CN112859974A - 一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，包括数据采集系统、厂级监控信息系统、物联网云平台和机组控制系统；数据采集系统设有环境气象参数传感器、出塔空气参数传感器、补排水流量传感器和水质监测传感器，厂级监控信息系统可以向物联网云平台发送数据或接收来自物联网云平台的数据；物联网云平台的数据分析模块通过计算蒸发量和风吹损失量得到补水流量，分别由数据存储模块和监控大屏对监测数据和计算结果进行存储和展示，同时将计算结果上传至厂级监控信息系统和机组控制系统，由机组控制系统根据补水流量测量值和补水流量目标值来调节补水泵实现对补水流量的精确控制，从而维持水池水位稳定，减少补水泵能耗。
Description
技术领域
本发明属于火/核电站节能优化领域，特别涉及一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统。
背景技术
湿式冷却塔在我国东部地区热电厂具有广泛的应用，冷却水与环境空气之间的换热通过蒸发传热和接触传热两种方式完成。目前，湿式冷却塔主要以集水池水位为依据来控制循环水补水，即根据水池水位的变化通过变频补水泵来调节冷却塔补水量，但该调节方式具有滞后性，易使水池水位产生较大的波动。以某电厂为例，其冷却塔设计目标水位为1.8m，水池自由水面为10000m2，而实际水位在1.7m～1.9m之间波动，导致补水量变化2000m3，造成极大的补水泵能耗；而对于高位收水塔而言，其水池自由表面面积远低于常规塔，由于调节的滞后性导致的水量变化对水池水位具有较大的影响，进而会影响高位收水塔机组循环水泵的安全经济运行。
中国申请专利，申请号201911308380.4，公开了一种湿冷火电机组智能精准节水控制系统，包括循环水信号取样装置、水质信号采集传输显示部分和加药泵组控制部分；水质信号采集传输显示部分包括排污水瞬时流量计、排污水累计流量计、发电机组表、循环水泵电流表、送风机入口风温度表、凝汽器入口循环水温度表、冷却塔补水流量计、冷却塔塔池水位计、LoRa智能无线网关和远程服务器；该发明实现了循环水水质化验、循环水系统运行参数的远程采集和加药、排污的远程自动控制以及电厂精准节水和深度节水。中国申请专利，申请号201621030040.1，公开了一种冷却塔循环水补水排污控制系统装置，包括电动阀门、液位计、电导率测定仪和硬度监测装置，将所述装置连接中控室DCS系统，DCS系统设置控制程序，所述装置能够根据水位设置自动远程控制电动阀门，自动控制关闭，根据水池电导率、硬度自动工作，节约人力资源和水利资源。以上两个专利主要是根据循环水水质和水池水位等实现了排污的自动调节和控制，而关于补水的控制虽由原来的人工调节改为自动控制，但其仍是仅依靠水池水位来实现，依然无法避免调节的滞后性。
中国申请专利，申请号201610453018.6，公开了一种大容量循环冷却水塔补排水方法和大容量循环冷却水塔补排水系统，该补排水方法包括：计算循环冷却水塔的总蒸发量Q；根据所述循环冷却水塔的总蒸发量Q、修正系数ψ、上部蒸发量E和局部蒸发量C计算循环冷却水塔的实时补水量B和水塔实时排水量M，其中实时补水量由公式
计算；根据所述实时补水量B进行补水，根据所述水塔实时排水量M进行排水；该循环冷却水塔补排水方法和循环冷却水塔补排水系统可以得出实时补水量和排水量的数值，实现大容量二次循环冷却水塔的水位和浓缩倍率的控制，达到节水的目的和效果，但由其给出的蒸发量计算公式Q＝E+C，
C＝0.1％L可见，其关于蒸发量的计算仅依赖于冷却塔循环水量L和进出塔水温差Δt，而实际冷却塔蒸发量受冷却塔运行条件和环境气象条件等多种因素的影响，其计算方式无法对蒸发量进行精确计算，也就无法实现对补水量的精确控制。
本发明基于物联网云平台，通过设置环境气象参数测点、出塔空气参数测点、补排水流量测点和水质监测测点，同时通过厂级监控信息系统调用机组冷端运行数据，在已知排水流量的基础上，根据冷却塔的冷却负荷、环境气象参数、出塔空气参数、循环水水质并参考冷却塔热力特性实时精确计算冷却塔蒸发量和风吹损失量，并进一步通过排水流量测量值得到补水流量，由物联网云平台将实时补水流量数据通过厂级监控信息系统发送到机组控制系统，由机组控制系统通过补水流量测量值和补水流量目标值来调节补水泵实现对冷却塔补水的精确控制，大幅减小冷却塔水池水位波动，特别是保持高位收水冷却塔高水位运行。
发明内容
