一种自然通风逆流式湿式冷却塔循环水量在线监测方法与流程

1.本发明涉及一种自然通风逆流式湿式冷却塔循环水量在线监测方法。


背景技术：

2.火力发电厂常用的冷却塔为自然通风逆流式湿式冷却塔，这种冷却塔冷却效率高，运行费用小，维护成本低。循环水流量是电厂运行的重要的参数，冷却塔循环水量的大小直接影响冷却塔出塔水温、用水量以及冷却塔冷却效率，直接关系到电厂冷端系统运行经济性，因此有必要对循环水量进行实时监测，实现冷却塔循环水流量准确测量对电厂具有重要意义。
3.目前，大多数电厂均未实现对循环水量进行在线实时监测，缺乏较好的循环水量测试方法，这主要是由于火/核电厂循环水系统管路十分复杂，无法通过测试仪器实现实时监测，部分管路条件比较好的电厂可通过在管路上安装超声波流量探头实现流量的实时监控。
4.常用的循环水量测量方法是在循环母管上安装超声波流量计，该方法要求循环水直管段长度满足15d(d为循环水母管管径)的要求，然后再管道上布置安装超声探头，从而实现循环水量的在线测量。实际上，由于循环水管径比较大，约2.5m～4.0m，大多数电厂直管段无法满足15d的长度要求，并且即使直管段满足要求，还要将管道从地下开挖出来才能安装超声探头，工程量大，不易实施。为此，有必要设计一种冷却塔循环水流量测量方法，为循环水流量测量提供技术支持。
5.在该部分中公开的以上信息仅用于理解发明构思的背景，因此，可能包含不构成现有技术的信息。


