CN107631894A - 高位集水冷却塔的塔内性能参数采集测点布设及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高位集水冷却塔的塔内性能参数采集测点布设及测试方法，进行塔内性能参数采集测点布设，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、收水装置上方压力、收水装置下方压力、循环水进塔水温及循环水出塔水温，根据填料上方测点和除水器上方测点的数据显示，评价配水区的热力性能，根据填料上方和填料下方的水温测点数据，评价填料区冷却性能，根据收水装置上方和下方测点测得的压差，评价收水装置的阻力性能，根据出塔水温和填料下方水温，评价小雨区冷却性能，为进一步研究其内部不同区域处的传热传质性能提供方法指导。

Description

高位集水冷却塔的塔内性能参数采集测点布设及测试方法

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的塔内性能参数采集测点布设及测试方法。

背景技术

冷却塔作为冷端系统的主要设备之一，冷却塔性能的好坏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水的温度升高，而循环水温的升高将使凝汽器的真空降低，汽轮机组的工作效率下降，从而导致设备的出力降低，使发电的煤耗量增加，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，不同位置处气水比分布不均，不同位置处的温度、风速分布也不均匀。

而收水装置处的收水斜板和收水槽会改变塔内空气的流动方向，影响填料下方的空气动力场，给冷却塔带来额外的通风阻力，进而影响整个塔内的温度场分布。

尤其是侧风环境下，外界侧风导致高位集水冷却塔的周向进风不均，因此塔内不同半径处的通风不均，即不同位置处的传热传质性能有差异，总体冷却性能恶化。

因此，采取先进的测试方法，监测并获取塔内的热力性能和阻力性能参数，以此可准确计算高位集水冷却塔的传热传质性能，对实时跟踪冷端系统的性能，进而监控整个机组的循环热效率具有重大意义，可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。

已颁发的《DL/T 1027-2006工业冷却塔测试规程》中对于冷却塔的热力性能测试部分主要说明了环境气象参数、进出塔空气干湿球温度、进出塔循环水水温等参数的测试方法及要求，存在以下问题：

(1)未涉及冷却塔内部各冷却区域(配水区、填料区和小雨区)热力性能参数的测量说明；

(2)《DL/T 1027-2006工业冷却塔测试规程》中明确提出，所述测试方法仅限于环境风速小于3m/s的工况，而实际冷却塔运行中，环境风速经常大于3m/s。当环境风速大于3m/s，《规程》中的测试方法则不宜使用。

(3)《DL/T 1027-2006工业冷却塔测试规程》所述测试对象并未涉及高位集水冷却塔，也没有涉及高位集水冷却塔收水槽的阻力特性。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了高位集水冷却塔的塔内性能参数采集测点布设及测试方法，本发明基于等面环的原理(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)，在不同标高处布置测点，可分别测算高位集水冷却塔配水区、填料区和小雨区的热力性能及收水装置区的阻力特性，并实现在冷却塔附近监控终端的实时显示，能够克服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的不足。

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的塔内性能参数采集测点布设方法，包括以下步骤：

布设气温采集测点：在高位集水冷却塔的除水器上方设置多个气温测点，测量各个位置的温度，以得到出塔气温分布；

布设水温采集测点：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均设置一层水温采集测点，循环水进塔水温测点于配水竖井内呈环形或正方形布置，其余每层的测点呈十字半径布置且测点数量基于等面环原理确定；

布设压力采集测点：在收水装置上方和下方布设测点，保证收水装置上方和下方的压力测点垂直布置，以得到上下压差；

布设风速采集测点：在高位集水冷却塔的除水器上方设置多个风速测点，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，各处的温度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。

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。

进一步的，所有测点的采集数据和信号转化为标准电流信号，电流信号通过有线传输至安装于塔周附近的数据采集设备，数据采集设备采集电流信号并通过无线传输给中心主站。

一种高位集水冷却塔的塔内性能测试方法，进行塔内性能参数采集测点布设，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、收水装置上方压力、收水装置下方压力、循环水进塔水温及循环水出塔水温，根据填料上方测点和除水器上方测点的数据显示，评价配水区的热力性能，根据填料上方和填料下方的水温测点数据，评价填料区冷却性能，根据收水装置上方和下方测点测得的压差，评价收水装置的阻力性能，根据出塔水温和填料下方水温，评价小雨区冷却性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提出了高位集水冷却塔内部各性能参数的测量方法，为高位集水冷却塔内部各性能参数分布、进一步研究其内部不同区域处的传热传质性能提供方法指导；

(2)本发明可分别测算高位集水冷却塔配水区、填料区和小雨区的热力性能及收水装置区的阻力特性，并实现在冷却塔附近监控终端的实时显示，能够克服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的不足。

