CN114608856B - 一种机力通风冷却塔变工况性能计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机力通风冷却塔变工况性能计算方法，包括：1，试验前将冷却塔水池水位补至较高水位；2，调整冷却塔至设计工况条件，测量并记录冷却塔基本参数；3，计算冷却塔的冷却数，传导散热系数和蒸发散质系数；4，开始进行变工况计算，假设冷却塔出塔水温；5，计算进塔空气流量和汽水比；6，计算冷却塔出口空气焓和出塔空气温度；7，计算传导散热量和蒸发散热量及单位时间蒸发水量；8，由传导散热量和蒸发散热量计算冷却塔出塔水温；9，重复以上步骤4到步骤8，直到出塔空气温度偏差小于允许值，退出迭代。10，此时当前迭代步骤中得到的冷却塔换热量、冷却塔出塔水温、冷却塔出塔空气温度即为变工况计算结果。

Description

一种机力通风冷却塔变工况性能计算方法

技术领域

本发明属于电站冷却塔性能试验领域，具体涉及一种机力通风冷却塔变工况性能计算方法。

背景技术

机力通风冷却塔具有投资低、建设工期短等优势，联合循环机组冷端系统一般均采用机力通风冷却塔方式，机力通风冷却塔型式的冷端系统涉及设备多，运行组合方式灵活，运行节能优化方案也较上述电厂复杂。联合循环电站冷端系统运行优化时，一般通过对数个基准工况进行性能试验，获取冷管系统相关设备的运行特性，然后根据冷端设备变工况特性，得到冷端系统整体的性能。在传统的冷端系统变工况计算中，机力通风冷却塔的换热问题较为复杂，一般是通过Ebsilon等软件，结合冷却塔的变工况曲线对其换热性能进行计算，优化算法需要调用第三方软件或查询变工况曲线获取相应参数，这种方法操作复杂，并且由于设备长期运行，存在脏污和老化等因素，会导致厂家提供的修正曲线不符合设备的实际变工况性能，并不适用于快速的热力性能分析场景。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种机力通风冷却塔变工况性能计算方法，可快速计算机力通风冷却塔变工况运行时的性能，得到冷却塔的出水温度等关键参数，为联合循环机组冷端系统优化运行提供基础数据，节约了测试时间。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种机力通风冷却塔变工况性能计算方法，包括以下步骤：

步骤1，试验前将冷却塔水池水位补至较高水位，保证试验期间不补水；

步骤2，关闭冷却塔水池补充水和排污水，调整机力通风冷却塔至设计工况条件，并以设计工况为基准工况(1)，测量并记录进塔空气干球温度、进塔空气湿度、进塔水温、出塔水温、进塔水流量和机力塔风机轴功率机力通风冷却塔基本参数；

步骤3，根据基准工况(1)下的进塔水温、出塔水温计算机力通风冷却塔的冷却数，传导散热系数和蒸发散质系数；

步骤4，开始进行变工况计算，变工况下进塔空气干球温度、进塔空气湿度、进塔水温、进塔水流量和机力塔风机轴功率为已知参数，设定冷却塔出塔水温为t₂；

步骤5，计算进塔空气流量和汽水比；

步骤6，计算冷却塔出口空气焓和出塔空气温度；

步骤7，计算冷却塔单位时间内的传导散热量和蒸发散热量及单位时间蒸发水量；

步骤8，由传导散热量和蒸发散热量计算冷却塔出塔水温；

步骤9，重复以上步骤4到步骤8，直到步骤8计算得到的冷却塔出塔空气温度和步骤4的出塔空气温度偏差小于允许值，退出迭代；

步骤10，此时当前迭代步骤中得到的冷却塔换热量、冷却塔出塔水温和冷却塔出塔空气温度即为变工况计算结果。

本发明进一步的改进在于，步骤3中，机力通风冷却塔的冷却数的计算公式如下：

式中，Ω为冷却数，t₁和t₂分别为进塔水温和出塔水温，c_w为水的比热容，h″为与水温对应的饱和空气比焓，h为湿空气比焓；

传导散热系数的计算公式为：

蒸发散质系数的计算公式为：

式中，H_α和H_β分别为传导散热量和蒸发散质量，二者之和为冷却塔总散热量，V为冷却塔填料容积，(t_f-θ)_m为冷却塔内水面温度与空气温度差的平均值，t_f为冷却塔内水面温度，θ为冷却塔内空气温度，下标m表示平均值，(X″-X)_m为水温对应的饱和含湿量与空气中含湿量差的平均值，X″为水温对应的饱和空气含湿量，X为空气中实际含湿量；γ为水的汽化热；且α和β具有以下约束条件：

本发明进一步的改进在于，变工况计算时，步骤5中的空气流量根据以下公式近似计算：

式中：G₁，G₂分别为基准工况和变工况的进塔空气流量，N₁、N₂分别为基准工况和变工况的风机轴功率，v₁、v₂分别为基准工况和变工况的进塔空气比体积，ρ₁、ρ₂为基准工况和变工况的进塔湿空气密度。

