一种自然通风冷却塔防冻系统及冷却水温度控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自然通风冷却塔防冻系统及冷却水温度控制方法，包括冷却塔本体和管翅式气水换热系统；管翅式气水换热系统包括挡风板、管翅式气水换热器、百叶窗式调节风门和温度监测模块；挡风板将进风腔分割为交替的空气加热器区和非加热区；空气加热器区内布设管翅式气水换热器，热端通过进水调节阀与汽轮发电机组中凝汽器的热循环水相连接；每个空气加热器区和每个非加热区的进风口均为驱动电机控制的百叶窗式调节风门；温度监测模块包括空气温度传感器和冷水温度传感器。本发明专利技术既有效解决了自然通风冷却塔寒冷季的防冻安全问题，又可使冷却塔出水温度按机组冷端优化运行的最优参数控制，充分利用环境资源提高机组运行的经济性。

Antifreeze system of natural ventilation cooling tower and control method of cooling water temperature

【技术实现步骤摘要】
一种自然通风冷却塔防冻系统及冷却水温度控制方法
本专利技术涉及汽轮发电机组闭式循环冷却水系统，特别是一种自然通风冷却塔防冻系统及冷却水温度控制方法。
技术介绍
汽轮发电机组闭式循环冷却水系统的自然通风冷却塔，来自凝汽器的热循环水输送至塔筒内的配水系统，配水系统将热循环水分配至各个配水槽，经喷淋器喷淋成小水滴，播洒在填料上形成水膜，水气接触，一方面水分子不断地向未饱和空气蒸发，产生蒸发冷却，由此降低水温；另一方面，气水间产生热交换，空气温度升高、循环水温度降低。部分循环水蒸发与空气混合形成湿空气向上运动，其余循环水冷却后淋入冷却塔底部的集水池。冷空气在冷却塔内吸收循环水释放的热量后温度升高、密度减小，塔内外空气的密度差在冷却塔的底部形成外部压力高、内部压力低的内外压差，由此形成冷空气由冷却塔底部进入的自然通风驱动力，冷空气同冷却塔底部在冷却塔内外压差作用下，由四周进风口进入冷却塔，形成自下而上的空气流，由雨区向上流动进入填料区，湿空气夹带小水滴进入填料区上部的收水器，气水分离后湿空气在塔筒内继续向上流动，沿塔顶离开冷却塔。在寒冷季节，环境温度降到零下十多度甚至数十度，冷空气与淋水接触，水温降到冰点以下，在进风口的上部边缘、填料及支撑梁柱和淋水装置等处形成结冰，并不断增长形成冰凌和冰柱。自然通风冷却塔的结冰，对其正常运行、使用寿命和安全的产生影响，悬挂的冰柱阻挡空气的进入和淋水下落，不仅严重恶化了气水传热、冷却效果下降，而且结冰的增厚、冰柱的增大和配水槽内水位的升高，增大了支撑柱及填料等的承载重量，甚至造成坍塌，另外，水的结冰膨胀会产生一定的冻胀力，会影响到冷却塔设备的运行效串、使用寿命和维修费用，严重时甚至影响机组安全平稳运行。为解决寒冷季（气温零下）自然通风冷却塔循环水易冻结问题，最常见的方法就是在冷却塔底部进风口处安装保温帆布层，以减小循环水与干冷空气的接触强度，即大幅度减小通风量，从而减小结冰现象产生的几率。然而，这种仅依靠帆布层的防冻方式，还存在着如下不足，有待改进：1、为防冻而造成进入冷却塔内部冷风量的减少，使热循环水无法得到充分有效的冷却降温，致使循环冷却水出口水温偏高，无法达到正常运行要求，一方面，会造成凝汽器背压升高，影响机组正常出力。另外，还可能会降低凝汽器的真空度，降低循环热效率，增大循环水泵功耗，降低机组出力及影响运行经济性。2、帆布层无法灵活调节风量大小，不能满足环境条件变动工况与负荷变动工况下的响应调节。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种自然通风冷却塔防冻系统及冷却水温度控制方法，该自然通风冷却塔防冻系统及冷却水温度控制方法通过在冷却塔下部进风区域增设一套用热循环水加热冷空气的管翅式气水换热系统，也即将来自凝汽器的热循环水分为二路，一路进入冷却塔的配水系统，另一路经进水调节阀进入管翅式气水换热器的管侧，热循环水对冷空气实现了预加热，解决了寒冷季自然通风冷却塔中热循环水在填料区、雨区易冻结问题。同时辅助有测温及控制模块：控制器基于冷却塔出口冷循环水的温度控制管翅式气水换热器的进风量；基于进入冷却塔的空气温度控制管翅式气水换热器的热循环水量，既有效解决了自然通风冷却塔寒冷季的防冻安全问题，又可使冷却塔出水温度按机组冷端优化运行的最优参数控制，充分利用环境资源提高机组运行的经济性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种自然通风冷却塔防冻系统，包括冷却塔本体和设置在冷却塔本体中进风口处的管翅式气水换热系统。管翅式气水换热系统包括2n块挡风板、n个管翅式气水换热器、百叶窗式调节风门、温度监测模块和控制器。其中，n为正整数。2n块挡风板均均匀布设在冷却塔本体中进风口的内壁面，并将冷却塔本体的进风腔分割为均匀交替排列的n个空气加热器区和n个非加热区。每个空气加热器区内布设一个管翅式气水换热器，管翅式气水换热器的热端通过进水调节阀与汽轮发电机组中凝汽器的热循环水相连接，管翅式气水换热器的冷端与冷却塔本体底部的集水池相连通。