CN107525546B - 高位集水冷却塔热力性能在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高位集水冷却塔热力性能在线监测系统，包括数据采集单元、数据传输单元和监控中心，数据采集单元包括布置在塔内各个测点处的采集传感器及信号传输线，包括环境参数采集模块和塔内热力性能参数采集模块，环境参数采集模块采集环境干球温度、环境湿球温度、大气压力、环境风速及环境风向；塔内热力性能参数采集模块采集除水器上方气温、除水器上方风速、填料上方水温、填料下方水温、循环水进塔水温及循环水出塔水温参数；采集传感器将实时热力性能参数转换成电流信号通过信号传输线传输至数据传输单元；数据传输单元远传至监控中心。本发明可以完成不同环境风速下的热力性能参数的在线监测。

Description

高位集水冷却塔热力性能在线监测系统

技术领域

本发明涉及能源与动力工程领域，具体涉及一种高位集水冷却塔热力性能在线监测系统。

背景技术

高位集水冷却塔作为冷端系统的主要设备之一，其冷却性能在很大程度上影响发电厂的经济性和稳定性。冷却塔的低效率将会使循环冷却水的温度升高，而冷却水温的升高将使凝汽器的真空下降，汽轮机组的工作效率下降，从而导致发电的煤耗量增加，使设备的出力降低，大大地影响了机组的热效率。

同时，高位集水冷却塔体积大，无传统湿式冷却塔的雨区，塔内设有收水斜板，导致塔内流动复杂，不同位置处的温度、风速分布不均匀。因此，单独某个位置处的温度(或速度)并不能代表全塔的温度(或速度)分布。

尤其是侧风环境下，侧风导致冷却塔的周向进风不均，进一步导致塔内不同半径处的通风不均，加剧了塔内流场的复杂性，即侧风环境下，不同位置处的传热传质性能有更大差异，总体冷却性能恶化。

目前发电厂的监控系统(如DCS、SIS等)中，与高位集水冷却塔相关的性能参数，除了凝汽器的进出口水温之外，对其它性能参数并没有体现，因此不能实时监控整个冷却塔的热力性能，比如填料区、小雨区、配水区的相关性能参数，因此，不利于整个冷端系统的优化运行。

因此，采取准确可靠的测试方法，获得高位集水冷却塔内不同位置处的性能参数，开发高位集水冷却塔的热力性能在线监测系统，实现从冷却塔到监控终端(电厂控制室或厂房办公室)的数据远传，在电厂控制室或厂房办公室内即可实时监控高位集水冷却塔的典型性能参数，可实时准确评价其热力性能，以此跟踪冷端系统的性能，可为高位集水冷却塔的优化运行提供指导，并为下一步高位集水冷却塔的节能改造和优化设计奠定理论基础，提供方向指导。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种高位集水冷却塔热力性能在线监测系统，本发明在塔内不同区域位置处布置测点监控高位集水冷却塔的各项热力性能参数，并可实现参数数据实时无线远传，在电厂监控室(或厂房办公室)内的监控终端实时显示，实现运行管理人员对高位集水冷却塔典型热力性能参数的实时监控。

为了更好的说明本发明的技术方案，进行如下的名词解释：

高位集水冷却塔，包括大型高位集水冷却塔(如1000MW机组冷却塔)及超大型高位集水冷却塔(1000MW以上等级机组冷却塔)。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高位集水冷却塔热力性能在线监测系统，包括数据采集单元、数据传输单元和监控中心，其中：

所述数据采集单元包括布置在塔内各个测点处的采集传感器及信号传输线，具体包括环境参数采集模块和塔内热力性能参数采集模块，所述环境参数采集模块采集环境干球温度、环境湿球温度、大气压力、环境风速及环境风向；

所述塔内热力性能参数采集模块采集除水器上方气温、除水器上方风速、填料上方水温、填料下方水温、循环水进塔水温及循环水出塔水温参数；

采集传感器将实时热力性能参数转换成电流信号通过信号传输线传输至数据传输单元；

所述数据传输单元包括数据采集设备、中心主站及中继器，安装于塔周附近的数据采集设备将从测点处采集的电流信号转换成无线信号并通过无线传输给相匹配的中心主站，中心主站将无线信号转发至中继器，后由中继器将实时热力性能数据远传至监控中心。

进一步的，由布置在冷却塔上风向30-50m处开阔地带的气象站测量环境参数。

进一步的，所述测点包括在高位集水冷却塔的除水器上方设置的多个气温测点，测量各个位置的温度，以得到出塔气温分布，

在高位集水冷却塔的填料上、下方，以及循环水进塔和出塔位置处设置的水温采集测点，循环水进塔水温测点于配水竖井内呈环形或正方形布置，其余每层的水温测点呈十字半径布置且测点数量基于等面环原理(等面环原理：将测试区域划分为沿径向分布的数个同心圆环区域，各圆环区域面积相等，具体划分圆环区域数量视现场情况而定)确定，

