CN108469185B - 一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，包括空冷塔所处当地环境自然风风速、风向的在线测量；间接空冷系统热负荷、循环水量、进塔水温、系统回水温度的在线获取；塔周建筑环境及环境风向影响程度的判定；系统回水温度、各散热管束最低出口水温及两者差值与环境风风速之间的关系曲线所构成系统温度相对分布数据库的形成；给定条件下，系统临界防冻回水温度、防冻裕量和防冻回水温度的计算。本发明通过综合考虑塔周建筑物环境和环境气象条件，特别是环境自然风风速，结合系统热负荷、循环水流量、局部配风和配水均匀性，设定间接空冷系统防冻回水温度为临界防冻回水温度与防冻裕量之和，确保了间接空冷机组冬季运行的经济性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种间接空冷系统回水温度控制方法，具体涉及一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法。属于火/核电站循环水冷却和辅机循环水冷却的间接空冷技术领域。
背景技术
随着我国水资源的日趋紧张及其管理制度的日趋严格，自然通风间接空冷塔作为电站热力系统及其辅机循环水的一种重要冷却方式，以其厂用电率小、耗水量小、零排污率等节能、节水和环保优势，已广泛应用于我国西北、华北等富煤缺水地区。而这些地区，冬季寒冷多风，使得空冷散热器内循环水易于冻结而导致散热器冻裂。针对散热管束防冻这一间接空冷运行中非常受关注的问题，目前最广泛的解决方案是通过调节百叶窗的开度。为防止散热管束内循环水冻结，大多数间接空冷机组的运行规程规定，间冷塔各扇区出水温度的极限最低水温为20℃。且通常环境温度越低，间冷塔各扇段的回水温度控制越高。
而实际上，影响间接空冷系统回水温度分布的一个关键因素是其各散热管束出口水温间的不平衡温差(扇段划分如图1所示)。通常间冷塔各散热管束出口水温间的不平衡温差越大，则间接空冷系统回水温度即其所有散热管束出口水温的平均值与各散热管束的最低出口水温间的差值就越大。所以在冬季，为保证间接空冷散热管束最低水温高于0℃，间接空冷出口水温不平衡温差越大，其系统回水温度就应该控制的越高。而回水温度过高则降低机组经济性，因此实现间接空冷系统防冻回水温度的准确控制，对于空冷机组的安全经济运行具有重要意义。
研究表明，在百叶窗完好、开度均匀、系统总压稳定的条件下，影响空冷塔出水温度不平衡温差的主要因素为环境自然风。因此，间接空冷系统防冻回水温度控制方法应考虑环境自然风因素。而传统间接空冷系统防冻回水温度的控制多基于环境气温制定，即环境气温越低，间接空冷系统防冻回水温度控制的就越高。例如：山西大同二厂，在百叶窗开度均匀、循环水压力不低于0.18MPa条件下，各扇段回水温度控制值>12℃；而内蒙、新疆等高寒地区，各扇段回水温度控制值≥20℃。又例如：某600MW间接空冷机组，环境温度>0℃时，各扇段回水温度控制值>25℃；环境温度在-10℃～0℃时，各扇段回水温度控制值>28℃；环境温度<-10℃时，各扇段回水温度控制值>30℃。
基于此，有必要设计一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，在考虑环境气温影响基础之上再考虑环境自然风的影响，从间接空冷系统不平衡温差的角度，实现间接空冷系统防冻回水温度的动态控制，既确保间接空冷系统各散热管束最低水温始终高于0℃，又可使回水温度不至于过高而影响间接空冷机组的经济性。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，从间接空冷系统各散热管束最低水温产生的原因入手，结合环境自然风对间接空冷系统不平衡温差及各散热管束最低水温的影响，得到判定间接空冷系统各散热管束最低水温高于0℃的临界条件，以此作为依据，并考虑一定的防冻裕量，实现对间接空冷系统防冻回水温度的准确控制，从而提高间接空冷机组运行的经济性和安全性。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，包括以下步骤：
(1)在距空冷塔1000m～2000m处的空旷地带，以塔为中心对称布置2个远距离在线风速仪，实时测量当地环境自然风风速、风向；
