CN103644643B - 一种回水量可控的冷却水箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回水量可控的冷却水箱，包括盛冷却水的箱体，箱体内竖直设有第一隔板和第二隔板将箱体分隔成第一箱体、第二箱体和第三箱体，第一箱体中安装有第一加热装置，底部安装有泄流管，顶部安装有回水管和补水管，回水管上设有附加排水管和第四调节阀，第二箱体中安装有第二加热装置，第三箱体中安装有第三加热装置，第三箱体侧壁的上部安装有溢流管，下部安装有供水管道，泄流管和溢流管均与排水管连接，第一箱体与第二箱体底部相通，第二箱体与第三箱体顶部相通。本发明相比传统的冷却水箱减少了压缩机，节省了空间。而且可以调小第四调节阀的开度以控制通过回水管返回箱体的温度较高的换热后冷却水的流量。

Description

一种回水量可控的冷却水箱

技术领域

本发明涉及控制领域，尤其涉及一种用于电厂尾部烟气换热实验中的回水量可控的冷却水箱。

背景技术

冷却水箱属于工业领域和科研领域常用的仪器设备，在一些需要精确控制冷却过程参数的场合，如激光器的腔体冷却或者某些科学实验中，常常需要向冷却管中通入温度恒定的冷却水。

常用的冷却水箱一般具有两个特点：一、冷却水一般循环利用，需要对冷却水进行降温，降温的方法往往是使用冷却装置，如压缩机冷却或换热器散热冷却，然而，这些冷却装置一般体积比较大，使用额外的冷却装置使得本来就需要占用很大空间的水箱更加笨重，非常不适合于在空间狭小的场所使用；二、在需要对冷却水进行精确控温的场合，通常采用的是自动控制中的闭环控制方法，这一方面需要增加电路设计和控制操作的复杂度，另一方面由于环境变化，需要实时地调整的各种设定参数以保证控温的精确性。

图1所示为现有技术中的冷却水箱，该冷却水箱使用鼓风机和抽气机配合对冷却水进行冷却，该冷却水箱需要额外的鼓风装置和抽气装置，增大了冷却水箱的体积，同时不具备精确控制冷却水温度的功能。

目前，在研究锅炉尾部烟气的换热特性和腐蚀特性的实验中，为了研究换热器壁温对换热器换热性能的影响，需要通过精确控制冷却水的温度来控制换热器壁温。在该实验中，由于锅炉尾部烟气成分复杂、温度高，实验室搭建模拟实验台困难，所以实验主要在电厂的实际运行环境中完成，实验条件受到很多限制。比如电厂的布局一般非常紧凑，操作空间狭小，常规的带有压缩机的冷却水箱不适用于这种工作场合；另一方面电厂实验条件简陋，环境嘈杂，实验人员希望能够使用尽量简单的控制器完成实验。

发明内容

本发明的目的是克服上述问题，提供一种回水量可控的冷却水箱，根据实验需要，针对电厂的特殊环境，适用于在电厂使用的实验用冷却水箱。

本发明采用的技术方案：

一种回水量可控的冷却水箱，包括盛冷却水的箱体，箱体内竖直设有第一隔板和第二隔板将箱体分隔成第一箱体、第二箱体和第三箱体，第一箱体中安装有第一加热装置，底部安装有泄流管，顶部安装有回水管和补水管，回水管上设有附加排水管和第四调节阀，第二箱体中安装有第二加热装置，第三箱体中安装有第三加热装置，第三箱体侧壁的上部安装有溢流管，下部安装有供水管道，泄流管和溢流管均与排水管连接，第一箱体与第二箱体底部相通，第二箱体与第三箱体顶部相通。

所述的第一箱体的体积大于所述第二箱体的体积，具体地，第一箱体的体积是所述第二箱体的体积的两倍。所述第一加热装置的功率大于所述第二加热装置的功率，第二加热装置的功率大于第三加热装置的功率，具体地，所述第一加热装置的功率为4KW，所述第二加热装置的功率为1KW，第三加热装置的功率为500W。

溢流管位于所述第二箱体的侧壁上方位置并且其高度低于第二隔板的高度，从而使得冷却水从第一箱体通过第二箱体向第三箱体单向的流动。

所述的第一隔板上安装有测第一箱体内水温的第一温度传感器，所述的第二隔板上安装有测第二箱体内水温的第二温度传感器，所述供水管道内部安装有测供水水温的第三温度传感器所述的供水管道上安装有第一调节阀和水泵，所述补水管上安装有第二调节阀，所述泄流管上安装有第三调节阀。各温度传感器及加热装置与控制器连接，受控制器控制。

