CN106705742A - 循环水填料冷却塔风机启停的节能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环水场风机启停的节能控制方法。首先利用专有的工具实时采集环境温度、相对湿度、大气压力、风机各点动压、循环水进出口温度、上塔水量等实际运行参数。然后，根据所采集的参数，进行单塔热工计算，得到开风机塔出水温度T_p、不开风机塔出水温度T_c。最后，热力学平衡来计算不同风机数量出水温度，建立风机启停与循环水温度对应关系，借助自控技术，实现风机自动启停调整循环水供水温度。本发明的目的在于提供一种冷却塔风机启停控制技术，根据气象、工艺条件，进行科学计算与优化改造，稳定循环水出水温度，达到稳定系统运行、节能降耗的效果。

Description

循环水填料冷却塔风机启停的节能控制方法

技术领域

本发明涉及一种风机系统，特别是涉及一种用于循环水机械抽风式冷却塔的工频风机系统优化节能方法，更具体地说，涉及一种循环水填料冷却塔风机启停的节能控制方法。

背景技术

循环水冷却塔广泛应用于化工、钢铁、热电等各领域中，它是利用水与空气的对流方式，通过蒸发作用来去除水中热量的一种设备。对于冷却塔来说，风机系统按照工艺最大能力以及当地最高温度要求进行设计，同时留有一定的余量。设备投入运行后，由于大气温度、湿度、工作负荷等情况的变化，必然存在偏离设计的情况，风机低负荷下运行，能量浪费情况严重。

目前，有些冷却塔采用变频控制系统，控制风机的转速以降低电耗。但变频系统投资较大；投入使用后，变频器自身的能量损耗会影响节能效果；变速运行会造成风扇叶片迎风角改变，风机脱离工作点运行，效率降低；电机脱离额定转速以低速运行，以及转速、扭矩、功耗之间的非线性关系，使得电机的运行效率大大降低。工频风机多采用人工控制，在装置负荷、季节天气或其他生产工况发生变化时，风机开停无技术支持，人员不能及时进行调整，造成风机启停滞后，操作工作量增加等问题。

控制循环水出水温度，为工频风机启停提供技术支持，需要找出环境温度、湿度、系统换热条件的改变与水温变化之间的关系，实时监测循环水出水温度，通过及时调控风机的启停台数稳定供水温度，实现节能的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷却塔风机启停控制技术，根据气象、工艺条件，进行科学计算与优化改造，稳定循环水出水温度，达到稳定系统运行、节能降耗的效果。

根据本发明，提供一种循环水填料冷却塔风机启停的节能控制方法，该方法包括以下步骤：

1)现场数据采集：现场采集环境温度(T_环境)，相对湿度(H_相对)，大气压力(P)，风机各测点的动压(P_di)，循环水填料冷却塔进口温度(T_o)和填料冷却塔出口温度(T_i)，和上塔水量Q的数据；

2)数据分析核算：根据所采集到的数据，分为上塔开风机和上塔不开风机两种模式进行单塔热工计算，分别获得开风机塔出水温度T_p和不开风机塔出水温度T_c，

其中

冷却塔热工计算公式为以下公式(1)：

式中，

Q表示上塔冷却水量，m³/h；

β_xv表示容积散质系数，kg/m³h；

k表示蒸发水量散热系数；

h，h″分别表示空气焓值，饱和焓值，kJ/kg；

C_w表示水的比热，kJ/kg；

V表示淋水填料体积；

dt表示微元填料进水与出水的水温差，℃；

t₁表示进填料冷却塔的水温，℃；

t₂表示出填料冷却塔的水温，℃；

公式(1)的右边代表的是冷却塔的冷却任务的大小，即冷却数N，而公式(1)的左边代表的是选定的淋水填料所具有的冷却能力，即冷却特性数N′；

空气焓值h按下式计算：

h＝1.005T_环境+x(2500.8+1.846T_环境) (2)

