CN112857133A - 一种干湿联合冷却塔运行的控制系统及其实现方法 - Google Patents

一种干湿联合冷却塔运行的控制系统及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种干湿联合冷却塔运行的控制系统，包括中央控制器，中央控制器连接有若干干式冷却塔控制器和若干湿式冷却塔控制器，干式冷却塔控制器和湿式冷却塔控制器均连接有阀门控制系统、出水温度系统、风机频率控制系统和信号传输控制系统。具有以下优点：对干湿联合冷却塔进行精确控制，将循环水的损耗降到最低。

Description

一种干湿联合冷却塔运行的控制系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及循环冷却塔水系统领域，尤其是一种干湿联合冷却塔系统的运行控制方法。
背景技术
在化工、石油、电力及建筑空凋系统中常需要将热工艺介质进行冷却。循环水系统是利用水经过换热器后温度升高，然后经过冷却设备将水温降低下来，在由泵将水输送给用户，由此进行不断的循环利用。其中冷却设备由于运行过程的不同，又分为干式冷却塔和湿式冷却塔。干式冷却塔将水通过具有翅片的水管，水将热量传递给翅片，翅片与空气接触将热量传递给大气。湿式冷却塔则是利用空气与水直接接触，利用水的蒸发量热量带走，这过程中就浪费了大量的水。
干湿联合冷却塔是采用干湿式联合运行的冷却塔。其主要的目的是为了节约蒸发的水量，最大限度的降低循环水的损耗。但目前采用的干湿式联合冷却塔多采用人工切换的方式，运行智能化较低，尚未有准确的运行控制方法，同时不能够将循环水的损耗降到最低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种干湿联合冷却塔运行的控制系统及其实现方法，对干湿联合冷却塔进行精确控制，将循环水的损耗降到最低。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种干湿联合冷却塔运行的控制系统，包括中央控制器，中央控制器连接有若干干式冷却塔控制器和若干湿式冷却塔控制器，干式冷却塔控制器和湿式冷却塔控制器均连接有阀门控制系统、出水温度系统、风机频率控制系统和信号传输控制系统。
一种干湿联合冷却塔运行的控制系统的实现方法，所述实现方法包括以下步骤：
步骤一，确定当前的冷却任务：设定总循环水流量Q(m3/h)、进水温度t1以及需要达到的出塔温度t2；
步骤二，在距离冷却塔上风向30m～50m的开阔地带布置气象亭，监测确定当前的环境条件，包括大气压力Pa(kPa)、环境干球温度θ(℃)、环境湿球温度τ(℃)；
步骤三，干式冷却塔设计冷却塔数量N1，设计循环水量为Q1,若满足
Figure BDA0002914482610000021
则采用干式冷却塔运行，若不满足，则采用干式冷却塔和湿式冷却塔联合运行。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤四，当采用干式冷却塔运行时，则根据水量自动判断干式冷却塔开启的台数
Figure BDA0002914482610000022
对数据进行取整，单台干式冷却塔的运行的循环水水量
Figure BDA0002914482610000023
步骤五，根据预设定的冷却塔工艺计算方法，初步判断需要的进风量Qw，同时将风量信号传递到风机频率控制系统，风机变频系统开始动作。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤六，在干式冷却塔进风口布置风速传感器探头，单面不少于2个测点，监测进风口平均风速V1，干式冷却塔的进风口面积S1，进入干式冷却塔的风量Qw1＝3600V1S1，将风量的信号传递到到风机频率控制系统，通过风机变频控制，调节到风量Qw1与Qw偏差为10000m3/h为止。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤七，待系统稳定10min后对干式冷却塔实际出塔水温t'2进行采集，并对比干式冷却塔实际出塔水温t'2与设定的出塔温度t2；
若t'2小于t2时，对t'2与t2的差值进行判断；