本发明进一步的改进在于，汽水比λ的计算公式为：

式中：G_w是进塔水流量。

本发明进一步的改进在于，步骤6中，冷却塔出口空气焓的计算公式为：

式中：h₁、h₂分别为进塔空气焓和出塔空气焓，c_w是水的比热容，Δt为进出塔水温差。

本发明进一步的改进在于，步骤6中，出塔空气温度的计算公式为：

式中：θ₁、θ₂分别是冷却塔进口和出口空气温度，t_m是冷却塔进出塔水温的算术平均值，h_m″为进出塔平均水温t_m相应的饱和空气比焓。

本发明进一步的改进在于，机力通风冷却塔的散热量根据下式计算：

本发明进一步的改进在于，步骤8中，冷却塔出塔水温由以下公式近似计算：

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种机力通风冷却塔变工况性能计算方法，能够简化联合循环机组冷端系统的变工况计算，为快速的冷端系统优化分析提供数据支撑。当使用Ebsilon商业软件计算机力通风冷却塔变工况计算时，需要通过试验获取进出塔水温随机力通风冷却塔风机功率、环境温度及循环水流量的变化曲线，而在现实中，因为环境温度难以控制，难以对环境温度的影响进行实际测量。

附图说明

图1是一种机力通风冷却塔变工况性能计算方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明提供的一种机力通风冷却塔变工况性能计算方法，包括以下步骤：

步骤1，试验前将冷却塔水池水位补至较高水位，保证试验期间可以不补水；

步骤2，关闭冷却塔水池补充水和排污水，调整机力通风冷却塔至设计工况条件，并以设计工况为基准工况(1)，测量并记录进塔空气干球温度、进塔空气湿度、进塔水温、出塔水温、进塔水流量、机力塔风机轴功率等机力通风冷却塔基本参数；

步骤3，根据基准工况(1)下的进塔水温、出塔水温计算机力通风冷却塔的冷却数，传导散热系数和蒸发散质系数；

步骤4，开始进行变工况计算，变工况下进塔空气干球温度、进塔空气湿度、进塔水温和进塔水流量、机力塔风机轴功率为已知参数，假设冷却塔出塔水温；

步骤5，计算进塔空气流量和气水比；

步骤6，计算冷却塔出口空气焓，根据冷却塔出口空气焓和相对湿度求得出塔空气温度；

步骤7，计算冷却塔单位时间内的传导散热量和蒸发散热量及单位时间蒸发水量；

步骤8，由传导散热量和蒸发散热量计算冷却塔出塔水温；

步骤9，重复以上步骤4到步骤8，直到步骤8计算得到的冷却塔出塔空气温度和步骤4的出塔空气温度偏差小于允许值，退出迭代。

步骤10，此时当前迭代步骤中得到的冷却塔换热量、冷却塔出塔水温、冷却塔出塔空气温度即为变工况计算结果。

其中，机力通风冷却塔的冷却数的计算公式如下：

式中，Ω为冷却数，t₁和t₂分别为进塔水温和出塔水温，c_w为水的比热容，h″为与水温对应的饱和空气比焓，h为湿空气比焓。

传导散热系数的计算公式为：

蒸发散质系数的计算公式为：

式中，H_α和H_β分别为传导散热系数和蒸发散质系数，V为冷却塔填料容积，(t_f-θ)_m为冷却塔内水面温度与空气温度差的平均值，(X″-X)_m为水温对应的饱和含湿量与空气中含湿量差的平均值。γ为水的汽化热；为了求解α和β，还需要添加以下约束条件：

变工况计算时，步骤5中的空气流量根据以下公式近似计算：

式中：G₁，G₂分别为基准工况和变工况的进塔空气流量，N₁、N₂分别为基准工况和变工况的风机轴功率，v₁、v₂分别为基准工况和变工况的进塔空气比体积，ρ₁、ρ₂为基准工况和变工况的进塔湿空气密度。

汽水比λ的计算公式为：

式中：G_w是进塔水流量。

本发明进一步的改进在于，步骤6中，冷却塔出口空气焓的计算公式为：

式中：h₁、h₂分别为进塔空气焓和出塔空气焓，c_w是水的比热容，Δt为进出塔水温差。

出塔空气温度的计算公式为：

式中：θ₁、θ₂分别是冷却塔进口和出口空气温度，t_m是冷却塔进出塔水温的算术平均值，h_m″为进出塔平均水温t_m相应的饱和空气比焓。

机力通风冷却塔的散热量根据下式计算：

步骤8中，冷却塔出塔水温可由以下公式近似计算：

实施例

参照图1，本发明提供的一种机力通风冷却塔变工况性能计算方法，包括以下步骤：

步骤1，试验前将冷却塔水池水位补至较高水位，保证试验期间可以不补水；

步骤2，关闭冷却塔水池补充水和排污水，调整机力通风冷却塔至设计工况条件，并以设计工况为基准工况(1)，测量并记录进塔空气干球温度15℃、进塔空气湿度0.60、进塔水温30℃、出塔水温20℃、进塔水流量15000t/h、机力塔风机轴功率875kW等机力通风冷却塔基本参数，根据设计参数获得出塔水温为27℃；

