CN116538831B - 精准控制出水温度的消雾冷却塔控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种精准控制出水温度的消雾冷却塔控制系统及其控制方法，包括数据处理系统、数据采集系统及控制系统单元，控制系统单元连接数据采集系统和数据处理系统，数据采集系统通过传感器探头采集循环水场的流量、回水温度、每台冷却塔的流量、外界湿球温度，所述的控制系统单元能够实现将需求的出水温度传递到数据处理系统中，数据处理系统能够根据计算的结果，判断当前消雾塔消雾的开启状态。具有以下优点：解决现有的模块式消雾冷却塔运行过程中无法按照达到既定的节水率效果，能够根据制造方提供的消雾曲线来精准实验该冷却塔的调节运行，在满足工艺性能的前提下，最大程度的降低冷却塔的蒸发损失。

Description

精准控制出水温度的消雾冷却塔控制系统及其控制方法

技术领域

本发明是一种精准控制出水温度的消雾冷却塔控制系统及其控制方法，属于消雾冷却塔控制技术领域。

背景技术

消雾冷却塔是用水作为循环冷却剂，从系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置。在工业企业中80%的用水都是用于工业冷却循环水，目前工业上一般采用喷淋式消雾冷却塔，无论是电厂用的自然通风消雾冷却塔，还是化工等企业常用的强制通风消雾冷却塔，均是通过水与空气直接接触换热达到冷却效果，它的优点是结构简单，操作方便。但是也存在较大的缺点，一是由于基本采用简单人工操作方式，水温难以精准控制；二是由于一般厂家均依据夏季环境数据进行设计，而冬夏季环境温度相差较大，在冬季运行消雾冷却塔能力会过剩，满负荷运行会造成循环冷却水不必要的蒸发损失。

针对这一损失，目前采用模块型消雾节水消雾冷却塔，对蒸发损失进行回收。在满足降温的前提下，需要尽可能的提高消雾冷却塔节水率，所以该类型消雾冷却塔的控制方式需要兼顾出水温度及消雾节水性能，目前对于该型式消雾冷却塔的调节较为粗犷，消雾冷却塔的调节方式只按照春、夏、秋、冬季节进行调节，冬季消雾冷却塔百叶窗全开，夏季全关，春秋季节的运行完全凭借操作人员的习惯，开关不固定，因此消雾冷却塔不能发挥其完全的功能。在春秋交替季节，每日气象条件变化较大，若不能精准调节，很难达到模块式消雾节水消雾冷却塔设计的节水率。

因此，如何通过对整个冷却系统进行优化，减少消雾冷却塔运行过程中不必要的蒸发水量是未来消雾冷却塔行业的一个发展方向，也是很多缺水企业迫切需要解决的一个难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种精准控制出水温度的消雾冷却塔控制系统及其控制方法，解决现有的模块式消雾冷却塔运行过程中无法按照达到既定的节水率效果，能够根据制造方提供的消雾曲线来精准实验该消雾冷却塔的调节运行，在满足工艺性能的前提下，最大程度的降低消雾冷却塔的蒸发损失。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种精准控制出水温度的消雾冷却塔控制系统，包括数据处理系统、数据采集系统及控制系统单元，控制系统单元连接数据采集系统和数据处理系统，数据采集系统通过传感器探头采集循环水场的流量、回水温度、每台消雾冷却塔的流量、外界湿球温度，所述的控制系统单元能够实现将需求的出水温度传递到数据处理系统中，数据处理系统能够根据计算的结果，判断当前消雾冷却塔消雾的开启状态。

进一步的，所述循环水场由若干消雾冷却塔组成，每一台消雾冷却塔前都设置电控控制阀门，能够调节每一台消雾冷却塔的上塔水量，消雾冷却塔设有调风装置，调风装置可选择电动百叶窗或电动卷帘门，能够通过开启和关闭百叶窗或电动卷帘门来控制风机风量的分配，风机风量有两路，其中一路用来冷却下部的循环水，另一路用来完成消雾功能。

一种精准控制出水温度的消雾冷却塔的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过数据采集系统获取到循环水场的总流量Q、消雾冷却塔的回水温度，设定一个需要的出水温度/>，计算当前需求的温差/>；

