JPS5939680B2 - 冷却塔制御方式 - Google Patents
冷却塔制御方式Info
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- JPS5939680B2 JPS5939680B2 JP9831478A JP9831478A JPS5939680B2 JP S5939680 B2 JPS5939680 B2 JP S5939680B2 JP 9831478 A JP9831478 A JP 9831478A JP 9831478 A JP9831478 A JP 9831478A JP S5939680 B2 JPS5939680 B2 JP S5939680B2
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- cooling
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は工業用冷却塔の運転を自動化し、あわせて運転
動力を節減する制御方法に関するものである。
動力を節減する制御方法に関するものである。
高炉の炉体冷却設備や水砕設備では、使用した高温の冷
却水を冷却塔で所定の温度まで冷却して循環使用してい
る。
却水を冷却塔で所定の温度まで冷却して循環使用してい
る。
この冷却塔は、温水を冷却塔上部まで揚水する揚水ポン
プと冷却用空気を送風する冷却ファンをそれぞれ数台備
えているが、温水の流量・温度はその時の操業内容によ
り変化し、外気温度も季節や天候により大幅に変動する
から、冷却塔の能力は、条件の最も厳しい時を仮定して
それを満足しうるように設計されている。
プと冷却用空気を送風する冷却ファンをそれぞれ数台備
えているが、温水の流量・温度はその時の操業内容によ
り変化し、外気温度も季節や天候により大幅に変動する
から、冷却塔の能力は、条件の最も厳しい時を仮定して
それを満足しうるように設計されている。
従って常時は相当の余力をもって運転していることにな
り、経済的な運転をするためには、揚水量あるいは送風
量をその時の条件に応じて加減させ、運転動力を軽減す
る必要がある。
り、経済的な運転をするためには、揚水量あるいは送風
量をその時の条件に応じて加減させ、運転動力を軽減す
る必要がある。
しかし、従来からこれらのポンプやファンの運転は、運
転員の判断による手動運転に頼っているのが現状であり
、たとえば水砕設備のように負荷が激しく変動する場合
、運転員の判断が困難になるので、どうしても安全サイ
ドの運転になりがちで、冷却水の温度を所定の温度より
も下げ気味となり、消費電力の不必要な増加を招くこと
になる。
転員の判断による手動運転に頼っているのが現状であり
、たとえば水砕設備のように負荷が激しく変動する場合
、運転員の判断が困難になるので、どうしても安全サイ
ドの運転になりがちで、冷却水の温度を所定の温度より
も下げ気味となり、消費電力の不必要な増加を招くこと
になる。
本来、運転員が最適な送風量または揚水量を決めるには
、多くのプロセス量の把握にもとづく複雑な判断を必要
とするため、手動運転により最適な調整をすることは事
実上無理である。
、多くのプロセス量の把握にもとづく複雑な判断を必要
とするため、手動運転により最適な調整をすることは事
実上無理である。
なお、外気温度や冷却塔で冷却された冷水の温度を計測
し、目標値と比較して冷却水温度を一定に保持しようと
する方法があるが、変動に対する応動がおそく、負荷が
急激に変動する場合には不十分であったｇ 本発明は上記の点を改善し、冷却塔に供給される温水の
状態と外気温度とを計測して制御を行ない。
し、目標値と比較して冷却水温度を一定に保持しようと
する方法があるが、変動に対する応動がおそく、負荷が
急激に変動する場合には不十分であったｇ 本発明は上記の点を改善し、冷却塔に供給される温水の
状態と外気温度とを計測して制御を行ない。
運転条件の変動に即応して冷却ファンまたは揚水ポンプ