式中，

h表示空气焓，kJ/kg；

T_环境表示环境温度，℃；

x表示空气含湿量，kg/kg；

空气含湿量x按下式计算：

式中，

φ表示空气相对湿度，％；

P表示大气压力，kPa；

P_θ″表示饱和水蒸汽分压力，kPa；

冷却塔的冷却数N的计算积分采用辛普逊(Simpson)二段公式(4)作简化处理：

式中，

h，h″分别表示空气焓值，饱和焓值，kJ/kg；

C_w表示水的比热，kJ/kg；

dt表示微元填料进水与出水的水温差，℃；

t₁表示进填料冷却塔的水温，℃；

t₂表示出填料冷却塔的水温，℃；

t_m表示进出填料冷却塔水温的算术平均值，℃；

Δt表示进出填料塔温差，℃；

h₁表示与温度t₁相对应的空气焓值，kJ/kg；

h₂表示与温度t₂相对应的空气焓值，kJ/kg；

h_m表示与温度t_m相对应的空气焓值，kJ/kg；

h₁″表示与温度t₁相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

h₂″表示与温度t₂相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

h_m″表示与温度t_m相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

填料的冷却特性数N′与气水比存在如下关系式(5)：

N′＝Aλ^p (5)

式中，

N′表示填料的冷却特性数，无量纲；

λ表示气水比，进塔的干空气与水的质量比，kg(DA)/kg；

A表示冷却塔的散热性能系数1；优选，其范围是在2.0-2.6范围内，更优选2.15-2.5，如2.37；

p表示冷却塔的散热性能系数2；优选，其范围是在0.5-0.7范围内，更优选0.55-0.65，如0.61；

其中A、p为常数，由冷却塔厂家试验得到或在销售冷却塔时提供；

风机通风量G可由式(6)计算：

式中，

F表示风量测试断面面积减去风机轮毂面积，m²；

n表示测点总数；

P_di表示各测点的动压，Pa；

ρ_a表示风量测试断面空气的容重，kg/m³；

从而，气水比公式即为：

式中，

G表示进塔干空气质量流量，kg/h；

Q表示上塔冷却水量或进塔水量，kg/h；

当风机开和不开时，风机通风量G不同，从而导致水气比λ不同，冷却塔的冷却特性数N’不同，即公式(1)中的左边不同，根据公式(1)可计算出开风机塔出水温度T_p和不开风机塔出水温度T_c；

3)由以下公式(8)作为模型，根据系统热负荷需求确定循环水供水温度范围，从而获得一系列不同风机开启台数能达到的供水温度T_i：

式中，

T_i表示循环水总管供水温度，即填料冷却塔出口温度，℃；

T_o表示循环水总管回水温度，即循环水填料冷却塔进口温度，℃；

Q_i表示开风机塔上水总量，kg/h；

Q_j表示不开风机塔上水总量，kg/h；

Q_n表示循环水总管水量，kg/h。

在风机开启台数与能达到的供水温度T_i之间建立两者对应关系(即，风机开启台数与能达到的供水温度T_i(或循环水场出水温度)(℃)之间建立对应关系或拟合曲线)，通过对比系统热负荷确定的供水温度来确定风机开启数量。

上述进一步包括

4)根据装置实际热负荷需求，得到循环水场的最优供水温度T_最优，此时，公式(8)中的T_i＝T_最优，变量为开风机塔上水量Q_i和不开风机塔上水量Q_j，循环水场总管水量Qn＝Q_i+Q_j，由此可计算出Q_i和Q_j，根据各塔上水能力和开风机塔上水总量Q_i，合理匹配两种类型上塔水量，确定风机开启台数，从而达到最优供水温度。

也就是说，本发明提供的循环水风机启停控制方法，通过以下步骤来实现：

步骤一，利用专有的工具，现场实时采集环境温度、相对湿度、大气压力、风机各点动压、循环水进出口温度、上塔水量等实际运行参数，专有工具包括温度计、湿度计、数字式大气压计、L型标准毕托管、SFC-D型微压计、流量计等；

步骤二，根据步骤一所采集的参数，进行单塔热工计算，可分为上塔不开风机、上塔开风机两类，得到开风机塔出水温度T_p、不开风机塔出水温度T_c；

冷却塔热工计算原理基础理论如公式(1)所示：

式中，

Q表示上塔冷却水量，m³/h；

β_xv表示容积散质系数，kg/m³h；

k表示蒸发水量散热系数；

h，h″分别表示空气焓值，饱和焓值，kJ/kg；

C_w表示水的比热，kJ/kg；

V表示淋水填料体积；

dt表示微元填料进水与出水的水温差，℃；

t₁表示进填料冷却塔的水温，℃；

t₂表示出填料冷却塔的水温，℃；

空气焓值h按下式计算：

h＝1.005T_环境+x(2500.8+1.846T_环境) (2)