若t'2小于t2为1℃以上，则每次风量频率降低20％；
若t'2小于t2为0.5～1℃，则每次风量频率降低10％；
若t'2小于t2为0.5℃以内，则每次风量频率降低5％；
每次调节后系统稳定时间为10min，重新对出塔水温进行判断；
当t'2与t2偏差为0.1℃以内时，停止风机动作，并维持稳定运行；
若t'2高于t2，则重新对风机的变频进行调节，直到风机频率达到最大值；
若t'2高于t2为1℃以上，则每次风量频率增量20％；
若t'2高于t2为0.5～1℃，则每次风量频率增加10％；
若t'2高于t2为0.5℃以内，则每次风量频率增加5％；
每次调节后系统稳定时间为10min，重新对出塔水温进行判断。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤八，当风机频率达到最大值仍不能满足工况运行，则将干式冷却塔开启的台数N2加1，控制阀门使的单塔流量
Figure BDA0002914482610000031
不同塔的流量偏差最大为10％；同时控制风机频率按照80％运行，系统稳定后10min，重新对出塔水温t'2进行采集并与设计出水温度t2进行比较判断，具体的操作步骤按照步骤七进行。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤九，当干式冷却塔风机开启数量达到设计冷却塔数量N1时，此时仍不能保证出塔水温t'2与设计出塔温度t2差值控制在0.1℃以内时，此时系统开启干式冷却塔和湿式冷却塔联合运行模式。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤十，当冷却塔干湿联合运行时，为最大限度的降低冷却塔的蒸发损失，降低蒸发水的损耗，湿式冷却塔开启时，干式冷却塔为风机处于100％频率运行；
步骤十一，根据预设定的冷却塔工艺计算方法，干式冷却塔设计冷却塔数量N1，湿式冷却塔设计冷却塔数开启1台，单塔的循环水量
Figure BDA0002914482610000041
判断需要的进风量Qw1；当湿式冷却塔开启运行数量为N3时，则单塔的循环水量
Figure BDA0002914482610000042
依次调节计算需要的进风量Qw1，同时将风量信号传递到风机频率控制系统，风机变频系统开始动作。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤十二，与干式冷却塔进风口速度测点的布置类似，湿式冷却塔进风口布置风速传感器探头，单面不少于2个测点，依次调节使的进风量与设计计算风量控制在偏差为10000m3/h之内。
进一步的，所述实现方法还包括以下步骤：
步骤十三，待系统稳定10min后对湿式冷却塔的实际出塔水温t'3进行采集，并对比湿式冷却塔的实际出塔水温t'3与设定的出塔温度t2；
若t'3小于t2，对t'3与t2的差值进行判断；
若t'3小于t2为1℃以上，则湿式冷却塔风量频率降低20％；
若t'3小于t2为0.5～1℃，则湿式冷却塔风量频率降低10％；
若t'3小于t2为0.5℃以内，则湿式冷却塔风量频率降低5％；
每次调节后系统稳定时间为10min，重新对出塔水温进行判断；
当t'3与t2偏差为0.1℃以内时，停止风机动作，并维持稳定运行；
若t'3高于t2，则重新对风机的变频进行调节，直到风机频率达到最大值；
若t'3高于t2为1℃以上，则湿式冷却塔风量频率增量20％；
若t'3高于t2为0.5～1℃，则湿式冷却塔风量频率增加10％；
若t'3高于t2为0.5℃以内，则湿式冷却塔风量频率增加5％；
每次调节后系统稳定时间为10min，重新对出塔水温进行判断。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明提供一种干湿联合冷却塔运行的控制系统及其实现方法，能够根据系统降温的需求，实时调节冷却塔的运行系统，最大限度的降低循环水的损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一种干湿联合冷却塔运行控制方法的设计流程图；
图2为本发明一种干湿联合冷却塔运行控制系统；
图3为本发明一种干湿联合冷却塔大数据采集优化控制系统；