を調整し、運転動力を節減しつるようにしたものである
。
を調整し、運転動力を節減しつるようにしたものである
。
まず、基本的原理について水砕設備における冷却塔を例
として考察すると、この設備では、第２図に示すような
スケジュール操業が繰り返し行なわれており、この設備
から冷却塔へ戻される温水の水量・温度がかなり広い範
囲に、周期的に変動することを示している。
として考察すると、この設備では、第２図に示すような
スケジュール操業が繰り返し行なわれており、この設備
から冷却塔へ戻される温水の水量・温度がかなり広い範
囲に、周期的に変動することを示している。
これに加えて外気温度は、季節や時刻によって相当の変
化があり、乾球温度と湿球温度の差も２〜３℃程度であ
ることが多く、異常乾燥のときは１０℃前後になること
もある。
化があり、乾球温度と湿球温度の差も２〜３℃程度であ
ることが多く、異常乾燥のときは１０℃前後になること
もある。
ところで、向流式冷却塔における水と空気の交換熱量を
考えてみると、その交換熱量は、接触する水と空気のも
つエンタルピの差に比例することがわかっている。
考えてみると、その交換熱量は、接触する水と空気のも
つエンタルピの差に比例することがわかっている。
ただし、水のもつエンタルピとは、その水と同一の温度
の飽和空気のエンタルピのことをいう。
の飽和空気のエンタルピのことをいう。
水の温度と空気のエンタルピとの関係は、水の蒸発量を
空気の流量に比べ無視すれば、湿り空気の温度りと飽和
空気のエンタルピｉとの関係をあられしたｔ −ｉ線図
（第３図）の直線１−２で表わされ、一般に操作線と呼
ばれている。
空気の流量に比べ無視すれば、湿り空気の温度りと飽和
空気のエンタルピｉとの関係をあられしたｔ −ｉ線図
（第３図）の直線１−２で表わされ、一般に操作線と呼
ばれている。
また、湿り空気のエンタルピは、湿球温度で近似的に代
表することができる。
表することができる。
なお、第３図の符号に付した添字１・２は水あるいは空
気の入口および出口に対して用いである。
気の入口および出口に対して用いである。
空気と水が交流する塔の有効高さＺ、および交換係数（
Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｕｎｉｔ ）
Ｕは次式で表わされる。
Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｕｎｉｔ ）
Ｕは次式で表わされる。
ただし ｉ 二空気のエンタルピ（Ｋｃａｌ／ｋｇ’た
だしＫｇ′は乾き空気の重量） ｉｗ’ ：温度ｔｗ℃の飽和空気のエンタルピ（Ｋｃ
ａｌ／ｋｇ’ ） ｔ１′：空気の湿球温度（’Ｃ） ｔｗ ：水の温度 （℃） Ｇ ：空気の流量 （ｋ ｇ’／ｈ ）Ｌ ：水の流
量 （ｋｇ／ｈ） Ａ ：空気の流動方向と直角な塔断面 積 （？？Ｚ”） ａ ：塔内単位体積当りの空気と水の 接触する有効表面積（シ背） Ｋ ：エンタルピ基準総括面積熱伝導 係数 （Ｋｃａｌ／ｒｒＩＡｉｈ） Ｎ：Ｌ／Ｇ水空気比 （１）式の右辺に含まれるｋａ値は、数多くの実験より
次の関係があるとされている。
だしＫｇ′は乾き空気の重量） ｉｗ’ ：温度ｔｗ℃の飽和空気のエンタルピ（Ｋｃ
ａｌ／ｋｇ’ ） ｔ１′：空気の湿球温度（’Ｃ） ｔｗ ：水の温度 （℃） Ｇ ：空気の流量 （ｋ ｇ’／ｈ ）Ｌ ：水の流
量 （ｋｇ／ｈ） Ａ ：空気の流動方向と直角な塔断面 積 （？？Ｚ”） ａ ：塔内単位体積当りの空気と水の 接触する有効表面積（シ背） Ｋ ：エンタルピ基準総括面積熱伝導 係数 （Ｋｃａｌ／ｒｒＩＡｉｈ） Ｎ：Ｌ／Ｇ水空気比 （１）式の右辺に含まれるｋａ値は、数多くの実験より
次の関係があるとされている。
ｍＧｎ
Ｋａ＝Ｃ（−） （−） ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（３）Ａ ｅ”ｍ”Ｈの値は、それぞれ充填物の種類によって定ま
る値であって、塔内断面の単位面積を流れる水量と風量
