CN116629030A - 一种基于二分法的消雾塔气水比设计的快速计算方法 - Google Patents
一种基于二分法的消雾塔气水比设计的快速计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种基于二分法的消雾塔气水比设计的快速计算方法，包括以下步骤：步骤1：获得工况参数；步骤2：通过工况数据求得入塔空气焓值，出塔空气焓值，入塔水温对应湿球温度的焓值，出塔水温对应湿球温度的焓值；步骤3：建立冷凝消雾塔的传质方程、传热方程，以此为基础，建立冷凝消雾塔的璃谱模型；步骤4：根据冷却数、特性数相等关系求得进塔水温t情况下气水比，并绘制气水比‑进塔水温曲线；步骤5：控制出塔水温，采用二分法快速计算消雾塔最终气水比。具有以下优点：在消雾塔计算气水比的过程中采用二分法进行气水比的计算，比其他气水比计算方法相比二分法计算法在于计算速度大大加快。
Description
技术领域
本发明是一种基于二分法的消雾塔气水比设计的快速计算方法，属于冷却塔控制技术领域。
背景技术
冷却环节是发电、化工、有色、钢铁等多个工业领域生产要求中的必要环节，如果冷却环节缺失会对生产设备造成损害，影响工业产品质量。使用冷却系统对待冷却产品与设备冷却是工业上常见的冷却措施，其中冷却水系统中最为关键的组成部分为冷却塔，如何选择一个合适的冷却塔对于工业企业十分重要。
现有的冷却塔的运行方式仍以传统运行方式运行，这种运行方式通常是以当地历史气温最高时期作为运行条件进行优化运行。以这种运行方式运行会造成水资源与能源的大量浪费。因此应该选择一种既能节约用水又能减少能源的浪费的方式。
冷却塔选项是通过已知的循环水参数和气象参数来设计气水比，再通过气水比计算需要的风量、冷却塔阻力，进而选择冷却塔的风机电机，所以气水比作为冷却塔的选型重要参数，至关重要。
现有技术中采用麦克尔模型计算气水比，由于假定路易斯数为1、冷却塔的出口气态达到饱和及冷却塔热质交换过程中水量的变化引起的热量变化可以忽略不计3个前提下计算，因此导致计算存在误差、不准确。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种基于二分法的消雾塔气水比设计的快速计算方法，在冷却水系统的运行过程中采用消雾塔作为冷却主体，在冷却水系统的运行优化过程中对于计算消雾塔气水比的方法进行选择，在消雾塔计算气水比的过程中采用二分法进行气水比的计算，比其他气水比计算方法相比二分法计算法在于计算速度大大加快。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于二分法的消雾塔气水比设计的快速计算方法，包括以下步骤：
步骤1：获得工况参数包括入塔水温，出塔水温/>，入塔空气含湿量/>，出塔空气含湿量/>，路易斯数/>，入塔风量值/>，入塔水量值/>，入塔空气干球温度/>，出塔空气干球温度/>，入塔空气湿球温度/>，出塔空气湿球温度/>；
步骤2：通过工况数据求得入塔空气焓值，出塔空气焓值，入塔水温对应湿球温度的焓值，出塔水温对应湿球温度的焓值；
步骤3：建立冷凝消雾塔的传质方程、传热方程，以此为基础，建立冷凝消雾塔的璃谱模型；
步骤4：根据冷却数、特性数相等关系求得进塔水温t情况下气水比，并绘制气水比-进塔水温曲线；
步骤5：控制出塔水温，采用二分法快速计算消雾塔最终气水比。
进一步的，所述步骤3包括以下步骤：
传质方程为：
式1；
-以含湿量为动力的蒸发系数；
-水温t对应的饱和空气含湿量；
-水与空气接触面积；
传热方程分为两个方程：
传热方程分为两个方程：
蒸发传热：
式3；
X-入塔空气含湿量；
-水的汽化热，KJ/kg；
气液传热：
式4；
-接触传热系数， w/（㎡.℃）；
-空气温度；
焓热关系为：
式5；
由式1-式5可得璃普模型：
式6；
-水的比热kj/（kg.℃）；
q-进塔水流量；
-温度t对应的饱和空气焓值；
i-进塔空气焓值；
-路易斯数。
进一步的，所述步骤3还包括以下步骤：
对璃谱模型两边进行积分操作，既可得到璃谱模型的冷却数值：
式7；
t1、t2是进出塔水温；
消雾塔的特性数为：
式8；
M-冷却数；
b和a为常数，为填料性能系数。
进一步的，所述 步骤5的具体过程如下：
在气水比-进塔水温曲线上取相距较远A、B两点作为计算起始点，此时计算A点、B点的璃谱模型的冷却数值与特性数的的大小关系，显然A点冷却数大于特性数，B点冷却数小于特性数，此时则按照二分法取两点中值点C点进行冷却数与特性数大小比较，此时判断C点的冷却数与特性数大小关系。如果C点冷却数大于特性数则取C点与B点中间值D点；如果冷却数小于特性数取C点与A点中间值F点；如果冷却数与特性数差值的绝对值小于0.001则取C点，一直重复以上步骤直至找到冷却数与特性数差值的绝对值小于0.001的点即为此时工况与环境条件下的气水比值。