在收水装置上方和下方布设的压力测点，

在高位集水冷却塔的除水器上方设置的多个风速测点，测量各个位置的风速，以得到气流速度分布。

进一步的，除循环水进塔水温测点外，各性能参数测点按不同标高共布置六层，分别安装在除水器上层、填料上下层、收水装置上下层及收水装置收水槽层，每层沿十字半径布置，各层测点数24-48个，具体数量基于等面环原理计算确定。

进一步的，除水器上方分别布置温度测点及风速测点，各处的气温及风速测点均安装在该处的同一支架上，支架固定于除水器上方。

进一步的，填料上方布置水温测点，每处水温测点安装固定于收水管内，所述收水管的端部具有一扩口段，扩口段收集喷淋水并保持水温测点完全浸没在水中，收水管上端固定在除水器上，测点端放置于填料上方。

进一步的，填料下方布置水温测点，每处水温测点安装固定于竖直收水管内，竖直收水管扩口段可收集经填料冷却过的循环水并保持水温测点完全浸没于水中，竖直收水管固定在填料支撑装置上，测点端紧靠填料下侧。

进一步的，按照等面环原理，收水装置上方和下方均布置压力测点，每处压力测点安装压力测量元件，每一测点处的测量元件连接至压差计，收水装置上方和下方的压力测点垂直布置。

进一步的，所述压差计置于收水装置下端。

进一步的，循环水进塔水温测点设置多个，沿圆周或正方形周向均匀布置在配水竖井内沿，取所有测点的平均值作为进塔水温。

按照等面环原理，循环水出塔水温测点通过支架布置在收水装置收水槽内，测点固定安装于收水装置支架上。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明填补了当前电厂监测系统中冷却塔热力性能参数的空缺，实现了对高位集水冷却塔热力性能的实时在线监控。本发明除了可将热力性能数据传递到塔周的计算机，还可进一步将数据通过中继器传递到电厂的监测系统(如DCS系统，SIS系统等)，实现工作人员在监控终端(电厂控制室或厂房办公室)的实时监控；

(2)本发明可以完成不同环境风速下的热力性能参数的在线监测，即本监测系统不受环境风速大小的限制。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1塔内各层测点分布示意图；

图2塔内测点布置横截面安装示意图；

图3除水器上方某半径上测点分布示意图；

图4填料上方水温测点布置示意图；

图5填料下方水温测点布置示意图；

图6循环水进塔水温测点布置示意图；

图7循环水出塔水温测点布置示意图；

图8数据采集传输系统示意图；

其中，1.高位集水冷却塔塔筒；2.除水器上方气温及风速测点；3填料上方水温测点；4.填料下方水温测点；5.出塔水温测点；6.除水器；7.填料；8.收水装置；9.勺型收水管；10.淋水喷头；11.竖直收水管；12.进塔水温测点；13.配水竖井；14.十字走廊；15.收水槽底部；16.出塔水温测点支架；17.信号线。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在高位集水冷却塔由于塔内气水比分布不均，流场复杂而导致性能参数测量困难，造成目前电厂监测系统中高位集水冷却塔热力性能参数空缺的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种火电站或核电站的高位集水冷却塔的热力性能在线监测系统。

本申请的一种典型的实施方式中，高位集水冷却塔的热力性能在线监测系统由数据采集单元、数据传输单元及实时监测中心组成。

<1>数据采集单元

数据采集单元包括布置在塔内各处的测点、信号传输线及相匹配的数据采集设备。

数据采集单元所采集的高位集水冷却塔性能参数包括：环境参数及塔内热力性能参数。

(1)环境参数包括环境干球温度、环境湿球温度、大气压力、环境风速及环境风向，由布置在冷却塔上风向30-50m处开阔地带的小型气象站测量。

(2)塔内热力性能参数包括除水器上方气温、除水器上方风速、填料上方水温、填料下方水温、循环水进塔水温及循环水出塔水温。

除循环水进塔水温测点外，各性能参数测点按不同标高共布置四层，分别安装在除水器上层、填料上层、填料下层及收水装置收水槽层(如图1所示)，每层沿十字半径布置，各层测点数24-48个不等，具体数量基于等面环原理(如图2所示)计算确定。

四层温度测点包括：除水器上方、填料上方、填料下方和收水装置收水槽。一层风速测点位于除水器上方。

1)除水器上方分别布置气温测点及风速测点，各处的气温及风速测点均安装在该处的同一支架上，支架固定于除水器上方(如图3所示)，本层测点测量出塔气温和除水器上方气流速度。

2)填料上方布置水温测点，每处水温测点安装固定于勺型收水管内，勺型收水管扩口段可收集喷淋水并保持水温测点完全浸没在水中。勺型收水管上端固定在除水器上，测点端放置于填料上方(如图4所示)。

3)填料下方布置水温测点，每处水温测点安装固定于竖直收水管内，竖直收水管扩口段可收集经填料冷却过的循环水并保持水温测点完全浸没于水中。竖直收水管固定在填料支撑装置上，测点端紧靠填料下侧(如图5所示)。