の関数としてｋａの値を表示できることを示している。
・・・・・・・・・・・（３）Ａ ｅ”ｍ”Ｈの値は、それぞれ充填物の種類によって定ま
る値であって、塔内断面の単位面積を流れる水量と風量
の関数としてｋａの値を表示できることを示している。
また、ｍ＋ｎ中１の関係がある。
したがってで示され、各種の実験結果を示すと、
リヒテンシュタイン（Ｌｉｃｈｔｅｎｓｔｅｉｎ ）の
塔ではＡ氏（内田氏）の噴霧塔では になっており、リヒテンシュタインとＡ氏の塔について
ｔｗ、 ＝ ５０°Ｃの場合のＵ／ＮとＮの関係を第４
図に示す。
塔ではＡ氏（内田氏）の噴霧塔では になっており、リヒテンシュタインとＡ氏の塔について
ｔｗ、 ＝ ５０°Ｃの場合のＵ／ＮとＮの関係を第４
図に示す。
図の中の曲線はＵ／Ｈの値を示しており、直線との交点
が（５）または（６）式を満している。
が（５）または（６）式を満している。
Ａ氏の噴霧塔の場合、水空気比Ｎはｔｗｌ−５０〜７０
°Ｃ１ｔｗ２ ＝ ４０°Ｃ９ｔ１′＝０〜３０℃の範
囲では次の式で近似される（第５図）。
°Ｃ１ｔｗ２ ＝ ４０°Ｃ９ｔ１′＝０〜３０℃の範
囲では次の式で近似される（第５図）。
Ｎ＝３．１（ｔｗｌ−４０）−〇°６５×（４０−ｔ１
′）０°４５・・・・・・・・・・・・・・（７） しかし、冷却塔入口水温ｔｗ１＝７０℃、冷却塔出口水
温ｔｗ２＝４０°Ｃ未満のように冷却範囲が大きな値の
ときは、冷却塔内で蒸発により失なわれる水は温水水量
の４．９％にも達し、このように温度範囲が大きいとき
は、互の値が１１．４％も△ｔｗ 大きくなるので、Ｕ／Ｎの値にも影響も及ぼすことにな
り、操作線（第３図）を直線としたときの計算よりもＵ
／Ｎの値は数％大きくなる。
′）０°４５・・・・・・・・・・・・・・（７） しかし、冷却塔入口水温ｔｗ１＝７０℃、冷却塔出口水
温ｔｗ２＝４０°Ｃ未満のように冷却範囲が大きな値の
ときは、冷却塔内で蒸発により失なわれる水は温水水量
の４．９％にも達し、このように温度範囲が大きいとき
は、互の値が１１．４％も△ｔｗ 大きくなるので、Ｕ／Ｎの値にも影響も及ぼすことにな
り、操作線（第３図）を直線としたときの計算よりもＵ
／Ｎの値は数％大きくなる。
したがって流入水温度が高い場合には、（７）式のＮは
若干減らす必要がある。
若干減らす必要がある。
また、大気圧の変化によっても飽和曲線は変化する。
たとえば、通常常温では乾燥空気の同一エンタルピに対
して±１℃以内で変化する。
して±１℃以内で変化する。
さて、本発明の実施例について説明する。
第１図において、１は冷却塔、２は冷却ファン、３は揚
水ポンプ、４は加熱されて戻されてくる温水の温度を検
出する温度検出器、５は温水の流量検出器、６は冷却塔
１に流入する外気の湿球温度検出器、７は冷却後の冷却
水温度検出器、８は冷却水を水砕設備などへ供給する給
水ポンプ、９は冷却風量を求める風量演算回路、１０は
増幅器、１１は冷却ファンの台数・回転数決定回路、１
２は電力増幅器である。
水ポンプ、４は加熱されて戻されてくる温水の温度を検
出する温度検出器、５は温水の流量検出器、６は冷却塔
１に流入する外気の湿球温度検出器、７は冷却後の冷却
水温度検出器、８は冷却水を水砕設備などへ供給する給
水ポンプ、９は冷却風量を求める風量演算回路、１０は
増幅器、１１は冷却ファンの台数・回転数決定回路、１
２は電力増幅器である。
まず、目標冷却水温度ｔｗｓｏｌｌ を得るための水
空気比Ｎを、Ｎ＝＝ ｆ （ｔ ’ ＋ ｔｗｌ ）（
’＞関係か゛ら計算または実験により求めておく。
空気比Ｎを、Ｎ＝＝ ｆ （ｔ ’ ＋ ｔｗｌ ）（
’＞関係か゛ら計算または実験により求めておく。
たとえば９６式の噴霧塔では、ｔｗ ５ｏｉｌ ＝４０
℃の場合、（７）式がその計算式に相当する。
℃の場合、（７）式がその計算式に相当する。
第１図において、温水の流量し、水温ｔｗ１が激しく変
動するプロセスでは、これらを実際に連続的に計測する
。
動するプロセスでは、これらを実際に連続的に計測する
。
すなわち、流量りは流量検出器５により、温水の温度は