(2)在距空冷塔20m～50m处沿塔周向等距均匀安装若干近距离在线风速仪，实时测量当地风速、风向；
(3)通过电厂DCS控制系统，获取所控制间接空冷系统的热负荷、循环水流量、进塔水温、间接空冷系统回水温度的在线运行数据；
(4)结合间接空冷系统空冷塔建筑环境，建立其三维数值计算模型，以远距离在线风速仪实测环境自然风风速和风向为输入量，对比近距离在线风速仪实测风速和风向，验证所建间接空冷系统空冷塔三维数值计算模型的正确性，并判定环境风向的影响程度；
(5)结合所控制间接空冷系统的空冷塔进行数值计算分析，在系列环境气象条件、系列热负荷、系列循环水流量条件下，得到间接空冷系统回水温度、各散热管束最低出口水温及两者之间的差值与环境自然风风速之间的系列关系曲线，形成系统温度相对分布数据库；
(6)在给定热负荷、循环水流量、环境风向条件下，基于上述数据库，通过插值得到该条件下间接空冷系统回水温度和各散热管束最低出口水温两者之间的差值与环境自然风风速之间的关系曲线；
(7)以结冰温度0℃为最低出口水温，由间接空冷系统回水温度和各散热管束最低出口水温两者之间的差值与环境自然风风速之间的关系曲线，在一定环境自然风风速条件下，得到对应于间接空冷系统各散热管束最低出口水温为结冰温度0℃的临界防冻回水温度；
(8)在所得间接空冷系统临界防冻回水温度基础之上，结合环境气象条件、间接空冷系统热负荷、循环水流量、百叶窗开度，考虑局部风量和水量分配不均，给定5℃～10℃的防冻裕量，并设定防冻回水温度为临界防冻回水温度与防冻裕量的和；
(9)在环境自然风风速发生变化时，重复上述步骤(7)～(8)，实现对间接空冷系统防冻回水温度的动态控制；
(10)在间接空冷系统热负荷、循环水流量、环境自然风风向发生变化时，重复上述步骤(6)～(9)，实现对间接空冷系统防冻回水温度的动态控制。
当风速与风向同时发生变化时，重复重复上述步骤(6)～(9)，实现对间接空冷系统防冻回水温度的动态控制。
本发明中所述的间接空冷系统回水温度是指间接空冷塔各散热管束出口水温的平均值，最低出口水温是指间接空冷塔各散热管束出口水温的最低值，临界防冻回水温度是指对应于间接空冷系统各散热管束最低出口水温为结冰温度0℃的临界防冻回水温度。
优选的，步骤(1)所述2个远距离在线风速仪的连线与冬季主导风向垂直。
优选的，步骤(2)所述近距离在线风速仪的安装个数为偶数个，进一步优选为4个、6个或8个，所述各近距离在线风速仪的安装位置与空冷塔中心间的径向距离相同，且各近距离在线风速仪沿塔周向等间距安装。
进一步优选的，所述近距离在线风速仪中周向间距为180°的2个近距离在线风速仪的连线与冬季主导风向垂直。
优选的，步骤(4)所述间接空冷系统空冷塔三维数值计算模型的验证方法具体为：以远距离在线风速仪实测环境风速、风向为输入量，在间接空冷塔实际运行状态下，对比近距离在线风速仪实测风速和风向，验证包含建筑物影响的间接空冷塔三维数值模型的正确性。
优选的，步骤(5)所述间接空冷系统回水温度、各散热管束最低出口水温及两者之间的差值与环境自然风风速之间的系列关系曲线和数据库的形成方法为：以所建包含建筑物影响的间接空冷塔三维数值计算模型为基础，结合实测工况验证其正确性，从间接空冷系统角度计算分析环境气象条件、间接空冷热负荷和循环水流量等对间接空冷系统各冷却柱出口水温及其分布的影响规律，在系列条件下，得到相应的间接空冷系统回水温度、各散热管束最低出口水温及两者之间的差值与环境自然风风速之间的关系曲线，形成在线数据库。
优选的，步骤(5)所述系列环境气象条件包括：环境气压、环境空气干球温度、环境空气相对湿度、环境空气湿球温度、环境自然风风向和风速。
所述系列热负荷指多个不同热负荷数值；所述系列循环水流量指多个不同的循环水流量数值。
优选的，步骤(6)所述临界防冻回水温度，指以各散热管束最低出口水温0℃为结冰温度所得的间接空冷系统回水温度。
优选的，步骤(8)所述防冻回水温度为临界防冻回水温度与防冻裕量之和；所述防冻裕量与间接空冷塔塔型、负荷、循环水流量、百叶窗有关，取为5℃～10℃。
优选的，步骤(9)所述对间接空冷系统防冻回水温度的动态控制，是以步骤(1)～(5)所形成的间接空冷系统回水温度、各散热管束最低出口水温及两者之间的差值与环境自然风风速之间的系列关系曲线和相应的系统温度相对分布数库为基础的。