控制器包括电源、与所述第一温度传感器相连的第一温控仪，与所述第二温度传感器相连的第二温控仪，与所述第三温度传感器相连的第三温控仪，所述第一温控仪通过第一继电器控制所述第一加热装置的工作，所述第二温控仪通过第二继电器控制所述第二加热装置工作，第三温控仪通过第三继电器控制所述第三加热装置工作。

供水管道通过水泵向外供水。

本发明解决了水箱应用在夏季高温环境中时(如环境温度达到35℃以上，此时作为补给水的电厂常温工业用水的水温一般在将近30℃)，要想将冷却水的温度控制在35℃以下，需要将第二调节阀的开度开的非常大，以增大常温水的补给量，而同时，由于电厂布置需要，排水管往往非常长，阻力很大，可能会因为排水不及时造成水箱溢水，使得水箱无法正常工作的问题。在回水管上增加了第四调节阀，并在第四调节阀之前的管道上引出附加排水管，当需要将冷却水的温度控制在较低温度时，可以调小第四调节阀的开度以控制通过回水管返回箱体的温度较高的换热后冷却水的流量。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1)本发明涉及的电厂换热实验中，所需冷却水的温度范围为35℃-80℃，针对这一控温范围，本发明充分利用了电厂工业水源丰富的特点，直接使用注入常温水的方法对循环冷却水进行冷却，相比传统的冷却水箱减少了压缩机，节省了空间，适合于在电厂进行现场实验使用。

2)本发明将水箱设计为三箱体结构，采用三级控温设计，使用大功率加热装置在大箱体中粗

调温度，使用小功率加热装置在小箱体中对温度进行微调，同时保证了控温效率和控温

精度，无需复杂的控制方法即可以实现精确控温，误差达到0.5℃以内。

附图说明

图1是现有的冷却水箱示意图；

图2是本发明实施例中控温装置的示意图；

图3是本发明实施例中控制器的示意图。

其中，1.箱体，2.控制器，31.第一隔板，32.第二隔板，41.供水管道，42.回水管，43.补水管，44.排水管，45.附加排水管，441.泄流管，442.溢流管，51.第一加热装置，52.第二加热装置，53.第三加热装置，61.第一调节阀,62.第二调节阀，63.第三调节阀，64.第四调节阀，71.第一温度传感器，72.第二温度传感器，73.第三温度传感器，8.水泵，11.第一箱体，12.第二箱体，13.第三箱体，21.电源，221.第一温控仪，222.第二温控仪，223.第三温控仪，231.第一继电器，232.第二继电器，233.第三继电器。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明。

实施例1

一种三级控温冷却水箱，包括盛冷却水的箱体1，箱体1内竖直设有第一隔板31和第二隔板32将箱体分隔成第一箱体11、第二箱体12和第三箱体13，第一箱体11中安装有第一加热装置51，底部安装有泄流管441，顶部安装有回水管42和补水管43，回水管上设有附加排水管45和第四调节阀64，第二箱体12中安装有第二加热装置52，第三箱体13中安装有第三加热装置53，第三箱体13侧壁的上部安装有溢流管442，下部安装有供水管道41，泄流管441和溢流管442均与排水管44连接，第一箱体11与第二箱体12底部相通，第二箱体12与第三箱体13顶部相通。

第一箱体11的体积大于所述第二箱体12的体积，具体地，第一箱体11的体积是所述第二箱体12的体积的两倍。第一加热装置的功率大于所述第二加热装置的功率，第二加热装置的功率大于第三加热装置的功率，具体地，所述第一加热装置的功率为4KW，所述第二加热装置的功率为1KW，所述第三加热装置的功率为500W。

溢流管442位于所述第二箱体的侧壁上方位置并且其高度低于所述隔板32的高度，从而使得冷却水从第一箱体通过第二箱体向第三箱体单向的流动。

供水管道41位于所述第二箱体侧壁下方接近底部的位置，通过水泵8向外部供水。

第一隔板31靠近第一箱体11的一侧的下部安装有第一温度传感器71，用于测量第一箱体内的水温，第二隔板32靠近第二箱体的一侧的上部安装有第二温度传感器72，用于测量第二箱体内的水温，所述供水管道41内部安装有第三温度传感器73。供水管道41上安装有第一调节阀61和水泵8，所述补水管43上安装有第二调节阀62，所述泄流管441上安装有第三调节阀63。各温度传感器及加热装置与控制器连接，受控制器控制。