温度検出器４により検出する。
温度検出器４により検出する。
もつとも、これらのプロセス量があまり変動しない場合
には、あらかじめプリセットした値を用いてもよい。
には、あらかじめプリセットした値を用いてもよい。
たとえば、前段の熱交換プロセスで、水の温度一定また
は水量一定の制御を行なっている場合は、それに相当す
るプロセス量は一定値としてあつがってよい。
は水量一定の制御を行なっている場合は、それに相当す
るプロセス量は一定値としてあつがってよい。
外気湿球温度ｔ１′は湿球温度検出器６により検出する
。
。
これら検出値Ｌ 、 ｔｗｌ、 ｔ１′ は風量演算
回路９に入力され、別に入力される目標冷却温度ｔｗｓ
ｏｌｌとから必要風量Ｇを算出し、台数、回転数決定回
路１１で必要なファンを選定し、電力増幅器１２を介し
て冷却ファン２に運転指令を与える。
回路９に入力され、別に入力される目標冷却温度ｔｗｓ
ｏｌｌとから必要風量Ｇを算出し、台数、回転数決定回
路１１で必要なファンを選定し、電力増幅器１２を介し
て冷却ファン２に運転指令を与える。
さらに冷却後の冷却水の温度を検出器７で検出し、目標
冷却水温度ｔｗ ５ｏｉｌとの偏差をとりだして、増
幅器１０でレベルを調整したのち、風量演算回路９で求
めた必要風量Ｇの修正を行なう。
冷却水温度ｔｗ ５ｏｉｌとの偏差をとりだして、増
幅器１０でレベルを調整したのち、風量演算回路９で求
めた必要風量Ｇの修正を行なう。
なお、必要風量Ｇを求めるために計算式を用いずに、温
水温度ｔｗ１、湿球温度１１′のおのおの数点の値に対
するＮの値を関数テーブルとして記憶しておき、そのテ
ーブルからその時の温水温度Ｌｗ１、湿球温度ｔγに対
応したＮを探して、必要風量Ｇを定めるようにしても、
実用上さしつかえない。
水温度ｔｗ１、湿球温度１１′のおのおの数点の値に対
するＮの値を関数テーブルとして記憶しておき、そのテ
ーブルからその時の温水温度Ｌｗ１、湿球温度ｔγに対
応したＮを探して、必要風量Ｇを定めるようにしても、
実用上さしつかえない。
また外気湿球温度１１′は、外気乾燥温度と湿度を自動
計測して、この値より間接的に定めることができる。
計測して、この値より間接的に定めることができる。
また、乾球温度と湿球温度の差は、前記したように、２
〜３℃程度であり、日中一時的に５°Ｃ前後になること
もあるが、この程度の差であれば、冷却水の温度を検出
して帰還することにより充分修正可能であるから、湿球
温度のかわりに計測が容易な乾式温度をそのまま用いて
もよく、補正をしておけばよりよい結果が得られる。
〜３℃程度であり、日中一時的に５°Ｃ前後になること
もあるが、この程度の差であれば、冷却水の温度を検出
して帰還することにより充分修正可能であるから、湿球
温度のかわりに計測が容易な乾式温度をそのまま用いて
もよく、補正をしておけばよりよい結果が得られる。
なお幾常に乾燥し、乾球温度と湿球温度の差が１０℃前
後になるときは経済的な運転にならない場合もあるが、
長期的にみれば、はとんどが２〜３°Ｃで、修正可能な
範囲であるため、相当な省エネルギー効果が期待できる
。
後になるときは経済的な運転にならない場合もあるが、
長期的にみれば、はとんどが２〜３°Ｃで、修正可能な
範囲であるため、相当な省エネルギー効果が期待できる
。
温度範囲ｔｗｌ 〜ｔｗ２の値が大きい場合は、蒸発水
量・気圧の変動または計算に用いるプロセス量そのもの
の誤差等にもとづく必要風量計算の誤差が考えられるが
、これらは冷却水の温度を帰還することによって充分吸
収できる。
量・気圧の変動または計算に用いるプロセス量そのもの
の誤差等にもとづく必要風量計算の誤差が考えられるが
、これらは冷却水の温度を帰還することによって充分吸
収できる。
第６図は他の実施例で、冷却風量Ｇは一定として、揚水
量りをかえ、目標冷却水温度ｔｗ ５ｏｌｌを得るよ
うにしたものである。
量りをかえ、目標冷却水温度ｔｗ ５ｏｌｌを得るよ
うにしたものである。
１３は揚水量を決定するポンプの揚水量演算回路、１４