式中，

h表示空气焓，kJ/kg；

T_环境表示环境温度，℃；

x表示空气含湿量，kg/kg；

空气含湿量x按下式计算：

式中，

φ表示空气相对湿度，％；

P表示大气压力，kPa；

P_θ″表示饱和水蒸汽分压力，kPa；

公式(1)右边代表的是冷却塔的冷却任务的大小,称冷却数，由进出水水温、温差以及大气气象条件决定的；左边为选定的淋水填料所具有的冷却能力，称冷却特性数，与选择填料的热力性能和气水比有关。

公式(1)右边可用图1所示的冷却塔工艺热平衡形象地表述水与空气之间的关系及焓差推动力。

图1中AB线为饱和焓曲线，与进出水温度t₁和t₂有关，CD线为空气操作线，C点对应为进塔空气焓，D点对应为出塔空气焓，CD线取决于大气条件、气水比λ以及温差，其中

式中，

h₂表示出水温度下的空气焓，kJ/kg；

h₁表示进水温度下的空气焓，kJ/kg；

Δt表示进出水温差，℃；

λ表示气水比，进塔的干空气与水的质量比，kg(DA)/kg；

t_m为平均温度，h_m为平均焓值。

逆流塔(即冷却塔)的冷却数的计算积分采用辛普逊(Simpson)二段公式作简化处理：

式中，

h，h″分别表示空气焓值，饱和焓值，kJ/kg；

C_w表示水的比热，kJ/kg；

dt表示微元填料进水与出水的水温差，℃；

t₁表示进填料冷却塔的水温，℃；

t₂表示出填料冷却塔的水温，℃；

t_m表示进出填料冷却塔水温的算术平均值，℃；

Δt表示进出填料塔温差，℃；

h₁表示与温度t₁相对应的空气焓值，kJ/kg；

h₂表示与温度t₂相对应的空气焓值，kJ/kg；

h_m表示与温度t_m相对应的空气焓值，kJ/kg；

h₁″表示与温度t₁相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

h₂″表示与温度t₂相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

h_m″表示与温度t_m相对应的空气饱和焓值，kJ/kg

填料的冷却特性数N′与气水比存在如下关系式(5)：

N′＝Aλ^p (5)

式中，

N′表示填料的冷却特性数，无量纲；

λ表示气水比，进塔的干空气与水的质量比，kg(DA)/kg；

A表示冷却塔的散热性能系数1，例如数值为2.37；

p冷却塔的散热性能系数2，例如数值为0.61；

A、p为常数，由冷却塔厂家试验得到。

风机通风量G可由式(6)计算：

式中，

F表示风量测试断面面积减去风机轮毂面积，m²；

n表示测点总数；

P_di表示各测点的动压，Pa；

ρ_a表示风量测试断面空气的容重，kg/m³；

从而，气水比公式即为：

式中，

G表示进塔干空气质量流量，kg/h；

Q表示进塔水量，kg/h；

步骤三，根据步骤二所计算数据，计算不同参数条件下的出水温度，建立循环水出水温度与风机启停对应关系，借助自控技术，达到工频风机自动启停，控制循环水温度的目的。该方法在以下两方面实现节能降耗目的：

首先，根据系统热负荷需求，确定循环水供水温度范围，从而确定风机开启台数；系统热负荷需求决定循环水供水温度范围，需开启不同风机数量来实现，风机数量可用热力学平衡来计算：

式中，

T_i表示循环水总管供水温度，即填料冷却塔出口温度，℃；

T_o表示循环水总管回水温度，即循环水填料冷却塔进口温度，℃；

Q_i表示开风机塔上水总量，kg/h；

Q_j表示不开风机塔上水总量，kg/h；

Q_n表示循环水总管水量，kg/h；

由此可得到一系列不同风机开启台数能达到的供水温度，对比系统热负荷确定的供水温度，确定风机开启数量；

然后，根据各塔通风量的不同调节上塔水量，达到最优供水温度；一般冷却塔最佳气水比为0.7～1.5，综合开风机塔、不开风机塔的通风量，合理匹配两种类型上塔水量，达到系统最佳气水比，从而达到最优供水温度。