图4为本发明一种干湿联合冷却塔的工艺流程示意图；
图中标记：1、换热器；2、流量计；3、进水温度传感器；4、干式冷却塔控制阀门；5、出塔水温传感器；6、干式冷却塔风机系统；7、干式冷却塔；8、湿式冷却塔；9、湿式冷却塔流量计；10、湿式冷却塔电动阀门；11、干式冷却塔出塔水温传感器；12、湿式冷却塔出塔水温传感器；13、湿式冷却塔风机系统。
具体实施方式
实施例1，如图2所示，一种干湿联合冷却塔运行的控制系统包括中央控制器，中央控制器连接有若干干式冷却塔控制器和若干湿式冷却塔控制器，干式冷却塔控制器和湿式冷却塔控制器均连接有阀门控制系统、出塔水温系统、风机频率控制系统和信号传输控制系统。
如图3所示，所述控制系统能够将采集的数据汇总分析，系统建立大数据分析模型及自学习模型，能够对运行的数据进行深入分析，根据生产工况的变化，进行循环水系统水泵、风机、阀门等运行方式的在线优化，优化模型具备自学习和自训练功能，学习后的系统能够根据当前的气象条件及循环水系统要求，快速地对系统进行动作，优化缩短干湿式冷却塔的控制时间。
如图4所示，干式冷却塔和湿式冷却塔中水循环的过程是：循环水经过换热器换1热后分成两路，分别进入干式冷却塔7和湿式冷却塔8，其中干式冷却塔7和湿式冷却塔8均由多台独立的冷却塔，干式冷却塔7在每台冷却塔上安装有流量计2、进水温度传感器3、干式塔控制阀门4、干式塔风机系统6和干式塔出塔水温传感器11等设备，湿式冷却塔8在每台冷却塔上安装有湿式塔流量计9、湿式塔电动阀门10、湿式塔出塔水温传感器12和湿式塔风机系统13，所有的阀门、电机等均能实现电动控制，出干式冷却塔和湿式冷却塔的循环水最终混合后重新进入换热器，完成循环回路。
如图1所示，一种干湿联合冷却塔运行的控制系统的实现方法，包括如下步骤：
步骤一，确定当前的冷却任务：设定总循环水流量Q(m3/h)、进水温度t1以及需要达到的出塔水温t2；
步骤二，在距离冷却塔上风向30m～50m的开阔地带布置气象亭，监测确定当前的环境条件，包括大气压力Pa(kPa)、环境干球温度θ(℃)、环境湿球温度τ(℃)；
步骤三，干式冷却塔设计冷却塔数量N1，设计循环水量为Q1,若满足
Figure BDA0002914482610000061
则采用干式冷却塔运行，若不满足，则采用干式冷却塔和湿式冷却塔联合运行；
步骤四，当采用干式冷却塔运行时，则根据水量自动判断干式冷却塔开启的台数
Figure BDA0002914482610000062
对数据进行取整，单台干式冷却塔的运行的循环水水量
Figure BDA0002914482610000071
步骤五，根据预设定的冷却塔工艺计算方法，初步判断需要的进风量Qw，同时将风量信号传递到风机频率控制系统，风机变频系统开始动作；
步骤六，在干式冷却塔进风口布置风速传感器探头，单面不少于2个测点，监测进风口平均风速V1，干式冷却塔的进风口面积S1，进入干式冷却塔的风量Qw1＝3600V1S1，将风量的信号传递到到风机频率控制系统，通过风机变频控制，调节到风量Qw1与Qw偏差为10000m3/h为止；
步骤七，待系统稳定10min后对干式冷却塔实际出塔水温t'2进行采集，并对比干式冷却塔实际出塔水温t'2与设定的出塔温度t2；
若t'2小于t2时，对t'2与t2的差值进行判断；
若t'2小于t2为1℃以上，则每次风量频率降低20％；若t'2小于t2为0.5～1℃，则每次风量频率降低10％；若t'2小于t2为0.5℃以内，则每次风量频率降低5％；
每次调节后系统稳定时间为10min，重新对出塔水温进行判断；当t'2与t2偏差为0.1℃以内时，停止风机动作，并维持稳定运行；若t'2高于t2，则重新对风机的变频进行调节，直到风机频率达到最大值；若t'2高于t2为1℃以上，则每次风量频率增量20％；若t'2高于t2为0.5～1℃，则每次风量频率增加10％；若t'2高于t2为0.5℃以内，则每次风量频率增加5％；每次调节后系统稳定时间为10min，重新对出塔水温进行判断；
步骤八，当风机频率达到最大值仍不能满足工况运行，则将干式冷却塔开启的台数N2加1，控制阀门使的单塔流量
Figure BDA0002914482610000072
