CN116907891A - 一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,进行冷却塔循环冷却水流量、水温、大气压力、环境风速、风向、进塔空气参数、出塔空气参数、风机电机功率测量,进行消雾性能评价,模块消雾冷却塔的消雾性能,通过测量采集的数据绘制出出塔空气实测特性曲线,将出塔空气实测特性曲线与设定好的消雾特性曲线进行对比,并计算消雾指数和出塔空气掺混系数,进行冷却塔节水性能进行评价,通过测量采集的数据计算冷却塔节水率,通过冷却塔节水率对冷却塔节水性能进行评价。具有以下优点:可实施性强,成本低,方便快捷,可直接对冷却塔节水率和消雾性能进行评价,减少了误差,测试结果准确客观,提高了测试效率和水平。
Description
技术领域
本发明属于冷却塔技术领域,具体涉及一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法。
背景技术
冷却塔是工业上常用的主要冷却设备之一,主要是将系统在生产过程中产生的废热通过水介质输送至大气中,保证正常的生产。冷却后的气体从冷凝塔中喷出时,自身温度高于大气温度,且该气体携带了大量的冷凝水,形成过饱和气体,过饱和气体在进入环境温度过低的塔外空间时,过热的饱和气体遇冷液体析出,在塔口位置形成大量冷凝雾气,冷凝雾气会对冷却塔的塔口部件造成雾气侵蚀。同时这些冷凝雾气的排出,会影响周围的环境,造成交通隐患,且对厂区设备造成腐蚀现象,还影响城市形象,对周围居民产生不良顾虑。此外,冷凝雾气排放也意味着大量水蒸气被排放,导致冷却塔节水率下降。
现在广泛使用的冷却塔存在着蒸发热能损失太大和出水口雾大的问题,导致严重的水资源浪费。虽然模块消雾节水冷却塔近些年在我国得到不断应用,但不同厂家的技术产品性能参差不齐,并且多以肉眼来观察消雾情况,没有统一明确的测量评价方法衡量冷却塔消雾节水性能的好坏,不利于行业的发展。
目前测量方法大多为,在收水器上方与消雾模块下方之间,布置若干湿度传感器,传输到外接电脑上,测量出填料空气含湿量,进而计算节水率。此方式测量,一方面,布点在冷却塔内部,安装不方便,且存在安全隐患;另一方面收水器上方有小部分漂水到湿度传感器上,影响测量结果;其次市面上含湿量测量仪器精度不够,以及布点数量有限,结果偶然性大,综上多重因素,导致测量误差较大,不具有代表性。
且现有技术主要是通过判断冷却塔出口处的羽雾状态来评价消雾冷却塔的消雾性能。判断方法主要采用肉眼观察的方式,另外还有如CN110082268B冷却塔测雾系统中,利用激光发射、穿透、接收装置来观察起雾情况以判断是否需要消雾。肉眼观察结果不准确且在夏季风较大时容易产生误差,利用激光设备判断起雾情况这一技术成本太高,且不适用于大型工厂内的冷却塔群。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足,提供一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,可实施性强,无需加装任何其他设备,成本低,只需便携式测试设备即可完成操,方便快捷,可直接对冷却塔节水率和消雾性能进行评价,减少了误差,测试结果准确客观,提高了测试效率和水平。
为解决以上技术问题,本发明采用以下技术方案:
一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,包括以下步骤:
步骤1,循环冷却水流量测量;
步骤2,水温测量,包括进塔水温和出塔水温测量;
步骤3,大气压力、环境风速和风向测量;
步骤4,进塔空气参数测量,包括进塔空气干湿球温度的测量和进塔空气流量的测量;
步骤5,出塔空气参数测量,包括出塔空气的干湿球温度和出塔流速的测量;
步骤6,风机电机功率测量;
步骤7,消雾性能评价;
模块消雾冷却塔的消雾性能,通过步骤1至步骤6采集的数据绘制出出塔空气实测特性曲线,将出塔空气实测特性曲线与设定好的消雾特性曲线进行对比,并计算消雾指数和出塔空气掺混系数;
将模块消雾冷却塔的羽雾等级包括一级羽雾和二级羽雾,一级羽雾标准是冷却塔出风口上方2倍于风筒出口直径高度内有少量透明可见雾团的冷却塔;二级羽雾标准是冷却塔出风口区域无可见雾团的;一级羽雾采用消雾指数来评价消雾效果;二级羽雾采用消雾指数及出塔空气掺混系数两个指标来评价消雾效果;
步骤8,冷却塔节水性能进行评价;
通过步骤1至步骤6采集的数据计算冷却塔节水率,通过冷却塔节水率对冷却塔节水性能进行评价。
进一步的,所述步骤1中当采用便携式超声波流量计测量时,测点宜布置在冷却塔进水管段,根据管径大小,满足前10后5的原则测量,即前面预留10倍管径长度,后预留5倍管径长度;当进水管管段无法满足测量要求时,测点可布置在从进水侧算起的直段长2/3处;
当采用皮托管测量循环冷却水流量时应符合下列规定:
1.1,在进水管道的测试断面划分等面环,测点应布置在该断面相互垂直的两条直径上;
1.2,从管中心到各等面环测点的距离应按照下式计算:
