用于工业过程的可持续冷却的方法和系统技术方案

本申请公开用于处理水的方法和系统，和用经处理的水冷却工业过程。水在大容器或人工泻湖中处理和储存，具有高透明度和高微生物学品质。本发明专利技术的系统一般地包括容纳装置，比如大容器或人工泻湖，协调装置，化学应用装置，移动式抽吸装置，和过滤装置。协调装置监测和控制过程以便在指定界限内调节水质参数。大容器或人工泻湖能够充当吸热库，从工业冷却过程吸收废热，从而以可持续方式创造热能储库，其能够随后用于其它意图。本申请方法和系统能够用于任意工业冷却系统中，采用任意类型可获得的水，包括淡水、半咸水和海水。

【技术实现步骤摘要】
用于工业过程的可持续冷却的方法和系统本申请是母案为中国专利技术专利申请201180069721.2的分案申请。本申请于2011年9月12日作为CrystalLagoonsCorporationLLC，U.S.国家公司(指定除美国外的全部国家的申请人)和FernandoFischmannT.(智利公民)的PCT国际专利申请提交，并且要求2011年3月30日提交的U.S.临时号61/469,526和2011年8月1日提交的U.S.专利技术号13/195,695的优先权，将各申请通过援引并入本文。专利
本专利技术涉及用于处理水的方法和系统，和用经处理的水冷却工业过程。水在大容器或人工泻湖中处理和储存，具有高透明度和高微生物学品质。大容器或人工泻湖能够充当吸热库，从工业冷却过程吸收废热，从而以可持续方式创造热能储库，其能够随后用于其它意图。本申请方法和系统能够用于任意工业冷却系统，采用任意类型的可获得的水，包括淡水、半咸水和海水。
技术介绍
全世界工业量已显著增加，并且已经改善其生产过程多年。这些工业中的许多需要向其过程中至少某些提供冷却的系统。许多冷却系统用水作吸热库或传热流体。然而，水是有限的资源。地下蓄水层、海洋和地表水的过度利用和污染已经发生，导致适宜的水的量的减少，以及自然界水的品质降低。从而，需要发现以可持续和经济方式用水的新方法以便以有效方式运用该资源而不损害环境。目前的工业冷却系统常常局限于可获得大量冷却水的区域。例如，冷却系统常常位于丰富存在该资源的海岸线沿岸或靠近其它天然水源比如河流和大湖泊。相应地，与基于水的冷却系统的显著缺点是它们常常受限于特定的地理区域。例如，对于350MW煤发电站，每时可以需要几乎45,000立方米水进行冷却，比如在工厂换热器中，相当于在1小时内填满18个奥林匹克游泳池。此外，冷却水吸收的废热一般通过排放加热的水返回天然水源中或通过排放水蒸气进入大气进入环境中而损失。全世界每天浪费的可回收的能量可以达到全世界每日总耗电的80％。可以得益于改善的基于水的工业冷却系统的特定代表性环境能够包括，但不限于下述：热电站人口和技术进展的增加引起对额外能量的迫切要求。全世界能量的显著用途集中于发电。对电的需求的增长步伐取决于各国现代化及其经济发展。例如，在过去10年发电量增加几乎40％(参见图1)。该需求导致全世界构建新发电设施的增长。目前，热电站是占优势类型的运行中的发电站。这些电场使用燃料来产生燃烧，用燃烧加热流体，流体又驱动发电回路中的涡轮机。也有许多发电站用可再生资源--比如太阳能或地热能--产生驱动流体，驱动流体又驱动涡轮机。还有其它热电站使用核燃料，比如铀。然而，可获得的统计显示2008年消耗的总能量中，80％至90％衍生自热电站中燃烧的化石燃料。最一般地，这些类型的电站使用煤、油或天然气体。部分地，该大百分比发电类型是由于化石燃料在全世界的高度可获得性。在1973年，世界能量阵由78.4％热电站(包括核电站)组成，而在2008年该百分比已增加至81.5％。一直持续地需要这些电站改善它们的操作效率并减少其环境影响。随时间，热电站已发生与其操作有关的各种变化。例如，已进行涉及排放和燃料有效使用的改变。然而，这些电站的其余缺点是使用水冷却系统。