不同塔的流量偏差最大为10％；同时控制风机频率按照80％运行，系统稳定后10min，重新对出塔水温t'2进行采集并与设定的出塔水温t2进行比较判断，具体的操作步骤按照步骤七进行；
步骤九，当干式冷却塔风机开启数量达到设计冷却塔数量N1时，此时仍不能保证实际出塔水温t'2与设定的出塔水温t2差值控制在0.1℃以内时，此时系统开启干式冷却塔和湿式冷却塔联合运行模式；
步骤十，当冷却塔干湿联合运行时，为最大限度的降低冷却塔的蒸发损失，降低蒸发水的损耗，湿式冷却塔开启时，干式冷却塔为风机处于100％频率运行；
步骤十一，根据预设定的冷却塔工艺计算方法，干式冷却塔设计冷却塔数量N1，湿式冷却塔设计冷却塔数开启1台，单塔的循环水量
Figure BDA0002914482610000081
判断需要的进风量Qw1；当湿式冷却塔开启运行数量为N3时，则单塔的循环水量
Figure BDA0002914482610000082
依次调节计算需要的进风量Qw1，同时将风量信号传递到风机频率控制系统，风机变频系统开始动作；
步骤十二，与干式冷却塔进风口速度测点的布置类似，湿式冷却塔进风口布置风速传感器探头，单面不少于2个测点，依次调节使的进风量与设计计算风量控制在偏差为10000m3/h之内；
步骤十三，待系统稳定10min后对湿式冷却塔的出塔水温t’3进行采集，若t’3小于设定的出塔水温t2，对t’3与t2的差值进行判断，若t’3小于t2为1℃以上，则湿式冷却塔风量频率降低20％；若t’3小于t2为0.5～1℃，则湿式冷却塔风量频率降低10％；若t’3小于t2为0.5℃以内，则湿式冷却塔风量频率降低5％；
每次调节后系统稳定时间为10min，重新对出塔水温进行判断；当装置的出塔水温t’3与设定的出塔水温t2偏差为0.1℃以内时，停止风机动作，并维持稳定运行；
若装置的出塔水温t’3高于设定的出塔水温t2，则重新对风机的变频进行调节，直到风机频率达到最大值；若t’3高于t2为1℃以上，则湿式冷却塔风量频率增量20％；若t’3高于t2为0.5～1℃，则湿式冷却塔风量频率增加10％；若t’3高于t2为0.5℃以内，则湿式冷却塔风量频率增加5％；每次调节后系统稳定时间为10min，重新对出塔水温进行判断。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种干湿联合冷却塔运行的控制系统，其特征在于：包括中央控制器，中央控制器连接有若干干式冷却塔控制器和若干湿式冷却塔控制器，干式冷却塔控制器和湿式冷却塔控制器均连接有阀门控制系统、出水温度系统、风机频率控制系统和信号传输控制系统。
2.一种如权利要求1所述的一种干湿联合冷却塔运行的控制系统的实现方法，其特征在于：所述实现方法包括以下步骤：
步骤一，确定当前的冷却任务：设定总循环水流量Q(m3/h)、进水温度t1以及需要达到的出塔温度t2；
步骤二，在距离冷却塔上风向30m～50m的开阔地带布置气象亭，监测确定当前的环境条件，包括大气压力Pa(kPa)、环境干球温度θ(℃)、环境湿球温度τ(℃)；
步骤三，干式冷却塔设计冷却塔数量N1，设计循环水量为Q1,若满足
Figure FDA0002914482600000011
则采用干式冷却塔运行，若不满足，则采用干式冷却塔和湿式冷却塔联合运行。
3.如权利要求2所述的一种干湿联合冷却塔运行的控制系统的实现方法，其特征在于：所述实现方法还包括以下步骤：
步骤四，当采用干式冷却塔运行时，则根据水量自动判断干式冷却塔开启的台数
Figure FDA0002914482600000012
对数据进行取整，单台干式冷却塔的运行的循环水水量
Figure FDA0002914482600000013
步骤五，根据预设定的冷却塔工艺计算方法，初步判断需要的进风量Qw，同时将风量信号传递到风机频率控制系统，风机变频系统开始动作。
4.如权利要求2所述的一种干湿联合冷却塔运行的控制系统的实现方法，其特征在于：所述实现方法还包括以下步骤：
步骤六，在干式冷却塔进风口布置风速传感器探头，单面不少于2个测点，监测进风口平均风速V1，干式冷却塔的进风口面积S1，进入干式冷却塔的风量Qw1＝3600V1S1，将风量的信号传递到到风机频率控制系统，通过风机变频控制，调节到风量Qw1与Qw偏差为10000m3/h为止。