式中:Rn-从管中心到各等面环测点的距离;
R-测量断面管道半径;
n-从管中心算起的测点序号;
m-等面积环数。
进一步的,所述步骤7包括以下步骤:
7.1,设定同一风机安装角度下的消雾特性曲线,曲线应满足下列规定:
7.1.1、曲线应包含设计降温幅度为80%、100%、120%时和循环冷却水流量为设计流量值的90%、100%、110%时的9组性能曲线组合;
7.1.2、每组曲线应至少有4条相对湿度曲线;
消雾特性曲线可分为出塔空气特征曲线和出塔空气最大湿度曲线,测试评价应与设定的曲线保持一致;
7.1.3、设定出塔空气特征曲线应满足下列规定:
A1,曲线图应按增量标度,最小温度刻度每毫米不大于0.2℃;
A2,进塔空气相对湿度的增量应不大于20%;
A3,至少保证相对湿度100%、80%、60%、40%的四条曲线;
7.1.4、设定出塔空气最大湿度曲线应满足下列规定:
B1,曲线图按增量标度,横坐标最小温度刻度应每毫米不大于0.2℃;
B2,纵坐标的最小刻度应每毫米0.5%;
B3,进塔空气相对湿度的增量应不大于20%;
B4,应至少保证相对湿度100%、80%、60%、40%的四条曲线。
进一步的,所述步骤7还包括以下步骤:
7.2,根据设定的出塔空气特征曲线计算消雾指数,具体包括以下步骤:
7.2.1,由于存在实测大气压与焓湿图中的大气压力不同,应对空气的相对湿度进行修正;
7.2.2、在焓湿图中绘制出塔空气扩散实测特征曲线,应按下列步骤进行:
C1、在焓湿图中绘制环境空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
C2、在焓湿图中绘制出塔空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
C3、在焓湿图中绘制两点的连线作为出塔空气扩散实测特征曲线;
7.2.3、在计算设定出塔的空气相对湿度时,应在设定出塔空气特征曲线上,通过线性插值,读出实测条件下冷却塔设计出塔空气干湿球温度,并计算设计出塔空气的相对湿度;
7.2.4、绘制出塔空气扩散设定特征曲线时,应按下列步骤进行:
D1、在焓湿图中绘制环境空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
D2、在焓湿图中绘制设计出塔空气干球温度与相对湿度确定的点;
D3、在焓湿图中绘制两点的连线作为出塔空气扩散设计特征曲线;
7.2.5、比较出塔空气扩散实测特征曲线与出塔空气扩散设定特征曲线,若出塔空气扩散设定特征曲线在出塔空气扩散实测特征曲线和饱和曲线之间,则消雾性能满足设计要求,否则不满足设计要求;
对设定的出塔空气相对湿度进行修正,将实测出塔空气等焓线与出塔空气扩散设定特征曲线的交点处的相对湿度作为最后的设定的出塔空气相对湿度,根据设定的出塔空气相对湿度和修正后的实测出塔空气相对湿度计算消雾指数。
进一步的,所述步骤7还包括以下步骤:
7.3,根据出塔空气最大湿度曲线计算消雾指数应按下列步骤进行:
7.3.1、实测大气压与焓湿图的大气压不一致时,应对实测空气相对湿度进行修正;
7.3.2、在焓湿图中绘制出塔空气扩散实测特征曲线时,应按下列步骤进行:
E1、在焓湿图中绘制环境空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
E2、在焓湿图中绘制出塔空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
E3、在焓湿图中绘制两点的连线作为出塔空气扩散实测特征曲线;
7.3.3、在焓湿图中绘制出塔空气扩散设计特征曲线时,应在设定的出塔最大湿度曲线上,通过线性插值,读出实测条件下冷却塔设计出塔的相对湿度,并绘制出塔空气扩散设计特征曲线;
7.3.4、对设定的出塔空气相对湿度的修正,应在湿空气焓图中找出与出塔空气扩散实测特征曲线相切的相对湿度曲线,则该相对湿度曲线的对应值即为最后的设定出塔空气的相对湿度;
根据设定的出塔空气相对湿度和修正后的实测出塔空气相对湿度计算消雾指数。
进一步的,所述空气的相对湿度修正过程应按下式计算:
Rhc=Rh×(pa/pm)式1;
式中:Rhc-修正后的空气相对湿度%;
Rh-实测算出的空气相对湿度%;
pa-焓湿图对应的大气压,应取消雾设计点的大气压kPa;
pm-实测的大气压kPa;
所述消雾指数的计算公式如下:
TPI=RHgc/RHm 式2;
式中:TPI-消雾指数;
RHgc-设定的出塔空气相对湿度%;
RHm-按式1修正后的实测出塔空气相对湿度%。
进一步的,所述步骤7还包括以下步骤:
7.4,二级羽雾的消雾性能应保障消雾节水冷却塔应保证出塔的空气掺混均匀,冷却塔空气出口断面上各测点的相对湿度应控制在平均相对湿度的0.8~1.2倍范围之内;
7.5,当冷却塔空气出口若干测点的相对湿度不满足上述步骤7.4的要求时,则相关测点的空气流量之和不应超过出口断面空气总流量的15%;