控制器包括电源21、与所述第一温度传感器71相连的第一温控仪221，与所述第二温度传感器72相连的第二温控仪222，与所述第三温度传感器73相连的第三温控仪223，所述第一温控仪221通过第一继电器231控制所述第一加热装置51的工作，所述第二温控仪222通过第二继电器232控制所述第二加热装置52工作，第三温控仪223通过第三继电器232控制所述第三加热装置53工作。

本实施例中冷却水箱用于锅炉尾气换热实验，向换热管提供55℃的冷却水。换热管位于锅炉空气预热器后的烟道中，此段烟道中烟气温度在110-140℃之间，通过测量例如进水温度、出水温度、冷却水流量、观察换热管温度等参数，探寻位于锅炉尾气中的换热管的管壁温度对换热管换热性能的影响。

水箱的工作过程如下：

加热阶段，关闭第三调节阀63、第一调节阀61和水泵8，通过补水管道向水箱中注满水，将第一温控仪221、第二温控仪222和第三温控仪223的控制温度设定为52℃，加热第一箱体11、第二箱体12和第三箱体13中的冷却水至52℃。

工作阶段，将第一温控仪221的控制温度设定为53℃，第二温控仪222的控制温度设定为54℃，第三温控仪223的温度设定在55℃，打开第一调节阀61和水泵8。通过调节第一调节阀61的开度控制冷却水的进水流量，可以观察不同换热量下管壁的传热特性。通过改变第一温控仪221、第二温控仪222、第三温控仪223的设定温度以及补水管43的流量，可以控制恒温水箱的水温在40-80℃之间工作。

结束阶段，首先关闭第二调节阀62，打开第三调节阀63排空第一箱体11中的水，待第二箱体12中的水被水泵8抽干后，关闭水泵8和第一调节阀61。

当需要将冷却水的温度控制在较低温度时，可以调小第四调节阀64的开度以控制通过回水管42返回箱体的温度较高的换热后冷却水的流量。通过增加第四调节阀64和附加排水管45，提供的冷却水箱能够在夏季高温环境中提供30℃-90℃的冷却水。因为锅炉尾气酸露点的温度一般在70℃以上，水露点的温度一般在30-40℃之间，因此，该水箱提供的冷却水的温度范围使得本领域技术人员能够对换热管壁温进行控制，观察换热管壁温在这两个露点温度附近时换热管的换热特性。

Claims (3)

1.一种回水量可控的冷却水箱，包括盛冷却水的箱体和控制器，其特征是，箱体内竖直设有第一隔板和第二隔板将箱体分隔成第一箱体、第二箱体和第三箱体，第一箱体中安装有第一加热装置，底部安装有泄流管，顶部安装有回水管和补水管，回水管上设有附加排水管和第四调节阀，第二箱体中安装有第二加热装置，第三箱体中安装有第三加热装置，第三箱体侧壁的上部安装有溢流管，下部安装有供水管道，泄流管和溢流管均与排水管连接，第一箱体与第二箱体底部相通，第二箱体与第三箱体顶部相通；

所述的第一箱体的体积大于所述第二箱体的体积；

所述第一加热装置的功率大于所述第二加热装置的功率。

2.根据权利要求1所述的一种回水量可控的冷却水箱，其特征是，所述的第一隔板上安装有测第一箱体内水温的第一温度传感器，所述的第二隔板上安装有测第二箱体内水温的第二温度传感器，所述供水管道内部安装有测供水水温的第三温度传感器，所述的供水管道上安装有第一调节阀和水泵，所述补水管上安装有第二调节阀，所述泄流管上安装有第三调节阀，各温度传感器及加热装置与控制器连接。

3.根据权利要求2所述的一种回水量可控的冷却水箱，其特征是，控制器包括电源、与第一温度传感器相连的第一温控仪，与第二温度传感器相连的第二温控仪，与第三温度传感器相连的第三温控仪，第一温控仪通过第一继电器控制第一加热装置，第二温控仪通过第二继电器控制第二加热装置，第三温控仪通过第三继电器控制所述第三加热装置工作。