步骤S2：获取当前的环境湿球温度，当湿球温度＜0℃时，保持5台消雾冷却塔的上部百叶窗全部开启，此时所有消雾冷却塔处于消雾模式；

步骤S3：当湿球温度＞20℃时，保持5台消雾冷却塔的上部百叶窗全部关闭，此时所有消雾冷却塔处于常规模式，风机风量全部用来完成消雾冷却塔的降温；

当湿球温度在0℃~20℃之间时，开始判断当前消雾冷却塔的运行状态。当根据需求的出水温度，在出水温度曲线图中找到对应的温差；

步骤S4：对于没有给出的湿球温度和消雾冷却塔的其余负荷工况，可以在曲线上采用线性插值法的方式确定当前消雾冷却塔的出水温度；

步骤S5：分别判断当前需求出水温度与读出的消雾冷却塔设计出水温度/>的关系，从而选择开启或关闭消雾冷却塔调风装置，控制处于消雾模式运行消雾冷却塔数量；

步骤S6：获取各台消雾冷却塔的实际流量，判断流量与平均流量Q1的关系，单台消雾冷却塔的平均流量Q1=Q/N，N为消雾冷却塔数量，若不相等，则通过控制调节各个消雾冷却塔的流量，使各消雾冷却塔的流量与平均流量Q1相等，若相等，则返回步骤S1重新获取相关的参数进行下一轮的调控。

进一步的，所述控制方法用于控制循环水场中消雾冷却塔数量≤5台。

进一步的，所述控制方法用于控制循环水场中消雾冷却塔数量为5台。

进一步的，所述步骤S5：分别判断当前需求出水温度与读出的消雾冷却塔设计出水温度/>的关系：

若，则通过调风控制阀，开启5台消雾冷却塔的调风装置，此时所有消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，开启4台消雾冷却塔的调风装置，此时有4台消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，开启3台消雾冷却塔的调风装置，此时有3台消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，开启2台消雾冷却塔的调风装置，此时有2台消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，开启1台消雾冷却塔的调风装置，此时有1台消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，关闭5台消雾冷却塔的调风装置，此时所有消雾冷却塔处于常规模式运行。

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：

1、本发明所述的控制方法在消雾冷却塔现有设计基础上，可以将出水温度误差控制在0.2℃以内，控制精确，最大限度的提高消雾冷却塔的节水率；

2、本发明所述的控制方法将模块式消雾冷却塔的设计融合到消雾冷却塔的运行过程中，使得消雾冷却塔的运行能够按照既定的设计工况开展；

3、本发明所述的控制方法能够根据气象条件变化实时实现对模块式消雾冷却塔的调节。

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为本发明的消雾冷却塔结构示意图；

图2为本发明控制系统流程图；

图3为湿球温度在0摄氏度时出水温度曲线图；

图4为湿球温度在5摄氏度时出水温度曲线图；

图5为湿球温度在10摄氏度时出水温度曲线图；

图6为湿球温度在15摄氏度时出水温度曲线图；

图7为湿球温度在20摄氏度时出水温度曲线图。

具体实施方式

实施例1，如图1和图2所示，一种精准控制出水温度的消雾冷却塔控制系统，包括数据处理系统、数据采集系统及控制系统单元，控制系统单元连接数据采集系统和数据处理系统，数据采集系统通过传感器探头采集循环水场的流量、回水温度、每台消雾冷却塔的流量、外界湿球温度，所述的控制系统单元能够实现将需求的出水温度传递到数据处理系统中，数据处理系统能够根据计算的结果，判断当前消雾冷却塔消雾的开启状态，数据处理系统安装在计算机上。

所述的循环水场循环水场由若干消雾冷却塔组成，每一台消雾冷却塔前都设置电控控制阀，能够调节每一台消雾冷却塔的上塔水量。消雾冷却塔具有调风装置，可选择电动百叶窗或是电动卷帘门，能够通过开启和关闭百叶窗来控制风机风量的分配，风机风量主要有2路，其中一路用来冷却下部的循环水，另一路用来完成产品的消雾功能。