集水池通过循环水泵和冷循环水管与凝汽器的冷循环水相连接。每个空气加热器区和每个非加热区的进风口均为驱动电机控制的百叶窗式调节风门。温度监测模块包括空气温度传感器和冷水温度传感器，其中，空气温度传感器用于监测位于管翅式气水换热器下游的空气温度，冷水温度传感器用于监测集水池中的循环冷水温度。空气温度传感器、冷水温度传感器、每个进水调节阀和每个驱动电机均与控制器相连接。凝汽器的热循环水分为两路，一路通过进水调节阀与管翅式气水换热器的热端相连接，另一路与冷却塔本体中的配水系统相连接，配水系统中的配水依次经过填料和进风腔后，汇入集水池。挡风板的数量为4块、6块或8块。每个空气加热器区和每个非加热区的进风口均为两个百叶窗式调节风门并列排列形成。每个百叶窗式调节风门的上游均布设有进风滤网。一种基于自然通风冷却塔防冻系统的冷却水温度控制方法，包括寒冷季节进风口防冻运行控制，控制方法包括如下步骤：步骤A1，温度监测：寒冷季节，空气传感器对位于管翅式气水换热器下游的空气温度进行实时监测，并将监测的空气温度值传输给控制器。步骤A2，百叶窗式调节风门调节：当步骤A1监测的空气温度值低于设定值a时，控制器指令位于非加热区的驱动电机关闭，且位于非加热区的每个百叶窗式调节风门均处于闭合状态。位于空气加热器区的每个驱动电机均启动，位于空气加热区的每个百叶窗式调节风门的开度均不小于50%。步骤A3，空气预加热：在调节百叶窗式调节风门的同时，控制器指令每个管翅式气水换热器均启动，从空气加热区的百叶窗式调节风门中进入的空气，与管翅式气水换热器中的循环热水进行热量交流，空气被预加热。预加热后的空气能防止冷却塔本体的进风口冻胀。还包括步骤A4，预加热后空气温度控制：通过减小百叶窗式调节风门开度或增大进水调节阀开度的方法，使空气传感器检测的位于管翅式气水换热器下游的空气温度不低于设定值a。设定值a为2-3℃。还包括气温降低运行控制，控制方法包括如下步骤：步骤B1，温度监测：寒冷季节，空气传感器对位于管翅式气水换热器下游的空气温度进行实时监测，冷水温度传感器对集水池中的循环冷水温度进行实时监测，监测的空气温度和冷水温度均传输给控制器。步骤B2，减小空气进气量：当步骤B1监测的空气温度值低于设定值b，b≤0＜a。同时，步骤B1监测的循环冷水温度小于设定值e时，控制器指令位于空气加热器区中每个百叶窗式调节风门均减小开度，进而减小空气进气量。步骤B3，增大管翅式气水换热器中的循环热水引入量：在减小空气进气量的同时，控制器还指令进水调节阀增大开度，实现增大引入管翅式气水换热器的循环热水流量。步骤B4，重复步骤B1至步骤B3，直至监测的空气温度回升至设定值a，且监测的循环冷水温度不低于设定值e。还包括蒸汽负荷增加运行控制，控制方法包括如下步骤：步骤C1,温度监测：寒冷季节，空气传感器对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自然通风冷却塔防冻系统，其特征在于：包括冷却塔本体和设置在冷却塔本体中进风口处的管翅式气水换热系统；/n管翅式气水换热系统包括2n块挡风板、n个管翅式气水换热器、百叶窗式调节风门、温度监测模块和控制器；其中，n为正整数；/n2n块挡风板均均匀布设在冷却塔本体中进风口的内壁面，并将冷却塔本体的进风腔分割为均匀交替排列的n个空气加热器区和n个非加热区；/n每个空气加热器区内布设一个管翅式气水换热器，管翅式气水换热器的热端通过进水调节阀与汽轮发电机组中凝汽器的热循环水相连接，管翅式气水换热器的冷端与冷却塔本体底部的集水池相连通；集水池通过循环水泵和冷循环水管与凝汽器的冷循环水相连接；/n每个空气加热器区和每个非加热区的进风口均为驱动电机控制的百叶窗式调节风门；/n温度监测模块包括空气温度传感器和冷水温度传感器，其中，空气温度传感器用于监测位于管翅式气水换热器下游的空气温度，冷水温度传感器用于监测集水池中的循环冷水温度；/n空气温度传感器、冷水温度传感器、每个进水调节阀和每个驱动电机均与控制器相连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种自然通风冷却塔防冻系统，其特征在于：包括冷却塔本体和设置在冷却塔本体中进风口处的管翅式气水换热系统；
管翅式气水换热系统包括2n块挡风板、n个管翅式气水换热器、百叶窗式调节风门、温度监测模块和控制器；其中，n为正整数；
2n块挡风板均均匀布设在冷却塔本体中进风口的内壁面，并将冷却塔本体的进风腔分割为均匀交替排列的n个空气加热器区和n个非加热区；
每个空气加热器区内布设一个管翅式气水换热器，管翅式气水换热器的热端通过进水调节阀与汽轮发电机组中凝汽器的热循环水相连接，管翅式气水换热器的冷端与冷却塔本体底部的集水池相连通；集水池通过循环水泵和冷循环水管与凝汽器的冷循环水相连接；
每个空气加热器区和每个非加热区的进风口均为驱动电机控制的百叶窗式调节风门；
温度监测模块包括空气温度传感器和冷水温度传感器，其中，空气温度传感器用于监测位于管翅式气水换热器下游的空气温度，冷水温度传感器用于监测集水池中的循环冷水温度；
空气温度传感器、冷水温度传感器、每个进水调节阀和每个驱动电机均与控制器相连接。