はポンプの台数・回転数決定回路である。
はポンプの台数・回転数決定回路である。
流れ込む温水のうち揚水ポンプ３で揚水されない分は温
水パイプ１５を介して直接冷却水槽に流れ込み、冷却水
と混合して目標冷却水一度を得ることになる。
水パイプ１５を介して直接冷却水槽に流れ込み、冷却水
と混合して目標冷却水一度を得ることになる。
流入する温水総量をＬＴとし、目標冷却水温度ｔｗｓｏ
ｌｌを得るため、温水総量ＬＴと揚水量りとの比Ｎ′＝
ｆ′（ｔ１′・ｔｗｌ）をあらかじめ計算または実験に
より求めておく。
ｌｌを得るため、温水総量ＬＴと揚水量りとの比Ｎ′＝
ｆ′（ｔ１′・ｔｗｌ）をあらかじめ計算または実験に
より求めておく。
このＮ′の値とそのときの温水総量ＬＴとから揚水量り
を演算し、台数・回転数決定回路１４で揚水ポンプ３０
台数・回転数を決定しで運転制御を行ない、さらに冷却
水温度を検出器７で検出して揚水量りを修正する。
を演算し、台数・回転数決定回路１４で揚水ポンプ３０
台数・回転数を決定しで運転制御を行ない、さらに冷却
水温度を検出器７で検出して揚水量りを修正する。
冷却塔の有効高さが大きい場合は、冷却ファンに比べて
揚水ポンプの動力に大きなエネルギーを必要とするので
、ファンを調整するよりもポンプの運転を制御する方が
省エネルギー効果はより大きくなる。
揚水ポンプの動力に大きなエネルギーを必要とするので
、ファンを調整するよりもポンプの運転を制御する方が
省エネルギー効果はより大きくなる。
ファンおよびポンプが複数台の場合、１台のみインバー
タなどによる可変速運転とし、他は定速運転のものを用
いることができる。
タなどによる可変速運転とし、他は定速運転のものを用
いることができる。
本発明によれば、温水の流量および温度の一方または両
方と、外気温度と、冷却水温の目標値によって、冷却風
量または温水の揚水量を調整するため、変動に対する応
動が早く、さらにこの調整による結果を、目標値と冷却
された冷却水温度との偏差によって修正するようにしで
あるから、負荷変動の大きい冷却塔においても、迅速か
つ確実に最適な運転状態に調整することができ、自動化
が可能で運転動力を確実に節減しつる効果が得られる。
方と、外気温度と、冷却水温の目標値によって、冷却風
量または温水の揚水量を調整するため、変動に対する応
動が早く、さらにこの調整による結果を、目標値と冷却
された冷却水温度との偏差によって修正するようにしで
あるから、負荷変動の大きい冷却塔においても、迅速か
つ確実に最適な運転状態に調整することができ、自動化
が可能で運転動力を確実に節減しつる効果が得られる。
第１図は本発明実施例を示す配置図、第２図は水砕設備
の冷却塔負荷曲線図、第３図は向流冷却の温度−エンタ
ルピ曲線図、第４図は水空気比と交換係数との関係を示
す曲線図、第５図は湿球温度と水空気比との関係を示す
曲線図、第６図は本発明の他の実施例を示す配置図であ
る。 １は冷却塔、２は冷却ファン、３は揚水ポンプ、４は温
度検出器、５は流量検出器、６は湿球温度検出器、７は
冷却水温度検出器、９は風量演算回路、１０は増幅器、
１１は冷却ファンの台数回転数決定回路、１２は電力増
幅器、１３は揚水量演算回路、１４はポンプの台数回転
数決定回路、１５は温水パイプである。
の冷却塔負荷曲線図、第３図は向流冷却の温度−エンタ
ルピ曲線図、第４図は水空気比と交換係数との関係を示
す曲線図、第５図は湿球温度と水空気比との関係を示す
曲線図、第６図は本発明の他の実施例を示す配置図であ
る。 １は冷却塔、２は冷却ファン、３は揚水ポンプ、４は温
度検出器、５は流量検出器、６は湿球温度検出器、７は
冷却水温度検出器、９は風量演算回路、１０は増幅器、
１１は冷却ファンの台数回転数決定回路、１２は電力増
幅器、１３は揚水量演算回路、１４はポンプの台数回転
数決定回路、１５は温水パイプである。
Claims (1)
- １ 温水の流量・温度の一方または両方と、外気の湿球
温度の計測値またはそれにかわるプロセス量の計測値と