本技术相比较现有技术，有以下优势：

本发明考虑环境因素，在达到移除系统热负荷的基础上，精确指导工频风机系统开停及冷却塔上水，实现循环水冷却塔系统数据化控制，最优状态运行，达到节能目的。

附图说明

图1为冷却塔工艺热平衡图，即，本发明中形象地表述水与空气之间的关系及焓差推动力的冷却塔工艺热平衡曲线图。

具体实施方式

根据本发明提供的第一种实施方案，提供一种循环水场风机启停的节能控制，通过数据收集、数据分析核算、模型校核应用三个步骤来实现：

(1)利用专有工具，现场实时采集环境温度、相对湿度、大气压力、风机各点动压、循环水进出口温度、上塔水量等实际运行参数，专有工具包括温度计、湿度计、数字式大气压计、L型标准毕托管、SFC-D型微压计、流量计等；

(2)数据分析核算，根据所采集的参数，进行单塔热工计算，可分为上塔不开风机、上塔开风机两类，得到开风机塔出水温度T_p、不开风机塔出水温度T_c；

冷却塔热工计算原理基础理论如公式(1)所示：

式中，

Q表示上塔冷却水量，m³/h；

β_xv表示容积散质系数，kg/m³h；

k表示蒸发水量散热系数；

h，h″分别表示空气焓值，饱和焓值，kJ/kg；

C_w表示水的比热，kJ/kg；

V表示淋水填料体积；

dt表示微元填料进水与出水的水温差，℃；

t₁表示进填料冷却塔的水温，℃；

t₂表示出填料冷却塔的水温，℃；

公式(1)的右边代表的是冷却塔的冷却任务的大小，即冷却数N，而公式(1)的左边代表的是选定的淋水填料所具有的冷却能力，即冷却特性数N′；

空气焓值h按下式计算：

h＝1.005T_环境+x(2500.8+1.846T_环境) (2)

式中，

h表示空气焓，kJ/kg；

T_环境表示环境温度，℃；

x表示空气含湿量，kg/kg；

空气含湿量x按下式计算：

式中，

φ表示空气相对湿度，％；

P表示大气压力，kPa；

P_θ″表示饱和水蒸汽分压力，kPa；

公式(1)右边代表的是冷却塔的冷却任务的大小,称冷却数，由进出水水温、温差以及大气气象条件决定的；左边为选定的淋水填料所具有的冷却能力，称冷却特性数，与选择填料的热力性能和气水比λ有关。

冷却塔的冷却数N的计算积分采用辛普逊(Simpson)二段公式(4)作简化处理：

式中，

h，h″分别表示空气焓值，饱和焓值，kJ/kg；

C_w表示水的比热，kJ/kg；

dt表示微元填料进水与出水的水温差，℃；

t₁表示进填料冷却塔的水温，℃；

t₂表示出填料冷却塔的水温，℃；

t_m表示进出填料冷却塔水温的算术平均值，℃；

Δt表示进出填料塔温差，℃；

h₁表示与温度t₁相对应的空气焓值，kJ/kg；

h₂表示与温度t₂相对应的空气焓值，kJ/kg；

h_m表示与温度t_m相对应的空气焓值，kJ/kg；

h₁″表示与温度t₁相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

h₂″表示与温度t₂相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

h_m″表示与温度t_m相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

填料的冷却性能数与气水比存在如下关系式：

N′＝Aλ^p (5)

式中，

N′表示填料的冷却特性数，无量纲；

λ表示气水比，进塔的干空气与水的质量比，kg(DA)/kg；

A表示冷却塔的散热性能系数1，其范围是在2.0-2.6范围内，优选2.15-2.5，如2.37；

p表示冷却塔的散热性能系数2，其范围是在0.5-0.7范围内，优选0.55-0.65，如0.61；

其中A、p为常数，由冷却塔厂家试验得到或在销售冷却塔时提供；

(3)建立模型，两步骤实现节能降耗目的：

首先，根据系统热负荷需求，确定循环水供水温度范围，从而确定风机开启台数；系统热负荷需求决定循环水供水温度范围，需开启不同风机数量来实现，风机数量可用热力学平衡来计算：