技术实现要素：

6.为实现冷却塔环水量的准确测量，本发明提出了一种通过测量冷却塔相对竖井水位实现冷却塔循环水量的测试量方法。
7.一种自然通风逆流式湿式冷却塔循环水量在线监测方法，包括步骤：
8.s1：建立冷却塔配水系统模型，并对配水系统进行不同循环水量条件下的水力计算，给出不同水量条件下的相对竖井水位，获得循环水量与相对竖井水位的关系曲线；
9.s2：在竖井中布置液位计，对竖井液位进行监测，实时获得竖井液位的变化；以及
10.s3：将液位数据实时传输到电厂dcs数据采集系统，换算成相对竖井水位，并根据相对竖井水位与循环水量的关系，给出循环水量。
11.在一实施方式中，所述配水系统由竖井、配水槽、配水管及喷头组成，循环水从竖井进入配水槽，然后进入配水管，最后经由喷头均匀地喷洒到填料顶面。
12.优选地，所述步骤s1包括：获取冷却塔配水系统相关参数，所述冷却塔配水系统相关参数包括：内区配水管根数、外区配水管根数、内区配水槽高和宽、外区配水槽高和宽、每个配水管不同位置的管径和每个喷头口径。
13.优选地，所述步骤s1包括：计算不同相对竖井水位下每个喷头的水量、总水量、配水管水流速和水头以及计算不同循环水量的相对竖井水位，并拟合获得相对竖井水位随循环水量变化的曲线图。
14.本发明具有以下优势：
15.相对于超声波测量流量，本方法通过测试液位获得流量的方法信号比超声波稳定，不需要对管道开挖，只需将液位计安装到指定位置，更容易实施。此外，液位计比超声波流量计便宜，信号稳定，施工费用低，便于安装，实施成本大大低于超声波流量计测量。
附图说明
16.在下文中将参照附图更完全地描述本发明的一些示例实施例；然而，本发明可以以不同的形式体现，不应当被认为限于本文所提出的实施例。相反，附图与说明书一起例示本发明的一些示例实施例，并用于解释本发明的原理和方面。
17.在图中，为了例示清楚，尺寸可能被夸大。贯穿全文，相同的附图标记指代相同的元件。
18.图1示出冷却塔配水系统平面图；
19.图2示出配水槽管局部连接示意图；
20.图3示出相对竖井水位随循环水量变化曲线图。
21.图4示出液位计在竖井中布置图。
具体实施方式
22.在下面的详细描述中，本发明的某些示例性实施例简单地通过例示的方式被示出和描述。
23.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
24.为实现冷却塔环水量的准确测量，本发明专利提出了一种通过测量冷却塔相对竖井水位实现冷却塔循环水量的测试量方法。
25.根据本发明的自然通风逆流式湿式冷却塔循环水量在线监测方法，包括步骤：
26.s1：建立冷却塔配水系统模型，并对配水系统进行不同循环水量条件下的水力计算，给出不同水量条件下的相对竖井水位，获得循环水量与相对竖井水温的关系曲线。
27.s2：在竖井中布置液位计，对竖井液位进行监测，实时获得竖井液位的变化。
28.s3：将液位数据实时传输到电厂dcs数据采集系统，换算成相对竖井水位，并根据相对竖井水位与循环水量的关系，给出循环水量。
29.具体地，
30.1、循环水量与相对竖井水温的关系曲线关系获取
31.(1)、获取冷却塔配水系统相关参数
32.冷却塔配水系统相关参数包括：内区配水管根数、外区配水管根数、内区配水槽高和宽、外区配水槽高和宽、每个配水管不同位置的管径和每个喷头口径。
33.(2)、建立配水系统水力计算模型
34.冷却塔配水系统简介：冷却塔配水系统如图1所示，配水系统由竖井、配水槽、配水管及喷头组成，循环水从竖井进入配水槽，然后进入配水管，最后经由喷头均匀地喷洒到填
料顶面。循环水在冷却塔配水系统的流动是有压流，流动满足伯努利方程。2.1配水计算中阻力系数公式
35.对于槽管结合的配水方式而言，配水计算的主要任务是准确计算和确定配水系统中各部分的水头损失。水头损失有两种，一是沿程损失，一种是局部损失。参见图1和图2，对于中央竖井槽管结合方式的配水系统，局部损失可归为三种，一是由中央竖井进入配水槽的局部损失；二是槽管接合处(参见图2中b、配水槽与配水管的接合处)的局部损失；三是配水管分流至喷头(参见图2中a、配水管至喷头的分流处)的局部损失。如图2所示，喷头的水头损失由喷头试验解决。
36.沿程损失的计算公式为：
[0037][0038][0039]
式中：
[0040]
λ——摩擦系数；
[0041]
l——管(槽)道长度，m；
[0042]
ρ——水的密度，kg/m3；
[0043]
d——管道直径，m。
[0044]
在稳定流动和完全紊流状态，摩擦系数可按阿利特舒利公式计算，如下。
[0045][0046]
图2中的槽管接合处的局部阻力系数可以下式计算：
[0047][0048]
其中：ζ0取值见表1。
[0049]v∞
/v00.00.51.01.52.02.5ζ00.500.560.620.660.700.70
[0050]
表1槽管接合局部阻力系数
[0051]
配水管分流的局部阻力系数，选用cardel公式的结果较为合理。
[0052]
bhra的资料中整理的gardel公式：
[0053]
分流阻力系数
[0054][0055]
式中：q＝q3/q1,a＝a3/a1[0056]
分流后阻力系数
[0057][0058]
式中：q＝q2/q1,a＝a2/a1[0059]
配水槽与竖井的连接局部阻力系数取为：0.5
[0060]
2.2配水水力计算方法
[0061]
冷却塔槽管结合的配水方式是配水槽与竖井相连，配水管与配水槽相连，配水管下接一个喷头或接一个三通分至两个喷头。设某配水槽共n个配水管，每根配水管上有m个配水连接三通或喷头，hw为喷头出口与竖井水位标高差，在没有局部和沿程水头损失时，该差即为喷头的工作水头；h
i,j
、v
i,j
、q
i,j
为i根水管第j个三通前的总水头(相对于喷头出口)、管道流速和该三通水量，根据伯努利方程有以下关系式：
[0062]
配水槽的总水头(相对于喷头出口)为：
[0063][0064][0065][0066][0067][0068][0069]
式中：
[0070]q‑‑‑
为该水槽水量，m3/s；
[0071]a‑‑‑
为水槽面积，
㎡
；
[0072]
ζ0‑‑‑
为槽管接合处的局部阻力系数；
[0073]
ζ2‑‑‑
包含沿程摩阻和分流后的阻力系数；
[0074]
ζ3‑‑‑
三通分流局部阻力系数；
[0075]np
‑‑‑
三通下接喷头数量；
[0076]ap
‑‑‑
喷头出口面积，
㎡
；
[0077]ag
‑‑‑
管道过流面积，
㎡
。
[0078]
当配水管道喷头等设备材料选定后，在某竖井水位时，式(7)-(12)中的未知数为q
i,j
、v
i,j
、h
i,j
、h1和q共3mn+2个未知数，式(7)-(12)共有方程式2+n(m-1)+n+2mn＝2+3mn个。解以上的联立方程即可求出每个喷头的水量、总水量、配水管水流速和水头。
[0079]
(3)按照2的计算方法，计算不同循环水量的相对竖井水位，并拟合获得不同循环水量的关系曲线。以某个喷头相对竖井水位为例，相对竖井水位与循环水量的变化关系曲线如图2所示。
[0080]
2、计算不同循环水量条件下相对竖井水位
[0081]
(1)在竖井中布置液位计，对竖井液位进行监测，实时获得竖井液位的变化。如图3所示。将液位计布置在竖井中与某个喷头出口标高相平的位置，并通过数据线将液位信号实时传送到电厂dcs系统中。
[0082]
(2)将液位数据实时传输到电厂dcs数据采集系统，该液位即是相对竖井水位，根据图2相对竖井水位与循环水量的关系曲线，即可实时获得循环水量，实现对循环水量的在线监测。
[0083]
本技术优势
[0084]
本发明具有以下优势：
[0085]
相对于超声波测量流量，本方法通过测试液位获得流量的方法信号比超声波稳定，不需要对管道开挖，只需将液位计安装到指定位置，更容易实施。此外，液位计比超声波流量计便宜，施工费用低，便于安装，实施成本大大低于超声波流量计测量。
[0086]
尽管本文已经描述了某些示例性实施例和实施方式，但是如本领域技术人员将认识到的那样，附图和描述为示例性而非限制性的，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，所有这些都不脱离本发明的精神或范围。因此，本发明构思不限于这种实施例，而是限于所附权利要求的较宽范围以及对本领域的普通技术人员显而易见的各种明显的修改和等同布置。