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高位集水冷却塔塔内各层测点布置示意图；

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布置示意图；

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压力测量元件示意图；

图7循环水进塔水温测点布置示意图；

图8循环水出塔水温测点收水槽内布置示意图；

图9数据采集传输系统示意图；

图10数据处理软件示意图；

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.收水装置上方压力测点；6.出塔水温测点；7.收水装置下方压力测点；8.除水器；9.填料；10.收水装置；11.勺型收水管；12.淋水喷头；13.竖直收水管；14.进塔水温测点；15.配水竖井；16.十字走廊；17.收水槽；18.出塔水温测点支架 19.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的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种高位集水冷却塔的塔内性能参数测试方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，测量的塔内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、收水装置上方压力、收水装置下方压力、循环水进塔水温及循环水出塔水温。

所述测试对象涉及高位集水冷却塔，包括大型高位集水冷却塔(如1000MW机组冷却塔)、超大型高位集水冷却塔(1000MW以上等级机组冷却塔)。

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(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、填料上下方及收水装置收水槽层。

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(如图3所示)，本层测点测量出塔气温分布和除水器上方气流速度分布。

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)。

勺型收水管可采用PVC或其它塑料材质，亦可为钢结构制作。

根据填料上方测点和除水器上方测点的数据显示，可以评价配水区的热力性能。

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)。

竖直收水管可采用PVC或其它塑料材质，亦可为钢结构制作。

根据填料上方和填料下方的水温测点数据，可完成填料区冷却性能的评价。

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(如图6所示)，每一测点处的测量元件经软管连接至压差计。为减少湿空气及溅水对压差计的影响，应将压差计安置于收水装置下方，具体位置视现场情况而定。收水装置上方和下方的压力测点应垂直布置。

通过收水装置上方和下方测点测得的压差，可进行高位集水冷却塔收水装置的阻力性能评价。

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7所示)，性能评价时，取4个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(如图8所示)。

通过出塔水温和填料下方水温，可完成小雨区冷却性能的评价。

根据进塔水温和出塔水温的测点数据，可计算整塔水温降，进一步评价冷却塔整体冷却性能，并与配水区、填料区和小雨区冷却性能进行对比分析。

所述测试方法使用基于Zigbee技术的无线数据传输系统，此数据传输方式可实现实时同步采集数据，并具有抗干扰能力强、组网灵活的特点。如图9所示，各测点处的测量仪表将实时参数转化为标准电流信号，电流信号通过有线传输至安装于塔周附近的数据采集设备，数据采集设备采集电流信号并通过无线传输给中心主站，中心主站与计算机相连接，计算机放置于塔周的某个安全位置处，计算机中的数据处理软件将数据接收并保存以供后续参考研究(如图10所示)。

本测试方法可以完成不同环境风速下的性能参数的测量，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

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 (10)

1.一种高位集水冷却塔的塔内性能参数采集测点布设方法，其特征是：包括以下步骤：

布设气温采集测点：在高位集水冷却塔的除水器上方设置多个气温测点，测量各个位置的温度，以得到出塔气温分布；

布设水温采集测点：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均设置一层水温采集测点，循环水进塔水温测点呈环形或正方形布置，其余每层的测点呈十字半径布置且测点数量基于等面环原理确定；

布设压力采集测点：在收水装置上方和下方布设测点，保证收水装置上方和下方的压力测点垂直布置，以得到上下压差；

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

2.如权利要求1所述的一种高位集水冷却塔的塔内性能参数采集测点布设方法，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的塔内性能参数采集测点布设方法，其特征是：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。

4.如权利要求1所述的一种高位集水冷却塔的塔内性能参数采集测点布设方法，其特征是：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。

5.如权利要求1所述的一种高位集水冷却塔的塔内性能参数采集测点布设方法，其特征是：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。

6.如权利要求1所述的一种高位集水冷却塔的塔内性能参数采集测点布设方法，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。

7.如权利要求6所述的一种高位集水冷却塔的塔内性能参数采集测点布设方法，其特征是：所述压差计置于收水装置下端。

8.如权利要求1所述的一种高位集水冷却塔的塔内性能参数采集测点布设方法，其特征是：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。

9.如权利要求1所述的一种高位集水冷却塔的塔内性能参数采集测点布设方法，其特征是：所有测点的采集数据和信号转化为标准电流信号，电流信号通过有线传输至安装于塔周附近的数据采集设备，数据采集设备采集电流信号并通过无线传输给中心主站。

10.一种高位集水冷却塔的塔内性能测试方法，其特征是，如权利要求1-9中任一所述的方法进行塔内性能参数采集测点布设，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、收水装置上方压力、收水装置下方压力、循环水进塔水温及循环水出塔水温，根据填料上方测点和除水器上方测点的数据显示，评价配水区的热力性能，根据填料上方和填料下方的水温测点数据，评价填料区冷却性能，根据收水装置上方和下方测点测得的压差，评价收水装置的阻力性能，根据出塔水温和填料下方水温，评价小雨区冷却性能。