一种冷却塔性能评价的准确方法技术

本发明专利技术公开了一种冷却塔性能评价的准确方法，首先根据动态条件下的冷却塔的性能特点，建立的基于3变量热性能评价模型程序、基于水量损失的热性能分析模型和基于空气流量的热性能分析模型，并编制计算机应用程序或者计算机软件模块与数据自动采集系统相结合，获得连续运行测试计算的多组准确的冷却塔热性能和冷却效率的数据结果，以评价在动态运行条件下的冷却塔设备的耗水性能、通风性能和通风的能耗性能、再对冷却水温降进行评价、然后是根据蒸发热和总热量评价冷却塔的热性能指标、最后是对冷却塔进行冷却效率的评价，以给出动态运行条件下的冷却塔是否是高效、经济运行的结果；并给出在提高冷却效率的前提下的节能、节水的建议。水的建议。水的建议。

【技术实现步骤摘要】
一种冷却塔性能评价的准确方法


[0001]本专利技术涉及一种冷却塔性能评价的准确方法，特别是一种对动态运行条件 下的冷却塔的热性能、冷却效率的准确计算模型程序和评价方法。

技术介绍

[0002]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冷却塔设备，水体在冷却塔设备里放热，然后回收得 到冷却后的水体，又被输送至系统内循环。携带废热的水体在冷却塔里放热的过 程中，将因水体放热而产生的蒸发损失的一部分水体的热量，和不可避免的产生 飘滴损失的一部分水体的热量，以及热水传递给空气的显热，从冷却塔出口排出。 但根据现有的冷却塔测试验收测试标准和相关文献，对冷却塔的传热传质的热 性能和冷却效率的分析模型误差大，忽略了蒸发损失，影响了塔的设计、新建塔 的验收测试和塔的部件更新前、后的热性能、冷却效率评价的准确性。
[0003]由于现有冷却塔测试技术标准，仍然采用焓差模型，对冷却塔进行热性能评 价。然而，这个模型是忽略水量损失的条件下建立的。由于仅蒸发损失的热量就 约占总热的75％左右。说明这个模型误差较大，不适用于准确的热性能分析评 价。为了获得准确的热性能评价模型，研究者们一直都在探索、寻找更准确的热 性能评价模型。长期以来，由于没有获得准确的冷却塔水量损失数据，导致没有 建立准确的适用于动态运行条件下的冷却塔热性能、冷却效率的评价模型。并且 对冷却塔性能评价仅对冷却塔的热性能做某一特定运行条件下的评价，而且性 能评价中还忽略蒸发损失和飘滴损失，以及没有反映出动态运行条件下冷却塔 随环境变化的特点，影响了评价的准确性。没有对冷却塔的水量损失变化的评价、 塔内空气流量变化的评价，以及空气焓变化的评价，显然对冷却塔有主要影响的 指标没有被评价，导致对冷却塔的效率评价不够准确。
[0004]综上，现有冷却塔热性能模型和评价不准确和不全面主要表现在：
[0005]1.现有的冷却塔热性能的分析模型不能满足现在冷却塔的热性能评价对 准确性的要求；
[0006]2.没有检测冷却塔水量损失参数，性能测试项目不全面，导致对冷却塔的耗 水性能，蒸发、飘滴损失和热性能分析误差较大。
[0007]3.对冷却塔的评价存在缺失，也不能对在动态运行条件下的冷却塔进行性 能评价，没有评价冷却塔空气焓的变化，和空气流量变化对冷却塔性能的 影响。
[0008]4.不能满足当前在设计模型塔、新建塔和在冷却塔部件更新前后过程中的 对总热、水量损失、空气流量这些指标的准确性的需要；影响冷却塔设备 产品的更新发展；影响冷却塔设备部件(如填料、除水器、热水喷淋装置) 性能产品的评价。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于，提供一种冷却塔性能评价的准确方法。本专利技术解决了上 述技
性能评价模型程序
[0013]1.环境初始空气分析的模型：
[0014]环境空气温度对应的饱和水蒸气压力计算采用式(1)如下：
[0015][0016]式中：P
″
是饱和水蒸气压力(kPa)、T是开尔文温度(K)；
[0017]湿度比d1(kg/kg DA)的计算采用方程(2)：
[0018][0019]式中：为空气相对湿度；P为大气压(Pa)；
[0020]湿空气的焓i1(kJ/kg)采用如下方程(3)：
[0021]i＝1.005t+d(2500.8+1.842t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0022]式中：i为空气焓(kJ/kg)、t为空气干球温度(℃)、d为空气湿度比(kg/kg DA)；
[0023]湿空气的密度采用如下方程(4)计算：
[0024][0025]式中：ρ为湿空气的密度(kg/m3)；
[0026]2.通用水分平衡微分方程
[0027]根据通用水分平衡方程(5)，水量损失描述如下
[0028][0029]式中dh
w
(m/h)为集水池液位变化、A
α
(m2)为集水池表面积、dE(m3/h)为塔出 口失水变化、W1(m3/h)为补水量、dM(m3/h)总水量损失、dD(m3/h)为排污损 失、dF(m3/h)为泄漏损失；如果液位上升，A
α
*dh
w
变为负值；否则，符号为 正；当没有排污损失和泄漏损失时，总水量损失等于塔出口水量损失；当循 环水系统存在排污损失，或泄漏损失并能被测量时，这个方程适用于这种条 件下的计算；
[0030]3. 3变量热平衡模型：