5.如权利要求2所述的一种干湿联合冷却塔运行的控制系统的实现方法，其特征在于：所述实现方法还包括以下步骤：
步骤七，待系统稳定10min后对干式冷却塔实际出塔水温t′2进行采集，并对比干式冷却塔实际出塔水温t′2与设定的出塔温度t2；
若t′2小于t2时，对t′2与t2的差值进行判断；
若t′2小于t2为1℃以上，则每次风量频率降低20％；
若t′2小于t2为0.5～1℃，则每次风量频率降低10％；
若t′2小于t2为0.5℃以内，则每次风量频率降低5％；
每次调节后系统稳定时间为10min，重新对出塔水温进行判断；
当t′2与t2偏差为0.1℃以内时，停止风机动作，并维持稳定运行；
若t′2高于t2，则重新对风机的变频进行调节，直到风机频率达到最大值；
若t′2高于t2为1℃以上，则每次风量频率增量20％；
若t′2高于t2为0.5～1℃，则每次风量频率增加10％；
若t′2高于t2为0.5℃以内，则每次风量频率增加5％；
每次调节后系统稳定时间为10min，重新对出塔水温进行判断。
6.如权利要求5所述的一种干湿联合冷却塔运行的控制系统的实现方法，其特征在于：所述实现方法还包括以下步骤：
步骤八，当风机频率达到最大值仍不能满足工况运行，则将干式冷却塔开启的台数N2加1，控制阀门使的单塔流量
Figure FDA0002914482600000021
不同塔的流量偏差最大为10％；同时控制风机频率按照80％运行，系统稳定后10min，重新对出塔水温t′2进行采集并与设计出水温度t2进行比较判断，具体的操作步骤按照步骤七进行。
7.如权利要求5所述的一种干湿联合冷却塔运行的控制系统的实现方法，其特征在于：所述实现方法还包括以下步骤：
步骤九，当干式冷却塔风机开启数量达到设计冷却塔数量N1时，此时仍不能保证出塔水温t′2与设计出塔温度t2差值控制在0.1℃以内时，此时系统开启干式冷却塔和湿式冷却塔联合运行模式。
8.如权利要求7所述的一种干湿联合冷却塔运行的控制系统的实现方法，其特征在于：所述实现方法还包括以下步骤：
步骤十，当冷却塔干湿联合运行时，为最大限度的降低冷却塔的蒸发损失，降低蒸发水的损耗，湿式冷却塔开启时，干式冷却塔为风机处于100％频率运行；
步骤十一，根据预设定的冷却塔工艺计算方法，干式冷却塔设计冷却塔数量N1，湿式冷却塔设计冷却塔数开启1台，单塔的循环水量
Figure FDA0002914482600000031
判断需要的进风量Qw1；当湿式冷却塔开启运行数量为N3时，则单塔的循环水量
Figure FDA0002914482600000032
依次调节计算需要的进风量Qw1，同时将风量信号传递到风机频率控制系统，风机变频系统开始动作。
9.如权利要求7所述的一种干湿联合冷却塔运行的控制系统的实现方法，其特征在于：所述实现方法还包括以下步骤：
步骤十二，与干式冷却塔进风口速度测点的布置类似，湿式冷却塔进风口布置风速传感器探头，单面不少于2个测点，依次调节使的进风量与设计计算风量控制在偏差为10000m3/h之内。
10.如权利要求7所述的一种干湿联合冷却塔运行的控制系统的实现方法，其特征在于：所述实现方法还包括以下步骤：
步骤十三，待系统稳定10min后对湿式冷却塔的实际出塔水温t′3进行采集，并对比湿式冷却塔的实际出塔水温t′3与设定的出塔温度t2；
若t′3小于t2，对t′3与t2的差值进行判断；
若t′3小于t2为1℃以上，则湿式冷却塔风量频率降低20％；
若t′3小于t2为0.5～1℃，则湿式冷却塔风量频率降低10％；
若t′3小于t2为0.5℃以内，则湿式冷却塔风量频率降低5％；
每次调节后系统稳定时间为10min，重新对出塔水温进行判断；
当t′3与t2偏差为0.1℃以内时，停止风机动作，并维持稳定运行；
若t′3高于t2，则重新对风机的变频进行调节，直到风机频率达到最大值；
若t′3高于t2为1℃以上，则湿式冷却塔风量频率增量20％；
若t′3高于t2为0.5～1℃，则湿式冷却塔风量频率增加10％；
若t′3高于t2为0.5℃以内，则湿式冷却塔风量频率增加5％；
每次调节后系统稳定时间为10min，重新对出塔水温进行判断。
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