本发明的目的是为了克服现在技术尚存在的湿冷塔水池水位波动较大，补水调节滞后导致补水泵能耗大，影响循环水泵安全运行的问题，提供了一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，通过数据采集系统和厂级监控信息系统将环境气象参数、出塔空气参数、补排水流量数据、水质监测数据和冷却塔运行数据上传至物联网云平台，由物联网云平台的数据分析模块对蒸发量和风吹损失量进行实时计算，并进一步通过排水流量测量值计算得到补水流量目标值，然后将冷却塔蒸发量、风吹损失量、补水流量目标值发送至监控大屏进行展示，同时上传至厂级监控信息系统和机组控制系统，由厂级监控信息系统同步进行监控和分析，由机组控制系统根据补水流量测量值和补水流量目标值来调节补水泵，实现冷却塔补水流量的自动精准控制。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，包括数据采集系统、厂级监控信息系统、物联网云平台和机组控制系统，其特征在于：所述数据采集系统设有环境气象参数传感器、出塔空气参数传感器、补排水流量传感器和水质监测传感器；所述厂级监控信息系统与物联网云平台相连，可向物联网云平台发送数据，也可接收来自物联网云平台的数据；所述物联网云平台由数据存储模块、数据分析模块和监控大屏组成；所述数据存储模块通过数据库存储采集数据和数据分析计算结果；所述数据分析模块结合实时采集数据、大数据分析和仿真模拟技术，由冷却塔的冷却负荷、环境气象参数、出塔空气参数、循环水水质并参考冷却塔热力特性实时计算冷却塔蒸发量和风吹损失量，并进一步通过排水流量测量值得到补水流量目标值；所述数据监控大屏用于对各项监测数据、数据分析计算结果和调控过程进行展示；所述机组控制系统通过补水流量测量值和补水流量目标值来调节补水泵实现对补水流量的控制。
所述数据采集系统通过无线传输的方式将环境气象参数传感器、出塔空气参数传感器、补排水量传感器、水质监测传感器的监测数据实时传输到物联网云平台。
所述环境气象参数传感器包括温湿度传感器、大气压力传感器、风速风向传感器，各传感器组成一个环境气象参数测点。
所述环境气象参数测点布置在距冷却塔20～50m的开阔地带，每座冷却塔周围布置2～8个环境气象参数测点。
所述出塔空气参数传感器包括温湿度传感器和风速传感器，所述温湿度传感器和风速传感器组成一个出塔空气参数测点，所述出塔空气参数测点采用等面环方法布置在冷却塔除水器上方。
所述水质监测传感器包括电导率传感器、余氯传感器、pH传感器、总磷传感器，用于对补水和循环水水质进行监测。
所述补排水流量传感器，包括用于测量冷却塔补水流量的补水流量传感器、测量冷却塔排水流量的排水流量传感器。
所述物联网云平台可将数据分析模块实时计算的冷却塔蒸发量、风吹损失量、补水流量目标值发送到大屏用于展示，同时上传至厂级监控信息系统和机组控制系统，由厂级监控信息系统同步进行监控及分析，由机组控制系统根据补水流量测量值和补水流量目标值实现对冷却塔补水泵的控制。
所述数据分析模块确定补水流量的方法包括以下步骤：
(1)由机组厂级监控信息系统获取的机组运行参数，计算确定冷却塔的冷却负荷；
(2)结合各环境气象参数测点监测数据、出塔空气参数监测数据，统计确定环境气象参数和出塔空气参数；
(3)由水质监测传感器监测数据，统计确定循环水水质；
(4)由冷却塔的冷却负荷、环境气象参数、出塔空气参数、循环水水质并参考冷却塔热力特性实时计算冷却塔蒸发量和风吹损失量；
(5)由排水流量传感器监测数据，确定冷却塔排水流量；
(6)根据冷却塔蒸发量、风吹损失量和排水流量确定补水流量。
所述冷却塔的实时蒸发量Qv通过以下公式计算：Qv＝Qa×(x2-x1)，其中，Qa为冷却塔通风量，x2为出塔空气含湿量，x1为进塔空气含湿量；冷却塔通风量Qa和出塔空气含湿量x2可通过出塔空气参数传感器测量数据上传物联网云平台后统计计算得到，也可参考循环水质由冷却塔热力特性计算得到，进塔空气含湿量x1可由进塔空气温湿度和环境大气压力计算得到。
与已有技术相比，本发明的有益效果是：一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，包括数据采集系统、厂级监控信息系统、物联网云平台和机组控制系统，数据采集系统设有环境气象参数传感器、出塔空气参数传感器、补排水流量传感器和水质监测传感器，可将环境气象参数、出塔空气参数、补排水流量和水质监测数据上传至物联网云平台；厂级监控信息系统与物联网云平台相连，可向物联网云平台发送数据，也可接收来自物联网云平台的数据；物联网云平台通过数据存储模块将各监测数据存储到数据库中，由数据分析模块根据冷却塔的冷却负荷、环境气象参数、出塔空气参数、循环水水质参考冷却塔热力特性实时计算冷却塔蒸发量和风吹损失量，并进一步通过排水流量测量值得到补水流量目标值；此外，物联网云平台可将数据分析模块实时计算的冷却塔蒸发量、风吹损失量、补水流量目标值发送至监控大屏进行展示，同时上传至厂级监控信息系统和机组控制系统，由厂级监控信息系统同步进行监控和分析，由机组控制系统根据补水流量测量值和补水流量目标值对冷却塔补水流量进行自动精准控制，从而减少补水泵电机能耗，保证循环水泵安全高效运行。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统流程图。