式中，

T_i表示循环水总管供水温度，即填料冷却塔出口温度，℃；

T_o表示循环水总管回水温度，即循环水填料冷却塔进口温度，℃；

Q_i表示开风机塔上水总量，kg/h；

Q_j表示不开风机塔上水总量，kg/h；

Q_n表示循环水总管水量，kg/h；

由此可得到一系列不同风机开启台数能达到的供水温度，建立两者对应关系，对比系统热负荷确定的供水温度，确定风机开启数量；

然后，根据各塔通风量的不同调节上塔水量，达到最优供水温度；一般冷却塔最佳气水比为0.7～1.5，综合开风机塔、不开风机塔的通风量，合理匹配两种类型上塔水量，达到系统最佳气水比，从而达到最优供水温度。

更具体地说，本发明提供一种循环水填料冷却塔风机启停的节能控制方法，该方法包括以下步骤：

1)现场数据采集：现场采集环境温度(T_环境)，相对湿度(H_相对)，大气压力(P)，风机各测点的动压(P_di)，循环水填料冷却塔进口温度(T_o)和填料冷却塔出口温度(T_i)，和上塔水量Q的数据；

2)数据分析核算：根据所采集到的数据，分为上塔开风机和上塔不开风机两种模式进行单塔热工计算，分别获得开风机塔出水温度T_p和不开风机塔出水温度T_c，

其中

冷却塔热工计算公式为以下公式(1)：

式中，

Q表示上塔冷却水量，m³/h；

β_xv表示容积散质系数，kg/m³h；

k表示蒸发水量散热系数；

h，h″分别表示空气焓值，饱和焓值，kJ/kg；

C_w表示水的比热，kJ/kg；

V表示淋水填料体积；

dt表示微元填料进水与出水的水温差，℃；

t₁表示进填料冷却塔的水温，℃；

t₂表示出填料冷却塔的水温，℃；

公式(1)的右边代表的是冷却塔的冷却任务的大小，即冷却数N，而公式(1)的左边代表的是选定的淋水填料所具有的冷却能力，即冷却特性数N′；

空气焓值h按下式计算：

h＝1.005T_环境+x(2500.8+1.846T_环境) (2)

式中，

h表示空气焓，kJ/kg；

T_环境表示环境温度，℃；

x表示空气含湿量，kg/kg；

空气含湿量x按下式计算：

式中，

φ表示空气相对湿度，％；

P表示大气压力，kPa；

P_θ″表示饱和水蒸汽分压力，kPa；

冷却塔的冷却数N的计算积分采用辛普逊(Simpson)二段公式(4)作简化处理：

式中，

h，h″分别表示空气焓值，饱和焓值，kJ/kg；

C_w表示水的比热，kJ/kg；

dt表示微元填料进水与出水的水温差，℃；

t₁表示进填料冷却塔的水温，℃；

t₂表示出填料冷却塔的水温，℃；

t_m表示进出填料冷却塔水温的算术平均值，℃；

Δt表示进出填料塔温差，℃；

h₁表示与温度t₁相对应的空气焓值，kJ/kg；

h₂表示与温度t₂相对应的空气焓值，kJ/kg；

h_m表示与温度t_m相对应的空气焓值，kJ/kg；

h₁″表示与温度t₁相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

h₂″表示与温度t₂相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

h_m″表示与温度t_m相对应的空气饱和焓值，kJ/kg

填料的冷却性能数与气水比存在如下关系式：

N′＝Aλ^p (5)

式中，

N′表示填料的冷却特性数，无量纲；

λ表示气水比，进塔的干空气与水的质量比，kg(DA)/kg；

A表示冷却塔的散热性能系数1，例如数值为2.37；

p冷却塔的散热性能系数2，例如数值为0.61；

A、p为常数，由冷却塔厂家试验得到。

风机通风量G可由式(6)计算：

式中，

F表示风量测试断面面积减去风机轮毂面积，m²

n表示测点总数；

P_di表示各测点的动压，Pa；

ρ_a表示风量测试断面空气的容重，kg/m³；

从而，气水比公式即为：

式中，

G表示进塔干空气质量流量，kg/h；

Q表示上塔冷却水量或进塔水量，kg/h；

当风机开和不开时，风机通风量G不同，从而导致水气比λ不同，冷却塔的冷却特性数不同，即公式(1)中的左边不同，根据公式(1)可计算出开风机塔出水温度T_p和不开风机塔出水温度T_c。