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：
在冷却水系统的运行过程中采用消雾塔作为冷却主体，在冷却水系统的运行优化过程中对于计算消雾塔气水比的方法进行选择，选择出一种更适合于消雾塔的热力学计算模型即采用璃谱模型代替传统三变量法进行消雾塔内部热力学参数计算，在消雾塔计算气水比的过程中采用二分法进行气水比的计算，比其他气水比计算方法相比二分法计算法在于计算速度大大加快，计算准确效果，对后续快速准确的控制冷却塔出水温度提供有效支撑。
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为本发明中湿空气含湿量曲线；
图2为本发明中二分法求气水比示意图；
图3为本发明中二分法求气水比算法流程图。
具体实施方式
实施例1，一种基于二分法的消雾塔气水比设计的快速计算方法，具体包括以下步骤：
步骤1：获得工况参数包括入塔水温，出塔水温/>，入塔空气含湿量/>，出塔空气含湿量/>，路易斯数/>，入塔风量值/>，入塔水量值/>，入塔空气干球温度/>，出塔空气干球温度/>，入塔空气湿球温度/>，出塔空气湿球温度/>；
步骤2：通过工况数据求得入塔空气焓值，出塔空气焓值，入塔水温对应湿球温度的焓值，出塔水温对应湿球温度的焓值；
步骤3：建立冷凝消雾塔的传质方程、传热方程，以此为基础，建立冷凝消雾塔的璃谱模型；
传质方程为：
式1；
-以含湿量为动力的蒸发系数；
-水温t对应的饱和空气含湿量；
-水与空气接触面积；
水量蒸发与含湿量关系：
式2；
传热方程分为两个方程：
蒸发传热：
式3；
X-入塔空气含湿量；
-水的汽化热，KJ/kg；
气液传热：
式4；
-接触传热系数， w/（㎡.℃）；
-空气温度；
焓热关系为：
式5。
由上式可得璃普模型：
式6；
-水的比热kj/（kg.℃）；
q-进塔水流量；
-温度t对应的饱和空气焓值；
i-进塔空气焓值；
-路易斯数。
对璃谱模型两边进行积分操作，既可得到璃谱模型的冷却数值：
式7；
t1、t2是进出塔水温；
消雾塔的特性数为：
式8；
M-冷却数；
b和a为常数，为填料性能系数。
步骤4：根据冷却数、特性数相等关系求得进塔水温t情况下气水比，并绘制气水比-进塔水温曲线；
根据式7冷却数和式8特性数相等，通过计算机迭代计算得出。
步骤5：控制出塔水温，采用二分法快速计算消雾塔最终气水比，如图2和图3所示，具体过程如下：
在气水比-进塔水温曲线上取相距较远A、B两点作为计算起始点，此时计算A点、B点的璃谱模型的冷却数值与特性数的的大小关系，显然A点冷却数大于特性数，B点冷却数小于特性数，此时则按照二分法取两点中值点C点进行冷却数与特性数大小比较，此时判断C点的冷却数与特性数大小关系。如果C点冷却数大于特性数则取C点与B点中间值D点；如果冷却数小于特性数取C点与A点中间值F点；如果冷却数与特性数差值的绝对值小于0.001则取C点。一直重复上述步骤直至找到冷却数与特性数差值的绝对值小于0.001的点即为此时工况与环境条件下的气水比值。
基于二分法的消雾塔气水比设计的快速计算方法的适用条件如下：
采用干/湿混合系统，机组循环水系统的冷却水由凝汽器通过热交换，再通过消雾塔将热量通过传热和传热传质的方式交换给大气，干/湿式冷却塔在冷却塔中同时存在带空冷散热器的干式散热区和淋水填料的湿式散热区。通过干式散热区的热量将不产生蒸发，可达到节约用水的目的，同时湿式散热区又具有高效散热的性能。
干/湿式冷却塔具有节水的作用，同时也有消除冷却塔羽雾的作用。常规冷却塔特别是在冬天容易产生可见的羽雾，这是由于进入冷却塔的空气，经过传热传质后，在空气从冷却塔排出时，空气处于近饱和或过饱和状态，与塔外的冷空气掺混后为过饱和状态，便形成羽雾。羽雾可导致冷却塔周边地区降雨、雾、结冰、腐蚀以及影响景观等人们不喜欢的现象。干/湿式冷却塔可避免或减缓这些不利现象的出现，因为干/湿式冷却塔的干冷区的热交换后的空气温度升高但含湿量并未增加，与湿冷区的湿热空气混合后排出冷却塔外，混合后的空气处于非饱和状态。所以，干/湿式冷却塔也称为消雾塔，或干/湿式消雾节水冷却塔。消雾塔不仅可以用于发电厂的干/湿冷混合系统，而且可用于石油、化工、冶金等各行各业中对冷却塔的节水和环境景观有要求的场合。