其中，1-数据采集系统；2-物联网云平台；3-厂级监控信息系统；4-机组控制系统。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统主要由数据采集系统1、物联网云平台2、厂级监控信息系统3和机组控制系统4构成；数据采集系统1设有环境气象参数传感器、出塔空气参数传感器、补排水流量传感器和水质监测传感器，可以无线传输方式将环境气象参数、出塔空气参数、补排水流量数据和水质监测数据实时发送到物联网云平台2；厂级监控信息系统3与物联网云平台2相连，可向物联网云平台2发送数据，也可接收来自物联网云平台2的数据；物联网云平台2包括数据存储模块、数据分析模块和监控大屏：数据存储模块将数据采集系统1和厂级监控信息系统3实时发送的数据和数据分析计算结果存储到数据库中以供查询，数据分析模块可由冷却塔的冷却负荷、环境气象参数、出塔空气参数、循环水水质并参考冷却塔热力特性实时计算冷却塔蒸发量和风吹损失量，并进一步由排水流量测量值得到补水流量目标值；然后，由物联网云平台将实时计算的冷却塔蒸发量、风吹损失量、补水流量目标值发送至监控大屏进行展示，同时上传至厂级监控信息系统3和机组控制系统4，由厂级监控信息系统3同步进行监控和分析，由机组控制系统4通过补水流量测量值和补水流量目标值来调节补水泵实现冷却塔补水流量的自动精准控制。
实施例基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统在电厂中的应用。
首先确定环境气象参数传感器、出塔空气参数传感器、补排水流量传感器和水质监测传感器安装位置，其中，环境气象参数传感器包括风速风向传感器、温湿度传感器和大气压力传感器，各传感器组成一个环境气象参数测点，为避免冷却塔和厂区其它建筑物的影响，保证测量的准确性，一般环境气象参数测点布置在距冷却塔20～50m的开阔地带，在冷却塔周围布置2～8个环境气象参数测点；出塔空气参数传感器包括温湿度传感器和风速传感器，采用等面环法布置在塔内除水器上方，用于测量计算出塔空气的温湿度、流速和冷却塔通风量；水质监测传感器包括电导率传感器、余氯传感器、pH传感器、总磷传感器，用于对补水和循环水水质进行监测；补排水流量传感器设置在补水管和排污管上，用于监测补水流量和排水流量。环境气象参数传感器、出塔空气参数传感器、补排水流量传感器、水质监测传感器连同厂级监控信息系统的监测数据借助智能网关通过无线传输方式发送到物联网云平台，由物联网云平台对接收到的数据进行存储、分析计算和展示。
物联网云平台根据接收到的数据实时计算冷却塔蒸发量、风吹损失量和补水流量，并将计算结果上传至机组控制系统和厂级监控信息系统，由厂级监控信息系统同步进行监控和分析；机组控制系统则会根据补水流量测量值和补水流量目标值来调节补水泵，实现补水的自动精确控制。
此外，物联网云平台的监控大屏可实时展示各环境气象参数传感器、出塔空气参数传感器、补排水流量传感器、水质监测传感器、厂级监控信息系统的监测数据以及蒸发量、风吹损失量和补水流量的计算结果。
本发明一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，通过数据采集系统和厂级监控信息系统将环境气象参数、出塔空气参数、水质监测数据和冷却塔运行数据以无线传输方式上传至物联网云平台，由数据分析模块根据冷却塔的冷却负荷、环境气象参数、出塔空气参数、水质监测数据，参考冷却塔热力特性实时计算冷却塔蒸发量和风吹损失量，并进一步通过排水流量实时测量值计算得到补水流量，监控大屏则会实时展示各监测数据和数据分析计算结果；物联网云平台将实时计算的蒸发量、风吹损失量、补水流量目标值上传至厂级监控信息系统和机组控制系统，由厂级监控信息系统同步进行监控和分析，由机组控制系统根据补水流量测量值和补水流量目标值调节补水泵，实现冷却塔补水流量的自动精准控制，从而减少补水泵电机能耗，保证循环水泵和发电机组运行的安全性和经济性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施案例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施案例