所述控制系统适用于循环水场消雾冷却塔台数N≤5台的工况。

本实施例以消雾冷却塔台数为5台进行举例说明。

如图2所示的，1#调风控制阀31、2#调风控制阀32、3#调风控制阀33、4#调风控制阀34、5#调风控制阀35分别用于控制五个消雾冷却塔的调风装置开启或关闭。

1#流量控制阀21、2#流量控制阀22、3#流量控制阀23、4#流量控制阀24、5#流量控制阀25分别用于控制调节每一台消雾冷却塔的上消雾冷却塔水量。

一种精准控制出水温度的消雾冷却塔控制方法包括以下步骤：

步骤S1：通过数据采集系统获取到循环水场的总流量Q、消雾冷却塔的回水温度（上消雾冷却塔的流量），业主根据装置需求，设定一个需要的出水温度/>。计算当前需求的温差/>；

步骤S2：通过加装的环境干湿球温度，获取当前的环境湿球温度，当湿球温度＜0℃时，保持5台消雾冷却塔的上部百叶窗全部开启，此时所有消雾冷却塔处于消雾模式；

步骤S3：当湿球温度＞20℃时，保持5台消雾冷却塔的上部百叶窗全部关闭，此时所有消雾冷却塔处于常规模式，风机风量全部用来完成消雾冷却塔的降温；

当湿球温度在0℃~20℃之间时，开始判断当前消雾冷却塔的运行状态。当根据需求的出水温度，在如图3至图7公开的曲线中找到对应的温差（横坐标），不同湿球的曲线图内数据都已录入到数据库内，根据计算需要调取相关数据。

步骤S4：对于没有给出的湿球温度和消雾冷却塔的其余负荷工况，可以在曲线上采用线性插值法的方式确定当前消雾冷却塔的出水温度，所有的线性查找能够根据已经设置好的数据表，由计算机统一采用线性插值获取，避免了人工读数；

以一个具体算例进行介绍：

外界环境温度为7℃，需求出水温度为29℃，实际运行流量与设计流量的比值为1.05（即热负荷为105%）求取所需温差。

7℃在5℃和10℃之间，因此需要调取这两个曲线图中的数据。

在湿球温度5℃的曲线图内，根据需求出水温度29℃，得到29℃出水100%热负荷下的温差和29℃出水110%热负荷下的温差/>，通过线性插值法计算105%热负荷条件下的温差/>，温差/>的值为A。

用相同的办法在湿球温度10℃的曲线图内得到温差的值B

所需的温差，温差C即为所求。

同时根据循环水的总流量Q，计算单台消雾冷却塔的平均流量Q1，然后根据实际运行的流量，与设计流量的比值作为当前消雾冷却塔的负荷。可以在图3至图7中读出当前消雾冷却塔在消雾工况下的出水温度。

步骤S5：分别判断当前需求出水温度与读出的消雾冷却塔设计出水温度/>的关系：

若，则通过调风控制阀，打开1#调风控制阀31、2#调风控制阀32、3#调风控制阀33、4#调风控制阀34、5#调风控制阀35，开启5台消雾冷却塔的调风装置，此时所有消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，打开1#调风控制阀31、2#调风控制阀32、3#调风控制阀33、4#调风控制阀34，关闭5#调风控制阀35，开启4台消雾冷却塔的调风装置，此时有4台消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，打开1#调风控制阀31、2#调风控制阀32、3#调风控制阀33，关闭4#调风控制阀34、5#调风控制阀35，开启3台消雾冷却塔的调风装置，此时有3台消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，打开1#调风控制阀31、2#调风控制阀32，关闭3#调风控制阀33、4#调风控制阀34、5#调风控制阀35，开启2台消雾冷却塔的调风装置，此时有2台消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，打开1#调风控制阀31，关闭2#调风控制阀32、3#调风控制阀33、4#调风控制阀34、5#调风控制阀35，开启1台消雾冷却塔的调风装置，此时有1台消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，关闭1#调风控制阀31、2#调风控制阀32、3#调风控制阀33、4#调风控制阀34、5#调风控制阀35，关闭5台消雾冷却塔的调风装置，此时所有消雾冷却塔处于常规模式运行；

