弃水被排到废物容器中。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述过滤装置是反渗透系统。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述反渗透系统包括至少一个半咸膜。

12.根据权利要求9所述的系统，其中，还包括一个运转地连接在所述换热器和所述过滤装置之间的均衡水箱，所述均衡水箱用来使所述水具有期望的PH值。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述均衡水箱与化合物供给箱和生物杀灭剂供给箱中的至少之一连接，所述化合物供给箱向所述均衡水箱提供腐蚀性化合物，以使所述水具有期望的PH值，所述生物杀灭剂供给箱向所述均衡水箱提供生物杀灭剂，以便控制微生物在水中的生长。

14.根据权利要求9所述的系统，其中，所述至少一个水软化装置包括第一水软化装置和第二水软化装置。

15.根据权利要求9所述的系统，其中，所述至少一个水软化装置包括第一水软化装置和第二水软化装置。

16.一种利用水进行传热的方法，包括：

软化给水；

用反渗透系统过滤所述被软化的水；

将所述已过滤的水送入换热器；

使水在所述换热器中蒸发；

在所述反渗透系统中使水再次过滤；和

除去一定量的矿物质沉积物。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述过滤软化水和所述再过滤水的步骤中的至少之一包括使水经过反渗透系统的半咸膜。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述软化水的步骤包括添加盐水。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，除去充满所述矿物质沉积物的水的步骤包括下列两个步骤中的至少之一：将所述充满所述矿物质沉积物的水排放到下水道，以及将所述一定量的矿物质沉积物排放到蒸发池中。

20.根据权利要求16所述的方法，其中，还包括：

将水收集在均衡水箱中；

抑制微生物生长；和

调节均衡水箱中的水的PH值。