7.6,出塔空气掺混系数应采用下式计算:
MQ=(1-∑Vvi/∑Vv)×100% 式3;
式中:MQ-出塔空气掺混系数%;
Vvi-相对湿度偏离其断面加权平均值超过20%的测点的流速垂向分量(m/s);
Vv-实测的出塔空气流速的垂向分量。
进一步的,所述二级羽雾保障消雾冷却塔的消雾性能应符合:消雾指数不应小于1以及满足二级羽雾保障消雾冷却塔需要出塔空气参混系数不小于85%;
所述一级羽雾保障消雾冷却塔的消雾性能时消雾指数不应小于1。
进一步的,所述节水率的计算公式如下:
式中,ηw-节水率%;
Gdin-下部进塔干空气质量流量;
Guin-上部进塔干空气质量流量;
Gout-冷却塔出口干空气质量流量;
χdin-下部进口空气含湿量;
χuin-上部进口空气含湿量;
χfout-出填料空气含湿量;
χout-冷却塔出口空气含湿量;
出填料空气含湿量的计算应符合下列要求:
8.1,应将进出塔水温划分为若干计算单元,出塔水温区间划分的计算单元不应少于100个,出填料空气含湿量及对应的焓值通过差分计算得到;
8.2,出填料空气含湿量及焓值应按下列公式计算:
出填料空气含湿量:
出填料空气焓值:
式中,cw-空气比热;
Δt-单元水温差;
χ”t|i-当前水温对应的饱和含湿量;
χi-当前空气对应的含湿量;
G-对应的干空气质量流量;
ii-当前空气的焓值;
ti-当前的水温;
i”t|i-当前水温对应的饱和湿空气焓值;
γ-水的汽化潜热;
8.3,空气过饱和时,出填料空气含湿量及焓值应按下列公式计算:
出填料空气含湿量:
出填料空气焓值:
式中,χ”i-当前空气温度对应的饱和含湿量。
进一步的,所述Lefi-当前的路易斯系数,其计算公式如下:
其中Le为0.865;
式中的qi计算如下:
式中,χ2-冷却塔出口空气含湿量;
qi-进塔水流量。
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:
本发明测试评价方法可实施性强,无需加装任何其他设备。只需便携式测试设备即可完成操,方便快捷,可直接对冷却塔节水率和消雾性能进行评价,提高了测试效率和水平。
节水率计算所需的出填料空气含湿量及对应的焓值通过差分计算得到,误差小计算结果准确,间接使得计算的节水率结果准确,能够准确反应冷却塔的节水性能。
消雾性能采用出塔空气实测特性曲线与设定好的消雾特性曲线对比的方法进行评价,计算得到消雾指数和出塔空气掺混系数,一级羽雾保障消雾冷却塔应采用消雾指数来评价消雾效果;二级羽雾保障消雾冷却塔应采用消雾指数及出塔空气掺混系数两个指标来评价消雾效果,测试结果客观准确,能够准确反应冷却塔的消雾性能。
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为模块消雾节水冷却塔外观图;
图2和图3为测试评价方法中参数测点布置示意图;
图4为出塔空气扩散实测特征曲线图;
图5为出塔空气特征曲线图;
图6为出塔空气扩散设定特征曲线图;
图7为消雾节水型冷却塔消雾性能的定性判别曲线图;
图8为出塔空气相对湿度的修正值曲线图;
图9为出塔最大湿度曲线图。
具体实施方式
实施例1,如图1所示,一种模块消雾冷却塔,包括风机系统、集水池、消雾模块、除水器、配水系统和填料;所述风机系统7设置在集水池8的上方的风筒内,风机系统7的最底部设置有淋水填料6,淋水填料6在集水池8的上方,淋水填料6的上方设置有配水系统5,所述配水系统5的上方设置有除水器4,除水器4的上方设置有消雾模块9。
如图2和图3所示,基于上述结构,本发明的模块消雾冷却塔消雾性能测量以及计算评价方法包括以下步骤:
步骤1,循环冷却水流量测量:当采用便携式超声波流量计测量时,测点宜布置在冷却塔进水管段,根据管径大小,满足前10后5的原则(前面预留10倍管径长度,后预留5倍管径长度)测量。当进水管管段无法满足测量要求时,测点可布置在从进水侧算起的直段长2/3处。
当采用皮托管测量循环冷却水流量时应符合下列规定:
1.1,在进水管道的测试断面划分等面环,测点应布置在该断面相互垂直的两条直径上。
1.2,从管中心到各等面环测点的距离应按照下式计算:
式中:Rn-从管中心到各等面环测点的距离(m);
R-测量断面管道半径(m);
n-从管中心算起的测点序号;
m-等面积环数(个)。
1.3,面环划分数量应符合下表规定。
步骤2,水温测量,包括进塔水温和出塔水温:进塔水温度宜在进塔水管段上设置的测点测量。单座冷却塔或冷却塔群测试时,出塔水温可在出塔水管(沟)或水泵出口测量,并应符合下列规定:在出水管测量时,可以装测温套管或接水到容器中测定;在出水沟道中测量时,测点布置沿宽度方向不宜少于3处,沿深度方向不宜少于2处。当测试断面水温分布不均或成层分布时,应沿沟道宽度和深度方向增加测点;在水泵出口测量时,应计入水泵能量损失引起的水温升高。
步骤3,大气压力、环境风速和风向测量:大气压力测量、环境风速和风向的测点应布置在冷却塔的上风向的开阔地带,测点距塔或塔群边缘的距离应不小于30m。风速风向仪的安装高度宜在地面以上1.5m~2.0m处。