(3)由以下公式(6)作为模型，根据系统热负荷需求确定循环水供水温度范围，从而获得一系列不同风机开启台数能达到的供水温度Ti：

式中，

T_i表示循环水总管供水温度，即填料冷却塔出口温度，℃；

T_o表示循环水总管回水温度，即循环水填料冷却塔进口温度，℃；

Q_i表示开风机塔上水总量，kg/h；

Q_j表示不开风机塔上水总量，kg/h；

Q_n表示循环水总管水量，kg/h；

在风机开启台数与能达到的供水温度T_t之间建立两者对应关系，通过对比系统热负荷确定的供水温度来确定风机开启数量。

优选，上述方法进一步包括：

4)根据装置实际热负荷需求，得到循环水场的最优供水温度T_最优，此时，公式(8)中的T_i＝T_最优，变量为开风机塔上水量Q_i和不开风机塔上水量Q_j，循环水场总管水量Q_n＝Q_i+Q_j，由此可计算出Q_i和Q_j，根据各塔上水能力和开风机塔上水总量Q_i，合理匹配两种类型上塔水量，确定风机开启台数，从而达到最优供水温度。

优选冷却塔的气水比为0.7～1.5，综合开风机时的冷却塔、不开风机时冷却塔的通风量，根据各塔上水能力和开风机塔上水总量Q_i，合理匹配两种类型上塔水量，确定风机开启台数，从而达到最优供水温度。

在下面的实施例1和2中，A是2.37；p是0.61；由冷却塔厂家提供。

实施例1

某化工厂的循环水场共有6台风机，夏季某天的现场数据采集数据如下：环境温度T_环境＝30℃，相对湿度φ＝74％，大气压P＝100.15kPa，风机各测点的动压P_di＝13Pa-56Pa，循环水填料冷却塔进口温度T_o＝36℃，填料冷却塔出口温度T_i＝30℃，单塔进塔水量为4000m3/h。通过公式(1)至(8)，最终计算出不同风机开启台数，该循环水场出水能达到的供水温度，如表1：

表1

风机开启台数	循环水场出水温度/℃
		0	34
1	33.2
		2	32.4
3	31.5
		4	30.7
5	30
		6	29.2

根据装置热负荷需求，得到循环水场的最优供水温度T_最优＝30.1℃，很据不同风机开启台数下的循环水场出水温度，可知，此时开启5台风机，节能效果最佳。

实施例2

某化工厂的循环水场共有6台风机，秋季某天的现场数据采集数据如下：环境温度T_环境＝19℃，相对湿度φ＝60％，大气压P＝100.3kPa，风机各测点的动压P_di＝15Pa-57Pa，循环水填料冷却塔进口温度T_o＝36℃，填料冷却塔出口温度T_i＝30℃，单塔进塔水量为4000m³/h。通过公式(1)至(8)，最终计算出不同风机开启台数，该循环水场出水能达到的供水温度，如表2：

风机开启台数	循环水场出水温度/℃
		0	32.5
1	31.7
		2	30.9
3	30.1
		4	29.3
5	28.6
		6	27.8

根据装置热负荷需求，得到循环水场的最优供水温度T_最优＝30.1℃，很据不同风机开启台数下的循环水场出水温度，可知，此时开启2台风机，节能效果最佳。

Claims (3)

1.一种循环水填料冷却塔风机启停的节能控制方法，该方法包括以下步骤：

1)现场数据采集：现场采集环境温度(T_环境)，相对湿度(φ)，大气压力(P)，风机各测点的动压(P_di)，循环水填料冷却塔进口温度(T_o)和填料冷却塔出口温度(T_i)，和上塔水量Q的数据；

2)数据分析核算：根据所采集到的数据，分为上塔开风机和上塔不开风机两种模式进行单塔热工计算，分别获得开风机塔出水温度T_p和不开风机塔出水温度T_c，

其中

冷却塔热工计算公式为以下公式(1)：

$\frac{{\mathrm{k\β}}_{xv}V}{Q}={\∫}_{t2}^{t1}\frac{C_{w}dt}{h^{\′\′}-h}---\left(1\right)$

式中，

Q表示上塔冷却水量，m³/h；

β_xv表示容积散质系数，kg/m³h；

k表示蒸发水量散热系数；

h，h″分别表示空气焓值，饱和焓值，kJ/kg；

C_w表示水的比热，kJ/kg；

V表示淋水填料体积；

dt表示微元填料进水与出水的水温差，℃；

t₁表示进填料冷却塔的水温，℃；

t₂表示出填料冷却塔的水温，℃；

公式(1)的右边代表的是冷却塔的冷却任务的大小，即冷却数N，而公式(1)的左边代表的是选定的淋水填料所具有的冷却能力，即冷却特性数N′；

空气焓值h按下式计算：

h＝1.005T_环境+x(2500.8+1.846T_环境) (2)