消雾塔按空气流动方式可分为并联式横流消雾塔、串联式逆流消雾塔、并联式逆流消雾塔；按消雾效果可分为少雾型和零雾型消雾塔，其中，少雾型消雾塔，在大于等于设计消雾气温气象条件下，允许冷却塔出口上方15m范围内有少量可见雾气团。而零雾型消雾塔，在大于等于设计气温条件下，冷却塔出口附近很小范围内也不允许有可见雾气团存在。消雾塔的非蒸发散热区段称为干区，蒸发散热区段称为湿区。本方法以串联式逆流消雾塔作为研究对象。串联式逆流消雾塔是指消雾塔的干区和湿区的空气流动是先进入湿区，经过传热传质后再进入干区。经过干区传热后直接排出塔外。进人干区的空气与散热器中的热水流动方向相互垂直，进人湿区的空气与湿区中的热水流动方向相反但流线平行。串联式逆流消雾塔也是由抽风装置、配水装置和干/湿区的散热装置等组成。与并联式不同的是，串联式逆流消雾塔不需要混流器和空气调节装置，结构简单，生产成本低，是目前工业上常见的消雾塔之一。
串联式逆流消雾塔的消雾原理如图1所示，A点为大气的空气参数点，进入湿区的空气经过传热传质，温度升高、含湿量增大，空气的状态变为B点，进入干区后与散热器进行热交换，空气温度升高，含湿量不变，此时空气的状态变化为C点，然后排出冷却塔。以具有C点空气参数的湿热空气排出塔外与周边空气掺混，最终至A点，由图可看出AC线变化过程不存在过饱和状态，所以不会出现可见的雾气团。
消雾塔的消雾设计气象条件，为空气温度与湿度的一组组合。当气温大于设计点气温并且湿度小于设计点湿度时，消雾冷却塔表现为零雾型。消雾设计点是用户根据冷却塔的安装位置、当地气候条件和环境要求确定的。一般不选择冷却塔全年零雾，常以白昼时间发生可见雾的频率低于15%～20%的气象条件作为消雾设计点。设计点选取与冷却塔的规模关系紧密，设计点要求提高，冷却塔的干区能力（散热面积与通风量）就需要提高，冷却塔的投资也随之增加。
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 (4)
1.一种基于二分法的消雾塔气水比设计的快速计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：获得工况参数包括入塔水温 ，出塔水温/>，入塔空气含湿量/>，出塔空气含湿量/>，路易斯数/>，入塔风量值/>，入塔水量值/>，入塔空气干球温度/>，出塔空气干球温度/>，入塔空气湿球温度/>，出塔空气湿球温度/>；
步骤2：通过工况数据求得入塔空气焓值，出塔空气焓值，入塔水温对应湿球温度的焓值，出塔水温对应湿球温度的焓值；
步骤3：建立冷凝消雾塔的传质方程、传热方程，以此为基础，建立冷凝消雾塔的璃谱模型；
步骤4：根据冷却数、特性数相等关系求得进塔水温t情况下气水比，并绘制气水比-进塔水温曲线；
步骤5：控制出塔水温，采用二分法快速计算消雾塔最终气水比。
2.如权利要求1所述的一种基于二分法的消雾塔气水比设计的快速计算方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：
传质方程为：
式1；
-以含湿量为动力的蒸发系数；
-水温t对应的饱和空气含湿量；
-水与空气接触面积；
传热方程分为两个方程：
蒸发传热：
式3；
X-入塔空气含湿量；
-水的汽化热，KJ/kg；
气液传热：
式4；
-接触传热系数， w/（㎡.℃）；
-空气温度；
焓热关系为：
式5；
由式1-式5可得璃普模型：
式6；
-水的比热kj/（kg.℃）；
q-进塔水流量；
-温度t对应的饱和空气焓值；
i-进塔空气焓值；
-路易斯数。
3.如权利要求2所述的一种基于二分法的消雾塔气水比设计的快速计算方法，其特征在于：所述步骤3还包括以下步骤：
对璃谱模型两边进行积分操作，既可得到璃谱模型的冷却数值：
式7；
t1、t2是进出塔水温；
消雾塔的特性数为：
式8；
M-冷却数；
b和a为常数，为填料性能系数。
4.如权利要求1所述的一种基于二分法的消雾塔气水比设计的快速计算方法，其特征在于：所述 步骤5的具体过程如下：
在气水比-进塔水温曲线上取相距较远A、B两点作为计算起始点，此时计算A点、B点的璃谱模型的冷却数值与特性数的大小关系，显然A点冷却数大于特性数，B点冷却数小于特性数，此时则按照二分法取两点中值点C点进行冷却数与特性数大小比较，此时判断C点的冷却数与特性数大小关系；
如果C点冷却数大于特性数则取C点与B点中间值D点；如果冷却数小于特性数取C点与A点中间值F点；如果冷却数与特性数差值的绝对值小于0.001则取C点，一直重复以上步骤直至找到冷却数与特性数差值的绝对值小于0.001的点即为此时工况与环境条件下的气水比值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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