步骤4,进塔空气参数测量:冷却塔下部进风口空气干湿球温度的测量,应按现行行业标准《工业冷却塔测试规程》DL/T 1027相关的规定执行,冷却塔上部进风口空气干湿球温度测点,应布置在百叶窗外侧,单侧测点数量不少于2个。上部进风口百叶窗处空气流量的测量应符合下列规定:
4.1,进塔空气流量测量点宜布置在百叶窗中心线上,对单个进风百叶窗按轴对称或等间距均匀布置,单个测点代表面积不应大于1m2;
4.2,计算进塔空气流量时应扣除过风盲区面积。
下部进风口空气流量的测量应符合下列规定:
4.2.1,若进风口无百叶窗,应将进风口划分成若干个等面积方格,在每个方格中心测量风速,方格尺寸不宜大于1m×1m;
4.2.2,若进风口有百叶窗,测点宜等间距布置;
4.3,计算风量时应扣除过风盲区面积。
步骤5,出塔空气参数测量:出塔空气的干湿球温度和出塔流速的测量应在冷却塔风机叶片下0.2m或风筒出口断面处测量。测点布置应满足下列要求:对圆形出口断面,选取4个半径,每个半径上按等面环布置5个测点。若是小直径风筒,则测点总数不得少于8个;出塔空气干湿球温度的测量,通过温度传感器的空气流速不应小于3m/s,同时应保证没有水滴接触到干球温度传感器;对出塔空气流速的测量,可选择旋桨式风速计或皮托管加微压计,测点位置与干湿球温度测点相同。
步骤6,风机电机功率宜采用功率表直接测量,或测定电动机的电流、电压和功率因数后计算确定。当在控制室测量功率且配电线路距电动机较远时,应考虑线路的功率损耗,并对结果进行修正。
步骤7,消雾性能评价
模块消雾冷却塔消雾性能,应采用出塔空气实测特性曲线与设定好的消雾特性曲线对比的方法进行评价。一级羽雾保障消雾冷却塔应采用消雾指数来评价消雾效果;二级羽雾保障消雾冷却塔应采用消雾指数及出塔空气掺混系数两个指标来评价消雾效果,一级羽雾保障消雾冷却塔是在消雾设计点条件下,冷却塔出风口上方2倍风筒出口直径高度内有少量透明可见雾团的冷却塔。二级羽雾保障消雾冷却塔是在消雾设计点条件下,冷却塔出风口区域无可见雾团的冷却塔。
7.1,设定同一风机安装角度下的消雾特性曲线,曲线应满足下列规定:
7.1.1、曲线应包含设计降温幅度为80%、100%、120%时和循环冷却水流量为设计流量值的90%、100%、110%时的9组性能曲线组合;
7.1.2、每组曲线应至少有4条相对湿度曲线。
消雾特性曲线可分为出塔空气特征曲线和出塔空气最大湿度曲线,测试评价应与设定的曲线保持一致。
7.1.3、设定出塔空气特征曲线应满足下列规定:
A1,曲线图应按增量标度,最小温度刻度每毫米不大于0.2℃;
A2,进塔空气相对湿度的增量应不大于20%;
A3,应至少保证相对湿度100%、80%、60%、40%的四条曲线。
7.1.4、设定出塔空气最大湿度曲线应满足下列规定:
B1,曲线图按增量标度,横坐标最小温度刻度应每毫米不大于0.2℃;
B2,纵坐标的最小刻度应每毫米0.5%;
B3,进塔空气相对湿度的增量应不大于20%;
B4,应至少保证相对湿度100%、80%、60%、40%的四条曲线。
7.2,根据设定的出塔空气特征曲线计算消雾指数,具体包括以下步骤:
7.2.1,由于存在实测大气压与焓湿图中的大气压力不同,应对实测进塔空气、环境空气与出塔空气的相对湿度进行修正,修正过程应按下式计算:
Rhc=Rh×(pa/pm)式1;
式中:Rhc-修正后的空气相对湿度(%);
Rh-实测算出的空气相对湿度(%);
pa-焓湿图对应的大气压,应取消雾设计点的大气压(kPa);
pm-实测的大气压(kPa)。
7.2.2、在焓湿图中绘制出塔空气扩散实测特征曲线,应按下列步骤进行:
C1、在焓湿图中绘制环境空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
C2、在焓湿图中绘制出塔空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
C3、在焓湿图中绘制两点的连线作为出塔空气扩散实测特征曲线。
7.2.3、在计算设定出塔的空气相对湿度时,应在设定出塔空气特征曲线上,通过线性插值,读出实测条件下冷却塔设计出塔空气干湿球温度,并计算设定的出塔空气相对湿度。
7.2.4、绘制出塔空气扩散设定特征曲线时,应按下列步骤进行:
D1、在焓湿图中绘制环境空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
D2、在焓湿图中绘制设计出塔空气干球温度与相对湿度确定的点;
D3、在焓湿图中绘制两点的连线作为出塔空气扩散设计特征曲线。
7.2.5、比较出塔空气扩散实测特征曲线与出塔空气扩散设定特征曲线,若出塔空气扩散设定特征曲线在出塔空气扩散实测特征曲线和饱和曲线之间,则消雾性能满足设计要求,否则不满足设计要求。
为进一步量化冷却塔消雾性能与设计要求的符合程度,采用消雾指数量化表示。需要对设定的出塔空气相对湿度进行修正,将实测出塔空气等焓线与出塔空气扩散设定特征曲线的交点处的相对湿度作为修正后的结果。