优选的，步骤(9)所述间接空冷系统防冻回水温度，随着环境风速的增加而逐渐升高。
本发明的有益效果：
(1)本发明将环境自然风的影响包含到间接空冷系统防冻回水温度控制中，实现间接空冷系统防冻回水温度的动态控制，既确保间接空冷系统各散热管束最低水温始终高于0℃，又可使回水温度不至于过高而影响间接空冷机组的经济性。
(2)本发明结合现场实测数据验证所建间接空冷系统空冷塔三维数值计算模型的正确性，通过远距离在线风速仪和近距离在线风速仪关于风速风向的实测和数值计算结果的对比，确保塔周空气流场计算分析的正确性。
(3)本发明基于所建包含塔周建筑物的间接空冷系统空冷塔三维数值计算模型，在系列环境气象条件、系列热负荷、系列循环水流量条件下，进行大量的计算分析，形成间接空冷系统临界防冻回水温度与环境自然风风速之间的关系的数据库。
(4)本发明同时考虑了百叶窗开度所导致的风量分配不均和循环水量分配不均，在临界防冻回水温度基础之上又考虑了防冻裕量，提高间接空冷机组在严寒气象条件下运行的经济性和安全性。
附图说明
图1是间冷塔竖直三角型散热器布置方式及扇段划分方式的半塔横截面示意图；
图2是间接空冷系统回水温度与其最低出口水温间的差值与环境侧风风速的关系图；
图3是根据风速变化对回水温度的动态控制流程图。
附图标记：1-冷却扇段1；2-冷却扇段2；3-冷却扇段3；4-冷却扇段4；5-冷却扇段5；6-迎风侧某一冷却柱散热管束；7-环境侧风；8-背风侧某一冷却柱散热管束。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
对于某660MW机组自然通风间接空冷塔，塔高172米，散热器外围直径152米，塔壳底部标高27.5米，塔出口直径98.022米。冷却三角在空冷塔进风口外侧沿塔周向均匀排列。冷却三角由两个等尺寸冷却柱呈46°的夹角组成，所用冷却柱高24m、长2.67m、厚0.133m，由4排管的铝管铝翅片散热管束串联组成。
在距塔1000m较远位置，以塔为中心对称布置2个在线风速仪，所布置2个在线风速仪的连线和该地区冬季主导风向西北风相垂直。在距塔进风口50m位置，以塔为中心沿塔周向等距均匀安装4个在线风速仪，其中2个在线风速仪连线与该地区主导风向西北风相垂直，其余2个在线风速仪沿塔周向与上述2个在线风速仪等间距布置。在共安装4个在线风速仪的条件下，相间隔2个在线风速仪的连线恰好两两相互垂直。以较远位置在线风速仪实测环境自然风风速和风向为输入量，对比近距离在线风速仪实测风速和风向，验证所建间接空冷系统空冷塔三维数值计算模型的正确性。考虑该塔塔周无主要建筑物影响，环境自然风风向对间接空冷塔各散热管束出口水温的相对分布没有明显影响，可忽略环境风向的影响。
在系列环境气象条件、系列热负荷、系列循环水流量条件下，得到间接空冷系统回水温度、各散热管束最低出口水温及两者之间的差值与环境自然风风速之间的系列关系曲线，并形成系统温度相对分布数据库。根据所形成数据库，在循环水流量为70000m3/h、空冷塔热负荷为840MW时，分析得间接空冷系统回水温度tw2和间接空冷系统各散热管束最低出口水温tw2min两者之间的差值tw2-tw2min与环境自然风风速的关系曲线如图2所示。以结冰温度0℃为最低出口水温tw2min，则图2纵坐标所示tw2-tw2min即为该间接空冷机组在循环水流量为70000m3/h、空冷塔热负荷为840MW时所对应的临界防冻回水温度。
在图2所示临界防冻回水温度基础之上，考虑6℃的防冻裕量。则在不同环境风速下，间接空冷系统防冻回水温度的调节如下：
在环境自然风风速0m/s<vc≤4m/s时，间接空冷塔系统防冻回水温度tw2≥11℃，即可保证局部最低水温twmin高于0℃。
在环境自然风风速4m/s<vc≤6m/s时，间接空冷塔系统防冻回水温度tw2≥13℃，即可保证局部最低水温twmin高于0℃。
在环境自然风风速6m/s<vc≤8m/s时，间接空冷塔系统防冻回水温度tw2≥17℃，即可保证局部最低水温twmin高于0℃。
在环境自然风风速8m/s<vc≤10m/s时，间接空冷塔系统防冻回水温度tw2≥19℃，即可保证局部最低水温twmin高于0℃。
在环境自然风风速10m/s<vc≤12m/s时，间接空冷塔系统防冻回水温度tw2≥20℃，即可保证局部最低水温twmin高于0℃。