步骤3，根据基准工况(1)下的进塔水温30℃、出塔水温15℃计算机力通风冷却塔的冷却数为2.27，传导散热系数228kJ/(m3Kh)和蒸发散质系数912kJ/(m3Kh)，气水比为0.72；

步骤4，开始进行变工况计算，假设变工况只有风机功率变化为700kW，变工况下进塔空气干球温度、进塔空气湿度、进塔水温和进塔水流量、机力塔风机轴功率为已知参数，且均保持不变，在此基础上进行变工况计算，求解冷却塔出塔水温t₂，假设冷却塔出塔水温t₂为20℃；

步骤5，计算进塔空气流量和气水比，根据权利要求3中的公式可知，变工况下气水比与基准工况下气水比的比值等于空气流量的比值，进一步等于风机功率之比的0.33次方，因此可得变工况下的气水比为0.668；

步骤6，计算冷却塔出口空气焓为94kJ/kg，根据空气焓值和相对湿度求得出塔空气温度为28.8℃；

步骤7，计算冷却塔单位时间内的传导散热量为14136000kJ/h、蒸发散热量为643132523kJ/h；

步骤8，由传导散热量和蒸发散热量计算冷却塔出塔水温为20.81℃；

步骤9，因为第8步计算得到的冷却塔出塔水温20.81℃和假设的冷却塔出塔水温20℃存在较大误差，因此，将步骤8计算得到的出塔水温带入步骤4，重复以上步骤4到步骤8，计算过程中依次迭代得到的冷却塔出塔水温分别为20.81、20.45、20.61、20.54、20.57、20.56，至此，可以认为迭代已经收敛，因此变工况下的冷却塔出塔水温为20.56℃。

步骤10，此时当前迭代步骤中得到的冷却塔换热量5943339761kJ/h、冷却塔出塔水温20.56℃，即为变工况计算结果。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种机力通风冷却塔变工况性能计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，试验前将冷却塔水池水位补至较高水位，保证试验期间不补水；

步骤2，关闭冷却塔水池补充水和排污水，调整机力通风冷却塔至设计工况条件，并以设计工况为基准工况(1)，测量并记录包括进塔空气干球温度、进塔空气湿度、进塔水温、出塔水温、进塔水流量和机力塔风机轴功率的机力通风冷却塔基本参数；

步骤3，根据基准工况(1)下的进塔水温、出塔水温计算机力通风冷却塔的冷却数，传导散热系数和蒸发散质系数；机力通风冷却塔的冷却数的计算公式如下：

式中，Ω为冷却数，t₁和t₂分别为进塔水温和出塔水温，c_w为水的比热容，h″为与水温对应的饱和空气比焓，h为湿空气比焓；

传导散热系数的计算公式为：

蒸发散质系数的计算公式为：

式中，H_α和H_β分别为传导散热量和蒸发散质量，二者之和为冷却塔总散热量，V为冷却塔填料容积，(t_f-θ)_m为冷却塔内水面温度与空气温度差的平均值，t_f为冷却塔内水面温度，θ为冷却塔内空气温度，下标m表示平均值，(X″-X)_m为水温对应的饱和含湿量与空气中含湿量差的平均值，X″为水温对应的饱和空气含湿量，X为空气中实际含湿量；γ为水的汽化热；且α和β具有以下约束条件：

步骤4，开始进行变工况计算，变工况下进塔空气干球温度、进塔空气湿度、进塔水温、进塔水流量和机力塔风机轴功率为已知参数，设定冷却塔出塔水温为t₂；

步骤5，计算进塔空气流量和汽水比；空气流量根据以下公式近似计算：

式中：G₁，G₂分别为基准工况和变工况的进塔空气流量，N₁、N₂分别为基准工况和变工况的风机轴功率，v₁、v₂分别为基准工况和变工况的进塔空气比体积，ρ₁、ρ₂为基准工况和变工况的进塔湿空气密度；

汽水比λ的计算公式为：

式中：G_w是进塔水流量；

步骤6，计算冷却塔出口空气焓和出塔空气温度；冷却塔出口空气焓的计算公式为：

式中：h₁为进塔空气焓，c_w是水的比热容，Δt为进出塔水温差；

出塔空气温度的计算公式为：

式中：θ₁是冷却塔进口空气温度，t_m是冷却塔进出塔水温的算术平均值，h_m″为t_m相应的饱和空气比焓；

步骤7，计算冷却塔单位时间内的传导散热量和蒸发散热量及单位时间蒸发水量；机力通风冷却塔的散热量根据下式计算：

步骤8，由传导散热量和蒸发散热量计算冷却塔出塔水温；冷却塔出塔水温由以下公式近似计算：

步骤9，重复以上步骤4到步骤8，直到步骤8计算得到的冷却塔出塔水温和步骤4的出塔水温偏差小于允许值，退出迭代；

步骤10，此时当前迭代步骤中得到的冷却塔换热量、冷却塔出塔水温和冷却塔出塔空气温度即为变工况计算结果。