7.2.6、消雾指数应采用下式计算:
TPI=RHgc/RHm 式2;
式中:TPI-消雾指数;
RHgc-设定的出塔空气相对湿度(%);
RHm-按式1修正后的实测出塔空气相对湿度(%)。
7.3,根据设定的出塔空气最大湿度曲线计算消雾指数应按下列步骤进行:
7.3.1、实测大气压与焓湿图的大气压不一致时,应采用本标准公式1对实测空气相对湿度进行修正。
7.3.2、在焓湿图中绘制出塔空气扩散实测特征曲线时,应按下列步骤进行:
E1、在焓湿图中绘制环境空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
E2、在焓湿图中绘制出塔空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
E3、在焓湿图中绘制两点的连线作为出塔空气扩散实测特征曲线。
7.3.3、在焓湿图中绘制出塔空气扩散设定特征曲线时,应在设定的出塔最大湿度曲线上,通过线性插值,读出实测条件下冷却塔设定出塔空气的相对湿度,并绘制出塔空气扩散设计特征曲线。
7.3.4、对设定的出塔空气相对湿度的修正,应在湿空气焓图中找出与出塔空气扩散实测特征曲线相切的相对湿度曲线,则该相对湿度曲线的对应值即为设定出塔空气的最大相对湿度。
采用公式2对消雾指数进行计算
7.4,二级羽雾保障冷凝式消雾节水冷却塔应保证出塔的空气掺混均匀,冷却塔空气出口断面上各测点的相对湿度应控制在平均相对湿度的0.8~1.2倍范围之内。
7.5,当冷却塔空气出口若干测点的相对湿度不满足上述步骤7.4的要求时,则相关测点的空气流量之和不应超过出口断面空气总流量的15%。
7.6,出塔空气掺混系数应采用下式计算:
MQ=(1-∑Vvi/∑Vv)×100% 式3;
式中:MQ-出塔空气掺混系数(%);
Vvi-相对湿度偏离其断面加权平均值超过20%的测点的流速垂向分量(m/s)。
Vv-实测的出塔空气流速的垂向分量。
空气参混系数是用来考核二级羽雾保障消雾冷却塔的定量考核指标。
二级羽雾保障消雾冷却塔的消雾性能应符合下列规定:
(1)消雾指数不应小于1;
(2)满足二级羽雾保障消雾冷却塔需要出塔空气参混系数不小于85%。
一级羽雾保障消雾冷却塔的消雾性能时消雾指数不应小于1。
现行的《消雾节水型冷却塔验收测试规程》(T/CECS 517)中,将白昼时间发生可见雾的频率为15%~20%的气象条件作为消雾设计点。若这样确定消雾设计点,则需要考虑冷凝式消雾节水冷却塔所在地全年的气象条件。由于各地气象差异较大,因此每个地区消雾点设计值偏离较大。
用户往往希望,不用仪表测量就能直观判断消雾效果的好坏,所以给出了一级羽雾保障消雾冷却塔和二级羽雾保障消雾冷却塔的定性描述。除了定性描述和直观判断外,还给出了两级羽雾保障的定量考核指标,即一级羽雾保障消雾冷却塔用消雾指数考核,二级羽雾保障消雾冷却塔用消雾指数和出塔空气掺混系数来考核。
出塔空气掺混系数是反映二级羽雾保障消雾冷却塔出塔空气掺混均匀程度的量化指标。
具体实施例如下:
某项目测试结果:
表1设计工况与实测工况对比
参数 | 单位 | 设计值 | 实测值 |
循环冷却水流量 | m3/h | 5000 | 5000 |
进塔水温 | ℃ | 37.5 | 38.0 |
出塔水温 | ℃ | 27.5 | 28.0 |
进出塔水温降 | ℃ | 10.0 | 10.0 |
大气压力 | kPa | 102.9 | 102.3 |
进塔空气干球温度 | ℃ | 5.0 | 6.1 |
进塔空气湿球温度 | ℃ | 2.1 | 2.8 |
进塔空气相对湿度 | % | 60.0 | 56.29 |
环境空气干球温度 | ℃ | 5.0 | 6.0 |
环境空气湿球温度 | ℃ | 2.1 | 2.6 |
环境空气相对湿度 | % | 60.0 | 54.85 |
进出口空气流量的测试数据如表2所示。
表2进出塔空气流量
出塔空气参数如表3所示。
表3出塔空气参数以及计算值
分析表1、表2、表3数据设定大气压力为102.9kPa,实测大气压力为102.3kPa,采用上文中公式1对环境空气参数及进出塔空气参数进行修正。
修正后的环境空气相对湿度为55.17%;
修正后的进塔空气相对湿度为56.62%;
修正后的出塔空气相对湿度为83.83%;
(1)根据出塔空气特性曲线计算消雾指数。
1)绘制出塔空气扩散实测特征曲线。
在湿空气焓湿图中标出以下两点:
点1.环境空气参数:干球温度6℃、相对湿度55.17%;
点2.实测出塔空气参数:干球温度26.8℃、相对湿度83.83%。连接两点的直线就是出塔空气扩散实测特征曲线,如图4所示。
2)根据出塔空气特性曲线计算设计出塔空气参数。