4)循环水进塔水温测点共设置4个，对称均匀布置在配水竖井内(如图6所示)。性能评价时，取4个测点的平均值作为循环水进塔水温。

5)循环水出塔水温测点同样按照等面环法布置在收水装置收水槽内(如图7所示)，测点固定于收水装置支撑架上。

各测点处传感器将实时热力性能参数转换成电流信号通过信号传输线传输至数据采集设备。

本测试方法可以完成不同环境风速下的热力性能参数的测量，即本测试方法不受环境风速大小的限制。

本发明中测定各热力性能参数所用测量仪表如表1所示。

表1测量参数及所用仪表

<2>数据传输单元

数据传输单元由数据采集设备、中心主站及中继器组成

本发明使用基于Zigbee技术的无线数据传输单元，此数据传输方式可实现实时同步采集数据并进行无线远传，具有传输距离远、抗干扰能力强、功耗低、稳定可靠和组网灵活的特点。

安装于塔周附近的数据采集设备将从测点处采集的电流信号转换成无线信号并通过无线传输给相匹配的中心主站，中心主站将无线信号转发至中继器，后由中继器将实时热力性能数据远传至终端系统。

<3>实时参数监测系统

实时监测中心由终端系统及电厂监控系统(监控终端)组成。

终端系统将接收到的高位集水冷却塔热力性能数据处理后输入到已嵌入在电厂监控系统(如DCS、SIS等)内的高位集水冷却塔热力性能参数监测模块，实现工作人员对高位集水冷却塔实时热力性能参数在监控终端(电厂控制室或厂房办公室)的实时监测，为电站系统的安全经济运行提供保障。

以上所述高位集水冷却塔热力性能参数采集、传输及转换流程示意图如图8所示。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种高位集水冷却塔热力性能在线监测系统，其特征是：包括数据采集单元、数据传输单元和监控中心，其中：

所述数据采集单元包括布置在塔内各个测点处的采集传感器及信号传输线，

具体包括环境参数采集模块和塔内热力性能参数采集模块，所述环境参数采集模块采集环境干球温度、环境湿球温度、大气压力、环境风速及环境风向；

所述塔内热力性能参数采集模块采集除水器上方气温、除水器上方风速、填料上方水温、填料下方水温、循环水进塔水温及循环水出塔水温参数；

采集传感器将实时热力性能参数转换成电流信号通过信号传输线传输至数据传输单元；

所述数据传输单元包括数据采集设备、中心主站及中继器，安装于塔周附近的数据采集设备将从测点处采集的电流信号转换成无线信号并通过无线传输给相匹配的中心主站，中心主站将无线信号转发至中继器，后由中继器将实时热力性能数据远传至监控中心；

由布置在冷却塔上风向30-50m处开阔地带的气象站测量环境参数；

所述测点包括在高位集水冷却塔的除水器上方设置的多个气温测点，测量各个位置的温度，以得到出塔气温分布；

在高位集水冷却塔的填料上、下方，以及循环水进塔和出塔位置处设置的水温采集测点，且每层的测点呈十字半径布置，每层测点数量基于等面环原理确定，在收水装置上方和下方布设的压力测点，在高位集水冷却塔的除水器上方设置的多个风速测点，测量各个位置的风速，以得到气流速度分布；

除水器上方分别布置温度测点及风速测点，各处的气温及风速测点均安装在该处的同一支架上，支架固定于除水器上方；

填料上方布置水温测点，每处水温测点安装固定于收水管内，所述收水管的端部具有一扩口段，扩口段收集喷淋水并保持水温测点完全浸没在水中，收水管上端固定在除水器上，测点端放置于填料上方；

填料下方布置水温测点，每处水温测点安装固定于竖直收水管内，竖直收水管扩口段可收集经填料冷却过的循环水并保持水温测点完全浸没于水中，竖直收水管固定在填料支撑装置上，测点端紧靠填料下侧；

循环水进塔水温测点设置多个，沿圆周或正方形周向均匀布置在配水竖井内沿，取所有测点的平均值作为进塔水温；按照等面环原理，循环水出塔水温测点通过支架布置在收水装置收水槽内，测点固定安装于收水装置支架上。

2.如权利要求1所述的一种高位集水冷却塔热力性能在线监测系统，其特征是：除循环水进塔水温测点外，各性能参数测点按不同标高共布置六层，分别安装在除水器上层、填料上下层、收水装置上下层及收水装置收水槽层，每层沿十字半径布置，各层测点数24-48个，具体数量基于等面环原理计算确定。

3.如权利要求1所述的一种高位集水冷却塔热力性能在线监测系统，其特征是：按照等面环原理，收水装置上方和下方均布置压力测点，每处压力测点安装压力测量元件，每一测点处的测量元件连接至压差计，收水装置上方和下方的压力测点垂直布置；所述压差计置于收水装置下端。