步骤S6：通过流量传感器分别获取各台消雾冷却塔的实际流量Q21、Q22、、Q23、Q24、Q25，判断流量与平均流量Q1的关系，单台消雾冷却塔的平均流量Q1=Q/N，N为消雾冷却塔数量。若不相等，则通过控制调节1#流量控制阀21、2#流量控制阀22、3#流量控制阀23、4#流量控制阀24、5#流量控制阀25使各消雾冷却塔的流量与平均流量Q1相等，若相等，则返回步骤S1重新获取相关的参数进行下一轮的调控。

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 (5)

1.一种精准控制出水温度的消雾冷却塔的控制方法，其特征在于：所述控制方法应用于精准控制出水温度的消雾冷却塔控制系统中，所述控制系统包括数据处理系统、数据采集系统及控制系统单元，控制系统单元连接数据采集系统和数据处理系统，数据采集系统通过传感器探头采集循环水场的流量、回水温度、每台消雾冷却塔的流量、外界湿球温度，所述的控制系统单元能够实现将需求的出水温度传递到数据处理系统中，数据处理系统能够根据计算的结果，判断当前消雾冷却塔消雾的开启状态；

所述控制方法包括以下步骤：

步骤S1：通过数据采集系统获取到循环水场的总流量Q、消雾冷却塔的回水温度 ，设定一个需要的出水温度/>，计算当前需求的温差/>；

步骤S2：获取当前的环境湿球温度，当湿球温度＜0℃时，保持5台消雾冷却塔的上部百叶窗全部开启，此时所有消雾冷却塔处于消雾模式；

步骤S3：当湿球温度＞20℃时，保持5台消雾冷却塔的上部百叶窗全部关闭，此时所有消雾冷却塔处于常规模式，风机风量全部用来完成消雾冷却塔的降温；

当湿球温度在0℃~20℃之间时，开始判断当前消雾冷却塔的运行状态，根据需求的出水温度，在出水温度曲线图中找到对应的温差；

步骤S4：对于没有给出的湿球温度和消雾冷却塔的其余负荷工况，可以在曲线上采用线性插值法的方式确定当前消雾冷却塔的出水温度；

步骤S5：分别判断当前需求出水温度与读出的消雾冷却塔设计出水温度/>的关系，从而选择开启或关闭消雾冷却塔调风装置，控制处于消雾模式运行消雾冷却塔数量；

步骤S6：获取各台消雾冷却塔实际流量，判断流量与平均流量Q1的关系，单台消雾冷却塔的平均流量Q1=Q/N，N为消雾冷却塔数量，若不相等，则通过控制调节各个消雾冷却塔的流量，使各消雾冷却塔的流量与平均流量Q1相等，若相等，则返回步骤S1重新获取相关的参数进行下一轮的调控。

2.如权利要求1所述的一种精准控制出水温度的消雾冷却塔的控制方法，其特征在于：所述循环水场由若干消雾冷却塔组成，每一台消雾冷却塔前都设置电控控制阀门，能够调节每一台消雾冷却塔的上塔水量，消雾冷却塔设有调风装置，调风装置可选择电动百叶窗或电动卷帘门，能够通过开启和关闭百叶窗或电动卷帘门来控制风机风量的分配，风机风量有两路，其中一路用来冷却下部的循环水，另一路用来完成消雾功能。

3.如权利要求1所述的一种精准控制出水温度的消雾冷却塔的控制方法，其特征在于：所述控制方法用于控制循环水场中消雾冷却塔数量≤5台。

4.如权利要求1所述的一种精准控制出水温度的消雾冷却塔的控制方法，其特征在于：所述控制方法用于控制循环水场中消雾冷却塔数量为5台。

5.如权利要求4所述的一种精准控制出水温度的消雾冷却塔的控制方法，其特征在于：所述步骤S5：分别判断当前需求出水温度与读出的消雾冷却塔设计出水温度/>的关系：

若，则通过调风控制阀，开启5台消雾冷却塔的调风装置，此时所有消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，开启4台消雾冷却塔的调风装置，此时有4台消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，开启3台消雾冷却塔的调风装置，此时有3台消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，开启2台消雾冷却塔的调风装置，此时有2台消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，开启1台消雾冷却塔的调风装置，此时有1台消雾冷却塔处于消雾模式运行；

若，则通过调风控制阀，关闭5台消雾冷却塔的调风装置，此时所有消雾冷却塔处于常规模式运行。