该冷凝式消雾节水冷却塔设计参数为:循环冷却水量5000m3/h,进出塔温降10℃;消雾气象条件为:空气干球温度5℃,湿球温度2.1℃,相对湿度60%。设计条件下出塔空气特征曲线如图5所示。根据实测进塔空气参数,即湿球温度2.8℃,相对湿度56.62%,参照图5中的数据,通过线性插值获得实测进塔空气条件下的设计出塔空气参数,即干球温度为26.6℃,湿球温度24.6℃,大气压力102.9kPa,相对湿度85%。
3)绘制出塔空气扩散设计特征曲线。
在图6中标出以下两点:
点1.环境空气参数:干球温度6.0℃、相对湿度55.17%;
点2.设计出塔空气参数:干球温度26.6℃、相对湿度85%。在图6中标出出塔空气扩散设计特征曲线。将出塔空气扩散实测曲线和设计特征曲线绘制在同一张焓湿图中,如图7所示。可以定性判断消雾节水型冷却塔的消雾性能。设计特征曲线位于实测特征曲线与饱和曲线之间,则消雾冷却塔符合设计要求。
4)实测条件下设计出塔空气湿度的修正
设计出塔空气的相对湿度需要根据实测出塔空气的等焓线进行修正,如图8所示。从图中可以看出,设计出塔空气温度的相对湿度修正后为86.4%。
5)计算消雾指数
该冷凝式消雾节水冷却塔的设计出塔空气的相对湿度为86.4%。实测出塔的相对湿度为83.83%。根据计算,消雾指数为86.4%/83.83%=1.03。
(2)根据出塔最大相对湿度曲线计算设计出塔空气参数
1)根据出塔空气的最大湿度曲线计算设计出塔空气参数
设计条件下该冷凝式消雾节水冷却塔出塔空气的最大湿度曲线如图9所示。实测进塔空气的干球温度为6.1℃,相对湿度为56.62%,由该点查得,冷却塔出口的最大相对湿度为92.4%,即为设计出塔空气的最大相对湿度。
2)实测出塔空气相对湿度的修正
在湿空气焓图中绘制出与出塔空气扩散实测特征曲线相切的相对湿度曲线,即可读出实测条件下出塔空气最大相对湿度91%。
3)计算消雾指数
此种算法条件下,消雾冷却塔设计出塔空气最大的湿度为92.4%,实测出塔空气最大相对湿度为91%,冷却塔消雾指数为92.4%/91%=1.015,故冷却塔满足性能要求。
(3)计算出塔空气掺混系数
由图7可以看出,实测条件下出塔空气的加权平均湿度为83.34%,在允许的相对湿度范围66.67%~100.00%(平均值的0.8倍~1.2倍)之内,且表中各测点的相对湿度都没超出此范围,那么掺混系数为100%,满足二级羽雾保障消雾冷却塔的要求。
步骤8,冷却塔节水性能进行评价
通过步骤1至步骤6采集的数据计算冷却塔节水率,测量参数应包括:环境空气的干球温度和湿球温度、环境风速、大气压、进出塔空气的干球温度和湿球温度、出塔空气量、百叶窗进风量、冷却塔单元的循环冷却水流量、进出塔水温、风机电机功率、出塔空气的流速,通过冷却塔节水率对冷却塔节水性能进行评价。
节水率的计算公式如下:
式中,ηw-节水率(%);
Gdin-下部进塔干空气质量流量(kg/h);
Guin-上部进塔干空气质量流量(kg/h);
Gout-冷却塔出口干空气质量流量(kg/h);
χdin-下部进口空气含湿量(kg/kg(DA));
χuin-上部进口空气含湿量(kg/kg(DA));
χfout-出填料空气含湿量(kg/kg(DA));
χout-冷却塔出口空气含湿量(kg/kg(DA))。
出填料空气含湿量的计算应符合下列要求:
8.1,应将进出塔水温划分为若干计算单元,出塔水温区间划分的计算单元不应少于100个,出填料空气含湿量及对应的焓值通过差分计算得到。
8.2,出填料空气含湿量及焓值应按下列公式计算:
出填料空气含湿量:
出填料空气焓值:
式中,cw-空气比热,取1.005kJ/(kg·℃);
Δt-单元水温差,℃;
χ”t|i-当前水温对应的饱和含湿量(kg/kg(DA));
χi-当前空气对应的含湿量(kg/kg(DA));
G-对应的干空气质量流量(kg/h);
ii-当前空气的焓值(kJ/kg);
ti-当前的水温(℃);
i”t|i-当前水温对应的饱和湿空气焓值(kJ/kg);
γ-水的汽化潜热,可取2500kJ/kg。
Lefi-当前的路易斯系数,其计算公式如下:
其中Le为0.865。
8.3,空气过饱和时,出填料空气含湿量及焓值应按下列公式计算:
出填料空气含湿量:
出填料空气焓值:
式中,χ”i-当前空气温度对应的饱和含湿量(kg/kg(DA));
式中的Lefi为当前的路易斯系数,其计算公式如下:
式中的qi计算如下:
式中,χ2-冷却塔出口空气含湿量(kg/kg(DA));
qi-进塔水流量(kg/s)。
首先利用测量风速平均值以及有效面积计算进出风量整理表格如下:
根据测试的大气压及空气的干湿球温度,计算进出口空气的参数,如下表4所示:
表4进出口空气的参数表
根据表2、表3和表4中下部进风口的风量,进出塔的循环冷却水流量、下部进风口的空气参数及循环冷却水的进出口温度,按照上面所述出塔空气参数的计算方法,采用差分法计算。可选择进出塔水温区间划分的计算单元不应少于100个,计算时,对出塔空气先预设一个含湿量,再用差分方程求解出塔空气含湿量,若跟预设含湿量的差值小于千分之一,则认为预设含湿量正确。本次计算出填料区的相对湿度为132%,含湿量为42.7g/kg。
计算的节水率如下:
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)
1.一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1,循环冷却水流量测量;
步骤2,水温测量,包括进塔水温和出塔水温测量;
步骤3,大气压力、环境风速和风向测量;
步骤4,进塔空气参数测量,包括进塔空气干湿球温度的测量和进塔空气流量的测量;
步骤5,出塔空气参数测量,包括出塔空气的干湿球温度和出塔流速的测量;
步骤6,风机电机功率测量;
步骤7,消雾性能评价;
模块消雾冷却塔的消雾性能,通过步骤1至步骤6采集的数据绘制出出塔空气实测特性曲线,将出塔空气实测特性曲线与设定好的消雾特性曲线进行对比,并计算消雾指数和出塔空气掺混系数;
将模块消雾冷却塔的羽雾等级包括一级羽雾和二级羽雾,一级羽雾标准是冷却塔出风口上方2倍于风筒出口直径高度内有少量透明可见雾团的冷却塔;二级羽雾标准是冷却塔出风口区域无可见雾团的;一级羽雾采用消雾指数来评价消雾效果;二级羽雾采用消雾指数及出塔空气掺混系数两个指标来评价消雾效果;
步骤8,冷却塔节水性能进行评价;
通过步骤1至步骤6采集的数据计算冷却塔节水率,通过冷却塔节水率对冷却塔节水性能进行评价。
2.如权利要求1所述的一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,其特征在于:所述步骤1中当采用便携式超声波流量计测量时,测点宜布置在冷却塔进水管段,根据管径大小,满足前10后5的原则测量,即前面预留10倍管径长度,后预留5倍管径长度;当进水管管段无法满足测量要求时,测点可布置在从进水侧算起的直段长2/3处;
当采用皮托管测量循环冷却水流量时应符合下列规定:
1.1,在进水管道的测试断面划分等面环,测点应布置在该断面相互垂直的两条直径上;
1.2,从管中心到各等面环测点的距离应按照下式计算:
式中:Rn-从管中心到各等面环测点的距离;
R-测量断面管道半径;
n-从管中心算起的测点序号;
m-等面积环数。
3.如权利要求1所述的一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,其特征在于:所述步骤7包括以下步骤:
7.1,设定同一风机安装角度下的消雾特性曲线,曲线应满足下列规定:
7.1.1、曲线应包含设计降温幅度为80%、100%、120%时和循环冷却水流量为设计流量值的90%、100%、110%时的9组性能曲线组合;
7.1.2、每组曲线应至少有4条相对湿度曲线;
消雾特性曲线可分为出塔空气特征曲线和出塔空气最大湿度曲线,测试评价应与设定的曲线保持一致;
7.1.3、设定出塔空气特征曲线应满足下列规定:
A1,曲线图应按增量标度,最小温度刻度每毫米不大于0.2℃;
A2,进塔空气相对湿度的增量应不大于20%;
A3,至少保证相对湿度100%、80%、60%、40%的四条曲线;
7.1.4、设定出塔空气最大湿度曲线应满足下列规定:
B1,曲线图按增量标度,横坐标最小温度刻度应每毫米不大于0.2℃;
B2,纵坐标的最小刻度应每毫米0.5%;
B3,进塔空气相对湿度的增量应不大于20%;
B4,应至少保证相对湿度100%、80%、60%、40%的四条曲线。
4.如权利要求3所述的一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,其特征在于:所述步骤7还包括以下步骤:
7.2,根据设定的出塔空气特征曲线计算消雾指数,具体包括以下步骤:
7.2.1,由于存在实测大气压与焓湿图中的大气压力不同,应对空气的相对湿度进行修正;
7.2.2、在焓湿图中绘制出塔空气扩散实测特征曲线,应按下列步骤进行:
C1、在焓湿图中绘制环境空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
C2、在焓湿图中绘制出塔空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
C3、在焓湿图中绘制两点的连线作为出塔空气扩散实测特征曲线;
7.2.3、在计算设定出塔的空气相对湿度时,应在设定出塔空气特征曲线上,通过线性插值,读出实测条件下冷却塔设计出塔空气干湿球温度,并计算设计出塔空气的相对湿度;
7.2.4、绘制出塔空气扩散设定特征曲线时,应按下列步骤进行:
D1、在焓湿图中绘制环境空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
D2、在焓湿图中绘制设计出塔空气干球温度与相对湿度确定的点;
D3、在焓湿图中绘制两点的连线作为出塔空气扩散设计特征曲线;
7.2.5、比较出塔空气扩散实测特征曲线与出塔空气扩散设定特征曲线,若出塔空气扩散设定特征曲线在出塔空气扩散实测特征曲线和饱和曲线之间,则消雾性能满足设计要求,否则不满足设计要求;