式中，

h表示空气焓，kJ/kg；

T_环境表示环境温度，℃；

x表示空气含湿量，kg/kg；

空气含湿量x按下式计算：

式中，

φ表示空气相对湿度，％；

P表示大气压力，kPa；

P_θ″表示饱和水蒸汽分压力，kPa；

冷却塔的冷却数N的计算积分采用辛普逊(Simpson)二段公式(4)作简化处理：

$N={\∫}_{t2}^{t1}\frac{C_{w}dt}{h^{\′\′}-h}=\frac{C_w\mathrm{\Δ}t}{6}(\frac{1}{h_1^{\′\′}-h_2}+\frac{4}{h_m^{\′\′}-h_m}+\frac{1}{h_2^{\′\′}-h_1})---\left(4\right)$

式中，

h，h″分别表示空气焓值，饱和焓值，kJ/kg；

C_w表示水的比热，kJ/kg；

dt表示微元填料进水与出水的水温差，℃；

t₁表示进填料冷却塔的水温，℃；

t₂表示出填料冷却塔的水温，℃；

t_m表示进出填料冷却塔水温的算术平均值，℃；

Δt表示进出填料塔温差，℃；

h₁表示与温度t₁相对应的空气焓值，kJ/kg；

h₂表示与温度t₂相对应的空气焓值，kJ/kg；

h_m表示与温度t_m相对应的空气焓值，kJ/kg；

h₁″表示与温度t₁相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

h₂″表示与温度t₂相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

h_m″表示与温度t_m相对应的空气饱和焓值，kJ/kg；

填料的冷却特性数N′与气水比存在如下关系式(5)：

N′＝Aλ^p (5)

式中，

N′表示填料的冷却特性数，无量纲；

λ表示气水比，进塔的干空气与水的质量比，kg(DA)/kg；

A表示冷却塔的散热性能系数1；优选，其范围是在2.0-2.6范围内；

p表示冷却塔的散热性能系数2；优选，其范围是在0.5-0.7范围内；

风机通风量G可由式(6)计算：

$G=3600\×F\×\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n\sqrt{2{\mathrm{\ΔP}}_{di}/{\mathrm{\ρ}}_a}---\left(6\right)$

式中，

F表示风量测试断面面积减去风机轮毂面积，m²

n表示测点总数；

P_di表示各测点的动压，Pa；

ρ_a表示风量测试断面空气的容重，kg/m³

从而，气水比公式即为：

$\mathrm{\λ}=\frac{G}{Q}---\left(7\right)$

式中，

G表示进塔干空气质量流量，kg/h；

Q表示上塔冷却水量，kg/h；

(3)由以下公式(8)作为模型，根据系统热负荷需求确定循环水供水温度范围，从而获得一系列不同风机开启台数能达到的供水温度T_i：

$T_i=\frac{(T_O-T_p)Q_i+(T_o-T_c)Q_j}{Q_n}---\left(8\right)$

式中，

T_i表示循环水总管供水温度，即填料冷却塔出口温度，℃；

T_o表示循环水总管回水温度，即循环水填料冷却塔进口温度，℃；

Q_i表示开风机塔上水总量，kg/h；

Q_j表示不开风机塔上水总量，kg/h；

Q_n表示循环水总管水量，kg/h；

在风机开启台数与能达到的供水温度T_i之间建立两者对应关系，通过对比系统热负荷确定的供水温度来确定风机开启数量。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

4)根据装置实际热负荷需求，得到循环水场的最优供水温度T_最优，此时，公式(8)中的T_i＝T_最优，变量为开风机塔上水量Q_i和不开风机塔上水量Q_j，循环水场总管水量Q_n＝Q_i+Q_j，由此可计算出Q_i和Q_j。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中冷却塔的气水比为0.7～1.5，综合开风机时的冷却塔、不开风机时冷却塔的通风量，根据各塔上水能力和开风机塔上水总量Q_i，合理匹配两种类型上塔水量，确定风机开启台数，从而达到最优供水温度。