2.根据权利要求1所述的自然通风冷却塔防冻系统，其特征在于：凝汽器的热循环水分为两路，一路通过进水调节阀与管翅式气水换热器的热端相连接，另一路与冷却塔本体中的配水系统相连接，配水系统中的配水依次经过填料和进风腔后，汇入集水池。


3.根据权利要求1所述的自然通风冷却塔防冻系统，其特征在于：挡风板的数量为4块、6块或8块。


4.根据权利要求1或3所述的自然通风冷却塔防冻系统，其特征在于：每个空气加热器区和每个非加热区的进风口均为两个百叶窗式调节风门并列排列形成。


5.根据权利要求1所述的自然通风冷却塔防冻系统，其特征在于：每个百叶窗式调节风门的上游均布设有进风滤网。


6.一种基于自然通风冷却塔防冻系统的冷却水温度控制方法，其特征在于：包括寒冷季节进风口防冻运行控制，控制方法包括如下步骤：
步骤A1，温度监测：寒冷季节，空气传感器对位于管翅式气水换热器下游的空气温度进行实时监测，并将监测的空气温度值传输给控制器；
步骤A2，百叶窗式调节风门调节：当步骤A1监测的空气温度值低于设定值a时，控制器指令位于非加热区的驱动电机关闭，且位于非加热区的每个百叶窗式调节风门均处于闭合状态；位于空气加热器区的每个驱动电机均启动，位于空气加热区的每个百叶窗式调节风门的开度均不小于50%；
步骤A3，空气预加热：在调节百叶窗式调节风门的同时，控制器指令每个管翅式气水换热器均启...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建明，金庆辉，凌佳喜，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32