在环境自然风风速12m/s<vc≤14m/s时，间接空冷塔系统防冻回水温度tw2≥22℃，即可保证局部最低水温twmin高于0℃。
在环境自然风风速14m/s<vc≤16m/s时，间接空冷塔系统防冻回水温度tw2≥24℃，即可保证局部最低水温twmin高于0℃。
在环境自然风风速16m/s<vc≤18m/s时，间接空冷塔系统防冻回水温度tw2≥25℃，即可保证局部最低水温twmin高于0℃。
在环境自然风风速18m/s<vc≤20m/s时，间接空冷塔系统防冻回水温度tw2≥25℃，即可保证局部最低水温twmin高于0℃。
综上所述，根据间接空冷机组防冻回水温度控制要求，在循环水流量为7000m3/h、空冷塔热负荷为840MW时，环境自然风风速≤10m/s的条件下，间接空冷塔系统防冻回水温度可控制在19℃以上，即可保证局部最低水温twmin高于0℃；在循环水流量为7000m3/h、空冷塔热负荷为840MW时，环境自然风风速10m/s<vc≤20m/s的条件下，间接空冷塔系统防冻回水温度可控制在25℃以上，即可保证局部最低水温twmin高于0℃。间接空冷系统防冻回水温度，随着环境风速的增加而逐渐升高。
根据距间接空冷塔较远位置在线风速仪的实测环境自然风风速，实现间接空冷系统防冻回水温度的实时动态控制。在间接空冷系统热负荷、循环水流量、环境自然风风向等发生变化时，重新由所得间接空冷系统回水温度、各散热管束最低出口水温及两者之间的差值与环境自然风风速之间的系列关系数据库，插值得该条件下间接空冷系统回水温度和各散热管束最低出口水温两者之间的差值与环境自然风风速之间的关系曲线。重复前述步骤即可实现间接空冷系统防冻回水温度的动态控制。
当散热器管束结冰温度为0℃时，间接空冷系统防冻回水温度的控制方法如下：
本发明的一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，通过间接空冷系统各散热管束出口水温的三维数值计算分析，在系列环境气象条件、系列热负荷、系列循环水流量条件下，得到间接空冷系统回水温度与各散热管束最低出口水温之间的差值和环境自然风风速之间的系列关系曲线，并形成相应数据库。基于所形成数据库，在给定热负荷、循环水流量、环境风向等条件下，通过插值得该条件下间接空冷系统回水温度和各散热管束最低出口水温两者之间的差值与环境自然风风速之间的关系曲线。以结冰温度0℃为最低出口水温，得该间接空冷系统的临界防冻回水温度。考虑局部风量和水量分配不均，给定5℃～10℃的防冻裕量，得所需设定的间接空冷系统防冻回水温度。在间接空冷系统热负荷、循环水流量、环境自然风风向等发生变化时，基于所形成数据库，实现了间接空冷系统防冻回水温度的动态控制，并进一步实现了严寒气象条件下间接空冷机组运行的经济性和安全性。
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，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 (9)
1.一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)
在距空冷塔1000m～2000m处的空旷地带，以塔为中心对称布置2个远距离在线风速仪，实时测量当地环境自然风风速、风向；
(2)在距空冷塔20m～50m处沿塔周向等距均匀安装若干近距离在线风速仪，实时测量当地风速、风向；
(3)通过电厂DCS控制系统，获取所控制间接空冷系统的热负荷、循环水流量、进塔水温、间接空冷系统回水温度的在线运行数据；
(4)结合间接空冷系统空冷塔建筑环境，建立其三维数值计算模型，以远距离在线风速仪实测环境自然风风速和风向为输入量，对比近距离在线风速仪实测风速和风向，验证所建间接空冷系统空冷塔三维数值计算模型的正确性，并判定环境风向的影响程度；
(5)结合所控制间接空冷系统的空冷塔进行数值计算分析，在系列环境气象条件、系列热负荷、系列循环水流量条件下，得到间接空冷系统回水温度、各散热管束最低出口水温及两者之间的差值与环境自然风风速之间的系列关系曲线，形成系统温度相对分布数据库；
(6)在给定热负荷、循环水流量、环境风向条件下，基于上述数据库，通过插值得到该条件下间接空冷系统回水温度和各散热管束最低出口水温两者之间的差值与环境自然风风速之间的关系曲线；