这些系统具有数种缺点，使得应用局限于某些地理位置。额外地，使用水和随之而来对水的加热对环境产生潜在损害影响，提高能量成本，引起对水的密集使用，浪费残余热量，和/或具有高安装和操作成本。相应地，需要经改善的冷却系统来匹配增长中的对能量和电力的需求。热电站和其它工业中使用的目前的冷却系统是：一次通过式冷却系统，润湿冷却塔，和冷却池。一次通过式冷却系统目前使用的冷却系统的主要类型之一是"一次通过式"冷却系统，这是指开放式循环系统(也即，不采用水的再循环)。该类型系统由下述组成：从天然来源收集水的水摄入结构，和将水返回天然来源(例如，常常是海洋)的排放结构。收集的冷却水循环通过充当工业过程一部分的换热器。在换热器中，水作为吸热库，从而水温随流经换热器而升高。然后，加热的水排放返回天然来源。仅在美国，大约5,500个发电站使用一次通过式冷却系统。这些电站每天使用超过180,000百万加仑的水用于冷却。比方说，该量超过澳大利亚每日灌溉用水的13倍。一次通过式冷却系统具有许多缺点，包括抽吸导致的环境损害和海洋生物死亡；返回的经加热的水的热污染；电站位置受限于海岸线(或大型水源边界)；低劣品质的水；和残余热量的浪费。一次通过式冷却系统以相对低成本使用大体积的水，但是常常导致对海洋生态系统的大规模不良作用。例如，该系统使得排放水的温度增加。在海洋中，温度的突然升高能够导致严重的问题，甚至引起活有机体的死亡。这影响海洋生态系统和在海岸进行的人类活动，比如渔业和其它经济活动。一次通过式冷却系统还能够由于入水口产生的抽吸作用导致海洋有机体的死亡。这在全世界每年可以影响上百万的鱼类、幼体和其它水生生物，原因是它们被吸入通向换热器的导管。因为过滤器或滤网(例如，与过滤器/滤网碰撞或被过滤器或滤网截住)，因为驱动泵(例如，通过高压的内部结构和/或流动导致与壁碰撞)，由于可能加入的化学品，和由于换热器中的温度剧烈变化，能够发生死亡。一些国家和政府的法律禁止使用一次通过式冷却系统。因此，需要寻找冷却的新方法，其随时间可持续并且允许更佳效能和效率。一次通过式冷却系统的又一主要限制是其受限位置。如上文所述，这些类型的电站一般必须位于海洋或内陆河流的沿岸，以便更佳活动大量水。这些位置能够带来显著土地使用问题。由此，这些工业受到待获取的大体积水和所述位置的热污染效果的限制。因此，电站具有位置带来的各种问题，其涉及较高成本和社区居民反对的可能。一次通过式冷却系统的又一问题是用于冷却的低劣的水质。一次通过式冷却系统一般使用海水，其具有高有机含量。这不利地影响冷却过程的传热系统。例如，传热由于附着至或堵塞管道的活或死有机体而降低。生物污染产生并且开始附着至管道内表面，降低传热和从而导致效率更加低下。此外，新的环境标准推荐(和某些需要)电站高效率运转以使每单元燃料产生的能量最大化。一份研究估计工业化国家中换热器污染产生金钱损失的水平为约0.25％的国内生产总值(GDP)。一次通过式冷却系统的又一限制是吸收的全部热排放返回天然水源，而并未利用水中的热能。在某些情况下，浪费的热能能够接近总产生热量的2/3，发电站产生的电能的量仅为总产生热量的1/3。有利的是将这种浪费的有价值的能量用于其它有益意图。湿式冷却塔目前使用的又一冷却系统是湿式冷却塔。这些系统通过在蒸发烟囱内与空气热交换来冷却水。烟囱含有位于底部的冷却水储库，其通过循环经过工厂冷凝器(冷却装置)的泵送料至工厂，由此将工厂工作流体的热量转移至水中。在高温流出水达到塔顶部时，其开始以细喷流下降，使接触面积最大化用于传热。某些厂在塔顶部或底部设有风扇，以将空气向上循环以便实现与水的对流接触。随着水降落，其冷却并通过蒸发发生热损失。在水蒸发时，溶解的盐降落返回水槽，由此增加其浓度。因此，一定量的水必须多次冲洗而储库必须用淡水进料。湿式冷却塔具有与其运行有关的各种问题，包括高抽取率和水的蒸发，高成本，城市美学或景观的劣化，和捕获的残余本文档来自技高网...