[0031]空气流量由式(6)计算，
[0032]G＝Aυρ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0033]其中G(kg/s)为空气流量、A(m2)为淋水面积、υ(m/s)为塔内风速、ρ(kg/m)为塔 内空气密度，由式(3)迭代得到；
[0034]采用能量平衡原理的热平衡方程，假设同时进入微分单元的空气焓增量等 于内部水的热损失；当进入微分单元的水量为W(kg/s)时，t
w1
(℃)为进水温度； 进入微分单元的热量是Wct
w1
，微分单元中剩余水的热含量为(W
‑
dE)(t
w1
‑
dt
w
)c， dt
w
(℃)是水温降的变化，微分单元水的总热损失为Wct
w1
‑
(W
‑
dE)(t
w1
‑
dt
w
)c， 得如式(7)所示热平衡方程，
[0035]Gdi＝Wct
w1
‑
(W
‑
dE)(t
w1
‑
dt
w
)c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0036]式中，c(kJ/kg
·
℃)为水的比热、di(kJ/kg)为空气焓变，式(3)为基于di、dE、 dt
w
三个变量的热平衡方程。
[0037]4.蒸发、飘滴损失的模型
[0038]塔出口空气焓由式(3)计算，根据塔内空气已饱和的原因，将饱和线上的温 度范围(24℃～39℃)与相应的焓值进行拟合，得到式(8)计算塔出口空气温度，
[0039]t
′2＝19.179lni
‑
58.256
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0040]由式(9)计算出塔出口空气的湿度比d2(kg kg
‑1DA)，
[0041]d2＝(i
‑
1.005*t
′2)/(2500.8+1.842*t
′2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0042]塔出口空气中总含水率d
c
(kg/k本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冷却塔性能评价的准确方法，其特征在于：首先根据对冷却塔的热性能、冷却效率评价建立的基于3变量(水量损失的变化(dE)、空气焓的变化(di)和水温的变化(dt
w
))热性能评价模型程序(下文简称
‘
基于3变量模型程序
’
)，其中包括环境初始空气分析的模型、通用水平衡微分方程、3变量热平衡模型、蒸发、飘滴损失模型、热性能和冷却效率模型和机械通风冷却塔的能耗性能评价模型；以及与基于水量损失的热性能分析模型和基于空气流量的热性能分析模型混合使用，并编制计算机应用程序，获得性能分析结果；或通过基于3变量模型程序、基于水量损失的热性能分析模型和基于空气流量的热性能分析模型混合编制计算机软件模块，与数据自动采集系统相结合以获得结果，并对动态运行条件下的冷却塔进行连续实时数据处理；然后，根据连续测试并分析的数据结果，对在动态运行条件下的冷却塔的热性能、冷却效率、能耗、水耗、水温降和空气流量变化进行评价。2.根据权利要求1所述的一种冷却塔性能评价的准确方法，其特征在于：所述冷却塔的热性能、冷却效率评价建立的基于3变量模型程序，依次根据环境初始空气分析的模型、水平衡微分方程、3变量热平衡模型、蒸发、飘滴损失模型、热性能和冷却效率模型组合如下：a)环境初始空气分析的模型环境空气温度对应的饱和水蒸气压力计算采用式(1)如下：式中，P"是饱和水蒸气分压力(kPa)、T是开尔文温度(K)；湿度比d1(kg/kg DA)的计算采用方程(2)：式中，为空气相对湿度、P为大气压(Pa)；湿空气的焓i1(kJ/kg)采用如下方程(3)：i＝1.005t+d(2500.8+1.842t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，i为空气焓(kJ/kg)、t为空气干球温度(℃)、d为空气湿度比(kg/kg DA)；湿空气的密度采用如下方程(4)计算：式中：ρ为湿空气的密度(kg/m3)；b)通用水平衡微分方程根据方程(5)，水量损失描述如下：式中，dh
w
(m/h)为集水池液位变化/单位时间、A
α
(m2)为集水池表面积、dE(kg/s)为塔出口失水变化/单位时间、W1(m3/h)为补水量/单位时间、w1(m3/h)为回用水量、dM(m3/h)总水量损失、dD(m3/h)为排污损失、dF(m3/h)为泄漏损失；如果液位上升，A
α
*dh
w
变为负值；否则，符号为正；当没有排污损失和泄漏损失时，总水量损失等于塔出口水量损失；当循环水系统存
在排污损失，或泄漏损失并能被测量时，这个方程适用于这种条件下的计算；c)3变量热平衡模型：3变量热平衡模型分析中的空气流量由式(6)计算，G＝Aυρ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)式中，G(kg/s)为空气流量、A(m2)为淋水面积、υ(m/s)为塔内风速、ρ(kg/m)为塔内空气密度，由式(8)迭代得到；采用能量平衡原理的热平衡方程，假设同时进入微分单元的空气焓增量等于内部水的热损失，当进入微分单元的水量为W(kg/s)时，t