对设定的出塔空气相对湿度进行修正,将实测出塔空气等焓线与出塔空气扩散设定特征曲线的交点处的相对湿度作为最后的设定的出塔空气相对湿度,根据设定的出塔空气相对湿度和修正后的实测出塔空气相对湿度计算消雾指数。
5.如权利要求3所述的一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,其特征在于:所述步骤7还包括以下步骤:
7.3,根据出塔空气最大湿度曲线计算消雾指数应按下列步骤进行:
7.3.1、实测大气压与焓湿图的大气压不一致时,应对实测空气相对湿度进行修正;
7.3.2、在焓湿图中绘制出塔空气扩散实测特征曲线时,应按下列步骤进行:
E1、在焓湿图中绘制环境空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
E2、在焓湿图中绘制出塔空气干球温度与修正后的相对湿度确定的点;
E3、在焓湿图中绘制两点的连线作为出塔空气扩散实测特征曲线;
7.3.3、在焓湿图中绘制出塔空气扩散设计特征曲线时,应在设定的出塔最大湿度曲线上,通过线性插值,读出实测条件下冷却塔设计出塔的相对湿度,并绘制出塔空气扩散设计特征曲线;
7.3.4、对设定的出塔空气相对湿度的修正,应在湿空气焓图中找出与出塔空气扩散实测特征曲线相切的相对湿度曲线,则该相对湿度曲线的对应值即为最后的设定出塔空气的相对湿度;
根据设定的出塔空气相对湿度和修正后的实测出塔空气相对湿度计算消雾指数。
6.如权利要求4或5所述的一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,其特征在于:所述空气的相对湿度修正过程应按下式计算:
Rhc=Rh×(pa/pm)式1;
式中:Rhc-修正后的空气相对湿度%;
Rh-实测算出的空气相对湿度%;
pa-焓湿图对应的大气压,应取消雾设计点的大气压kPa;
pm-实测的大气压kPa;
所述消雾指数的计算公式如下:
TPI=RHgc/RHm式2;
式中:TPI-消雾指数;
RHgc-设定的出塔空气相对湿度%;
RHm-按式1修正后的实测出塔空气相对湿度%。
7.如权利要求6所述的一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,其特征在于:所述步骤7还包括以下步骤:
7.4,二级羽雾的消雾性能应保障消雾节水冷却塔应保证出塔的空气掺混均匀,冷却塔空气出口断面上各测点的相对湿度应控制在平均相对湿度的0.8~1.2倍范围之内;
7.5,当冷却塔空气出口若干测点的相对湿度不满足上述步骤7.4的要求时,则相关测点的空气流量之和不应超过出口断面空气总流量的15%;
7.6,出塔空气掺混系数应采用下式计算:
MQ=(1-∑Vvi/∑Vv)×100%式3;
式中:MQ-出塔空气掺混系数%;
Vvi-相对湿度偏离其断面加权平均值超过20%的测点的流速垂向分量(m/s);
Vv-实测的出塔空气流速的垂向分量。
8.如权利要求7所述的一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,其特征在于:所述二级羽雾保障消雾冷却塔的消雾性能应符合:消雾指数不应小于1以及满足二级羽雾保障消雾冷却塔需要出塔空气参混系数不小于85%;
所述一级羽雾保障消雾冷却塔的消雾性能时消雾指数不应小于1。
9.如权利要求1所述的一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,其特征在于:所述节水率的计算公式如下:
式中,ηw-节水率%;
Gdin-下部进塔干空气质量流量;
Guin-上部进塔干空气质量流量;
Gout-冷却塔出口干空气质量流量;
χdin-下部进口空气含湿量;
χuin-上部进口空气含湿量;
χfout-出填料空气含湿量;
χout-冷却塔出口空气含湿量;
出填料空气含湿量的计算应符合下列要求:
8.1,应将进出塔水温划分为若干计算单元,出塔水温区间划分的计算单元不应少于100个,出填料空气含湿量及对应的焓值通过差分计算得到;
8.2,出填料空气含湿量及焓值应按下列公式计算:
出填料空气含湿量:
出填料空气焓值:
式中,cw-空气比热;
Δt-单元水温差;
χ”t|i-当前水温对应的饱和含湿量;
χi-当前空气对应的含湿量;
G-对应的干空气质量流量;
ii-当前空气的焓值;
ti-当前的水温;
i”t|i-当前水温对应的饱和湿空气焓值;
γ-水的汽化潜热;
8.3,空气过饱和时,出填料空气含湿量及焓值应按下列公式计算:
出填料空气含湿量:
出填料空气焓值:
式中,χ”i-当前空气温度对应的饱和含湿量。
10.如权利要求9所述的一种模块消雾冷却塔消雾节水性能的评价方法,其特征在于:所述Lefi-当前的路易斯系数,其计算公式如下:
其中Le为0.865;
式中的qi计算如下:
式中,χ2-冷却塔出口空气含湿量;
qi-进塔水流量。
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