【技术保护点】
向工业过程提供高微生物学品质冷却水的系统，该系统包括：‑储存冷却水的容器，该容器包含用于接受沉淀颗粒的底部；‑入口水至容器的进料管线；‑协调装置，用于适时激活在预先确定的界限内调节冷却水参数所必需的过程；‑通过协调装置激活的化学应用装置；‑移动式抽吸装置，用于沿容器底部移动并抽吸含有沉淀颗粒的冷却水；‑推进装置，用于将移动式抽吸装置沿容器底部移动；‑过滤装置，用于过滤含有沉淀颗粒的冷却水；‑收集管线，耦合在移动式抽吸装置与过滤装置之间；‑从过滤装置至容器的返回管线；‑从容器至工业过程的换热器入口管线；和‑从工业过程至容器的返水管线。

【技术特征摘要】
2011.03.30 US 61/469,526;2011.08.01 US 13/195,6951.用于提供高微生物学品质的冷却水的系统，其中该系统与需要冷却的工业过程流体连通，并且其中该系统向所述工业过程提供冷却水，该系统包含：用于容纳冷却工业过程的包含淡水、半咸水或海水的水体的容器，其中该容器具有底部，所述底部包含能够通过移动式抽吸装置清洁的塑料衬垫，水体包含至少10,000m3的体积和50至30,000m2的表面积/MW工业过程所需的冷却；入口水至容器的进料管线；协调装置，用于将容器中的冷却水保持在预定的水质参数范围内；化学施用装置，用于将消毒剂、氧化剂、促凝剂或絮凝剂施用至容器中的冷却水中；移动式抽吸装置，其用于沿容器底部移动并从容器底部抽吸一部分含有沉淀颗粒的冷却水；推进装置，用于将移动式抽吸装置沿容器底部移动；过滤装置，用于过滤含有沉淀颗粒的冷却水；偶联在移动式抽吸设备与过滤装置之间的收集管线；从过滤装置通至容器的返回管线；与容器和工业过程流体连通的换热器入口管线，其能够为工业过程的换热器供给来自容器的冷却水；和与工业过程和容器流体连通的换热器水返回管线，其能够从工业过程将加热的冷却水排入容器当中；其中协调装置接受通过视觉检查、经验方法、基于经验的算法、通过电子检测器或其组合获得的关于水质参数的信息，并且控制化学施用装置、移动式抽吸装置和过滤装置的激活，以将所述水质参数调节在它们的界限以内。2.权利要求1的系统，其中容器底部包含膜，塑料衬垫，混凝土或其组合。3.权利要求2的系统，其中容器底部包含土工膜。4.权利要求2的系统，其中容器底部包含土工织物膜。5.权利要求2的系统，其中容器底部包含包覆混凝土。6.权利要求1的系统，其中所述容器是人工湖。7.权利要求1的系统，其中所述容器是人工泻湖。8.权利要求1的系统，其中所述容器是人工池塘。9.权利要求1的系统，其中化学施用装置包括注射器，喷洒器，重量分配器或其组合。10.权利要求1的系统，其中推进装置包含轨道系统。11.权利要求1的系统，其中推进装置包含电缆系统。12.权利要求1的系统，其中推进装置包含自推进系统。13.权利要求1的系统，其中推进装置包含机器人系统。14.权利要求1的系统，其中推进装置包含从远处引导的系统。15.权利要求1的系统，其中推进装置包含具有发动机的飘浮装置。16.权利要求15的系统，其中飘浮装置是船。17.权利要求1的系统，其中过滤装置包括过滤柱，微滤器，超滤器，纳米滤器或其组合。18.权利要求1的系统，其中过滤装置包括砂滤器。19.权利要求1的系统，其中收集管线包括包含任意材料的管。20.权利要求1的系统，其中收集管线包括柔性胶管，刚性胶管或其组合。21.权利要求1的系统，其中协调装置激活化学施用装置以将氧化剂施用至容器中的冷却水从而防止冷却水的铁和锰浓度超过1.5ppm。22.权利要求1的系统，其中协调装置激活化学施用装置以将促凝剂或絮凝剂施用至容器中的冷却水从而防止冷却水的浊度超过7NTU。23.权利要求1的系统，其中协调装置激活移动式抽吸装置以防止容器底部的沉淀物质厚度超过100mm的平均值。24.权利要求1的系统，其中协调装置激活化学施用装置以在7天间隔期间将消毒剂周期地施用至容器中的冷却水从而在各7天间隔期间的总处理时间内建立至少500mV的氧化还原电势(ORP)，所述总处理时间取决于被处理的冷却水的温度，其中：i.对于温度小于等于35℃的冷却水，总处理时间包含对冷却水温度的各℃为1小时的最小时间段；ii.对于温度大于35℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·T·菲什曼，
申请(专利权)人：水晶池库拉索有限责任公司，
类型：发明
国别省市：荷属安的列斯;AN