w1
(℃)为进水温度，进入微分单元的热量是Wct
w1
，微分单元中剩余水的热含量为(W
–
dE)(t
w1
–
dt
w
)c，dt
w
(℃)是水温降的变化，微分单元水的总热损失为Wct
w1
–
(W
–
dE)(t
w1
–
dt
w
)c，得如式(7)所示热平衡方程，Gdi＝Wct
w1
‑
(W
‑
dE)(t
w1
‑
dt
w
)c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式中，c(kJ/kg
·
℃)为水的比热、di(kJ/kg)为空气焓变，式(3)为基于di、dE、dt
w
三个变量的热平衡方程；d)蒸发、飘滴损失模型塔出口空气焓由式(3)计算，根据塔内空气已饱和，将饱和线上的温度范围(24℃～39℃)与相应的焓值进行拟合，得到式(8)计算塔出口空气温度，并根据式(4)获得塔内空气密度；t
′2＝19.179lni
‑
58.256
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)由式(9)计算出塔出口空气的湿度比d2(kg kg
–1DA)，d2＝(i
‑
1.005*t
′2)/(2500.8+1.842*t
′2)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)塔出口空气中总含水率d
c
(kg/kg DA)计算采用式(10)，d
c
＝d1+E/G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)式中塔入口空气湿度比为d1(kg/kg DA)；式(11)由式(10)微分得到，计算空气含水量的变化dd
c
，dd
c
＝dE/G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)蒸发损失d
e
(kg/s)由式(12)计算，d
e
＝(d2‑
d1)G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)飘滴损失E
e
(kg/s)由采用式(13)计算，E
e
＝(d
c
‑
d2)G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)e)热性能及冷却效率模型蒸发潜热Q
l
(W)由式(14)计算，Q
i
＝rd
e
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)式中r(kJ/kg)为与水温对应的蒸发潜热；根据式(7)，总热量可由式(15)得到，Q＝Wcdt
w
+ct
w1
dE
‑
cdEdt
w
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)式中Q(W)为总热流量，由实测数据直接分析得出；用式(16)计算蒸发热与总热之比η
e
，η
e
＝Q
i
/Q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)将15℃～30℃范围内的环境初始空气湿球温度t'
wb
(℃)与相应的空气焓i1拟合得到式
(17)，并求解t'
wb
，最后，利用式(18)对冷却效率η进行分析，η＝(t
w1
‑
t
w2
)/(t
w1
‑
t
′
wb
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)以上计算程序是基于di、dE、dt
w
三变量的热性能评价模型程序直接分析得出结果，为此，统称为“基于3变量的热性能、效率评价模型程序”；f)机械通风冷却塔的能耗评价模型如下：i.机械通风冷却塔能耗性能评价式(19)：η
P
＝Q
t
/P
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)式中：η
P
为总热能耗效率；Q
t
和P
t
分别表示测试条件下的总热和能耗(风机实测的所消耗的功率)；设计条件下同样获得模型塔的Q
d
、P
d
和η
dP
总热能耗效率；下标“d”和“t”分别表示设计和实测条件下的数据，下同；Q
t
和Q
d
采用基于3变量的热平衡方程获得；ii.机械通风冷却塔能耗性能评价模型式(20)：η
′
e
＝η
tP
/η
dP
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)式中：η
′
e为能耗效率；η
dP
和η
tP
分别表示设计和实测条件下的总热能耗效率。3.根据权利要求2所述的水平衡微分方程其特征在于：所述水平衡微分方程描述如下：式中，dh
w
(m/h)为集水池液位变化、A
α
(m2)为集水池表面积、dE(m3/h)为塔出口失水变化、W1(m3/h)为补水量、w1(m3/h)为回用水量、dM(m3/h)总水量损失、dD(m3/h)为排污损失、dF(m3/h)为泄漏损失；如果液位上升...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋保红，
申请(专利权)人：宋保红，
类型：发明
国别省市：