(7)以结冰温度0℃为最低出口水温，由间接空冷系统回水温度和各散热管束最低出口水温两者之间的差值与环境自然风风速之间的关系曲线，在一定环境自然风风速条件下，得到对应于间接空冷系统各散热管束最低出口水温为结冰温度0℃的临界防冻回水温度；
(8)在所得间接空冷系统临界防冻回水温度基础之上，结合环境气象条件、间接空冷系统热负荷、循环水流量、百叶窗开度，考虑局部风量和水量分配不均，给定5℃～10℃的防冻裕量，并设定防冻回水温度为临界防冻回水温度与防冻裕量的和；
(9)在环境自然风风速发生变化时，重复上述步骤(7)～(8)，实现对间接空冷系统防冻回水温度的动态控制；
(10)在间接空冷系统热负荷、循环水流量、环境自然风风向发生变化时，重复上述步骤(6)～(9)，实现对间接空冷系统防冻回水温度的动态控制。
2.如权利要求1所述的一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，其特征在于，步骤(1)所述2个远距离在线风速仪的连线与冬季主导风向垂直。
3.如权利要求1所述的一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，其特征在于，步骤(2)所述近距离在线风速仪的安装个数为偶数个。
4.如权利要求3所述的一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，其特征在于，步骤(2)所述近距离在线风速仪的安装个数为4个、6个或8个。
5.如权利要求1所述的一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，其特征在于，步骤(2)各所述近距离在线风速仪的安装位置与空冷塔中心间的径向距离相同，且各近距离在线风速仪沿塔周向等间距安装，其中周向间距为180°的2个近距离在线风速仪的连线与冬季主导风向垂直。
6.如权利要求1所述的一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，其特征在于，步骤(3)所述在线运行数据应为机组处于较稳定运行状态的在线运行数据。
7.如权利要求1所述的一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，其特征在于，步骤(4)所述间接空冷系统空冷塔三维数值计算模型包含各散热管束局部水温计算。
8.如权利要求1所述的一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，其特征在于，步骤(9)所述对间接空冷系统防冻回水温度的动态控制，是以步骤(1)～(5)所形成的间接空冷系统回水温度、各散热管束最低出口水温及两者之间的差值与环境自然风风速之间的系列关系曲线和相应的系统温度相对分布数库为基础的。
9.如权利要求1所述的一种间接空冷系统防冻回水温度控制方法，防冻回水温度的条件如下：
间接空冷系统防冻回水温度的设定首先考虑环境自然风风向的影响，在塔周无主要高大建筑物时忽略环境风向的影响；根据间接空冷系统特性，通过数值计算，形成间接空冷系统回水温度、各散热管束最低出口水温及两者差值与环境风速间的系列关系曲线，形成数据库；根据所形成的系统温度相对分布数据库，由给定热负荷、循环水流量、环境风向等插值得该条件下间接空冷系统回水温度和各散热管束最低出口水温两者之间的差值与环境自然风风速之间的关系曲线；根据实测环境自然风风速，以结冰温度0℃为最低出口水温时，插值得临界防冻回水温度；考虑局部风量和水量分配不均，给定5℃～10℃的防冻裕量；所述间接空冷系统防冻回水温度即为临界防冻回水温度与防冻裕量之和；所确定的间接空冷系统防冻回水温度，在给定条件下，确保各散热管束最低出口水温高于0℃。
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2018
- 2018-01-25 CN CN201810070767.XA patent/CN108469185B/zh active Active
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