、目標冷却水温度とにより必要な冷却風量または温水の
揚水量を求め、さらに冷却した後の冷却水温度と目標冷
却水温度との偏差によって前記冷却風量または温水の揚
水量を修正し、この修正した値に応じて冷却ファンまた
は揚水ポンプの運転を制御するようにした冷却塔制御方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9831478A JPS5939680B2 (ja) | 1978-08-11 | 1978-08-11 | 冷却塔制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9831478A JPS5939680B2 (ja) | 1978-08-11 | 1978-08-11 | 冷却塔制御方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5525730A JPS5525730A (en) | 1980-02-23 |
| JPS5939680B2 true JPS5939680B2 (ja) | 1984-09-25 |
Family
ID=14216450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9831478A Expired JPS5939680B2 (ja) | 1978-08-11 | 1978-08-11 | 冷却塔制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5939680B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019100669A (ja) * | 2017-12-06 | 2019-06-24 | 三菱重工業株式会社 | 補機動力決定装置、プラント、補機動力決定方法、およびプログラム |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5842596U (ja) * | 1981-09-10 | 1983-03-22 | 高砂熱学工業株式会社 | 冷却塔 |
| DE3205365C2 (de) * | 1982-01-30 | 1985-10-24 | Hamon-Sobelco Kühltürme und Apparatebau GmbH, 4630 Bochum | Kühlturm, insbesondere Naturzugkühlturm |
| JPS5993195A (ja) * | 1982-11-19 | 1984-05-29 | Kurita Water Ind Ltd | 冷却塔の制御装置 |
| US4474027A (en) * | 1983-01-31 | 1984-10-02 | The Babcock & Wilcox Company | Optimum control of cooling tower water temperature by function blocks |
| JP6887537B2 (ja) * | 2019-02-15 | 2021-06-16 | 株式会社中部プラントサービス | 冷却水系統設備及びその制御装置 |
-
1978
- 1978-08-11 JP JP9831478A patent/JPS5939680B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019100669A (ja) * | 2017-12-06 | 2019-06-24 | 三菱重工業株式会社 | 補機動力決定装置、プラント、補機動力決定方法、およびプログラム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5525730A (en) | 1980-02-23 |
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