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，包括数据采集系统、厂级监控信息系统、物联网云平台和机组控制系统，其特征在于：所述数据采集系统设有环境气象参数传感器、出塔空气参数传感器、补排水流量传感器和水质监测传感器；所述厂级监控信息系统与物联网云平台相连，可向物联网云平台发送数据，也可接收来自物联网云平台的数据；所述物联网云平台由数据存储模块、数据分析模块和监控大屏组成；所述数据存储模块通过数据库存储采集数据和数据分析计算结果；所述数据分析模块结合实时采集数据、大数据分析和仿真模拟技术，由冷却塔的冷却负荷、环境气象参数、出塔空气参数、循环水水质并参考冷却塔热力特性实时计算冷却塔蒸发量和风吹损失量，并进一步通过排水流量测量值得到补水流量目标值；所述数据监控大屏用于对各项监测数据、数据分析计算结果和调控过程进行展示；所述机组控制系统通过补水流量测量值和补水流量目标值来调节补水泵实现对补水流量的控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，其特征在于：所述数据采集系统通过无线传输的方式将环境气象参数传感器、出塔空气参数传感器、补排水量传感器、水质监测传感器的监测数据实时传输到物联网云平台。
3.根据权利要求1所述的一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，其特征在于：所述环境气象参数传感器包括温湿度传感器、大气压力传感器、风速风向传感器，各传感器组成一个环境气象参数测点。
4.根据权利要求3所述的一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，其特征在于：所述环境气象参数测点布置在距冷却塔20～50m的开阔地带，每座冷却塔周围布置2～8个环境气象参数测点。
5.根据权利要求1所述的一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，其特征在于：所述出塔空气参数传感器包括温湿度传感器和风速传感器，所述温湿度传感器和风速传感器组成一个出塔空气参数测点，所述出塔空气参数测点采用等面环方法布置在冷却塔除水器上方。
6.根据权利要求1所述的一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，其特征在于：所述水质监测传感器包括电导率传感器、余氯传感器、pH传感器、总磷传感器，用于对补水和循环水水质进行监测。
7.根据权利要求1所述的一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，其特征在于：所述补排水流量传感器，包括用于测量冷却塔补水流量的补水流量传感器、测量冷却塔排水流量的排水流量传感器。
8.根据权利要求1所述的一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，其特征在于：所述物联网云平台可将数据分析模块实时计算的冷却塔蒸发量、风吹损失量、补水流量目标值发送到大屏用于展示，同时上传至厂级监控信息系统和机组控制系统，由厂级监控信息系统同步进行监控及分析，由机组控制系统根据补水流量测量值和补水流量目标值实现对冷却塔补水泵的控制。
9.根据权利要求8所述的一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，其特征在于：所述数据分析模块确定补水流量的方法包括以下步骤：
(1)由机组厂级监控信息系统获取的机组运行参数，计算确定冷却塔的冷却负荷；
(2)结合各环境气象参数测点监测数据、出塔空气参数监测数据，统计确定环境气象参数和出塔空气参数；
(3)由水质监测传感器监测数据，统计确定循环水水质；
(4)由冷却塔的冷却负荷、环境气象参数、出塔空气参数、循环水水质并参考冷却塔热力特性实时计算冷却塔蒸发量和风吹损失量；
(5)由排水流量传感器监测数据，确定冷却塔排水流量；
(6)根据冷却塔蒸发量、风吹损失量和排水流量确定补水流量。
10.根据权利要求9所述的一种基于环境气象参数及机组运行参数的冷却塔补水控制系统，其特征在于：所述冷却塔的实时蒸发量Qv通过以下公式计算：Qv＝Qa×(x2-x1)，其中，Qa为冷却塔通风量，x2为出塔空气含湿量，x1为进塔空气含湿量；冷却塔通风量Qa和出塔空气含湿量x2可通过出塔空气参数传感器测量数据上传物联网云平台后统计计算得到，也可参考循环水质由冷却塔热力特性计算得到，进塔空气含湿量x1可由进塔空气温湿度和环境大气压力计算得到。
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