申请/专利权人：华电电力科学研究院有限公司

申请日：2019-05-17

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN110260705B

主分类号：F28F25/08

分类号：F28F25/08;F28F27/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2019.10.22#实质审查的生效;2019.09.20#公开

摘要：本发明公开一种基于风路系统精准调节的逆流式冷却塔淋水填料测试装置及方法，包括塔体、防堵测压系统、风路调节系统、测压联动装置等，防堵测压系统由测压管网、微压计、气泵、测压联动装置组成，风路调节系统由回风阀、变频风机、变频电加热器、计算机组成。通过风路调节系统实时监测各管路上干湿球温度、回风流量及主流量等参数，通过在控制系统中输入目标值，计算回风流量和加热器加热量，相应调节变频风机频率、回风阀开度和变频电加热器功率，实现将进塔空气参数精准调节至目标值，保障试验工况稳定和提高测试结果准确度；防堵测压系统中在取压孔上方设置导流罩，再辅以测压联动装置调节，可避免测压孔堵塞，确保填料压损测试结果准确有效。

主权项：1.一种基于风路系统精准调节的逆流式冷却塔淋水填料测试装置的工作方法，测试装置包括塔体（1）、引风管路（4）、出风管路（5）、变频风机（6）、回风管路（7）、进风管路（8）、冷却水收集装置（16）、防堵测压系统、风路自动调节系统（41）和测压联动装置（40）；其特征是，所述引风管路（4）的一端连接于塔体（1）的上部，所述引风管路（4）的另一端连接于变频风机（6）的入口，所述出风管路（5）与变频风机（6）的出口连接；所述进风管路（8）与塔体（1）的底部连接，所述回风管路（7）的两端分别与出风管路（5）和进风管路（8）连接；所述塔体（1）内设有淋水填料（2），在淋水填料（2）的上方和下方均设有冷却水收集装置（16）和测压管网（3）；所述冷却水收集装置（16）上均匀布置有若干个收集容器（17），每个收集容器（17）的内部均固定有热电偶温度计；所述引风管路（4）、出风管路（5）、回风管路（7）上分别设有引风干湿球温度计（20）、出风干湿球温度计（21）、回风干湿球温度计（22），所述出风管路（5）上设有出风阀（32），所述回风管路（7）上还设有回风阀（34）和回风流量计（15）；所述进风管路（8）上设有进风阀（33）、变频电加热器（9）、主流量计（10）和整流栅（11），且进风管路（8）上还设有进风干湿球温度计（23）、进风回风混合后干湿球温度计（24）、电加热后空气干湿球温度计（25）和进塔空气干湿球温度计（26）；所述进风干湿球温度计（23）位于进风管路（8）的入口，所述进风回风混合后干湿球温度计（24）位于变频电加热器（9）与回风管路（7）中间，所述电加热后空气干湿球温度计（25）位于变频电加热器（9）与主流量计（10）中间，所述进塔空气干湿球温度计（26）位于塔体（1）的入口；打开出风阀（32）和进风阀（33），开启变频风机（6），风路管道中产生负压，新风进入进风管路（8），依次流经变频电加热器（9）、主流量计（10）、整流栅（11）后进入塔体（1）的底部，由塔体（1）的底部向上流动，经过淋水填料（2）与循环水发生逆流换热后相变为湿热空气通过塔体（1）的顶部排出，进入引风管路（4），在变频风机（6）的作用下进入出风管路（5）排放到大气中；整流栅（11）使得进塔空气更加均匀，避免空气扰动带来测试偏差；冷却水收集装置（16）将进入和流出淋水填料（2）的冷却水集合到收集容器（17）中，并在每个收集容器（17）中布置独立的测温热电偶，最大限度地均匀测试冷却前和冷却后的冷却水温度，有效避免非填料区换热带来的计算偏差；风路自动调节系统（41）由变频风机（6）、回风阀（34）、变频电加热器（9）和计算机组成；在控制程序中输入目标值进塔空气干球温度、进塔空气湿球温度、进塔空气流量，第一步程序根据设定的进塔空气流量确定变频风机（6）的频率，并将变频风机（6）调节至该频率值，第二步风路自动调节系统（41）实时监测引风干湿球温度计（20）、出风干湿球温度计（21）、回风干湿球温度计（22）、进风干湿球温度计（23）、进风回风混合后干湿球温度计（24）、电加热后空气干湿球温度计（25）、进塔空气干湿球温度计（26）、主流量计（10）以及回风流量计（15），控制程序根据目标参数计算与工况相匹配的回风流量和加热量，并将回风阀（34）调节至对应的开度，将变频电加热器（9）调节至对应的功率；程序算法采用迭代计算，判定依据为|进塔空气干球温度-目标值|0.5℃且|进塔空气湿球温度-目标值|0.5℃，表明调节工作完成，试验参数满足测试要求；防堵测压系统由测压管网（3）、测压管路（12）、气泵（14）、止回阀（31）、电动截止阀（30）、微压计（13）、测压联动装置（40）组成；所述测压管网（3）与测压管路（12）连接，所述测压管路（12）分支成并联的两路，一路经止回阀（31）与气泵（14）连接，另一路经电动截止阀（30）与微压计（13）连接；所述测压管网（3）上设有若干个测压头（3-1），且测压头（3-1）呈网状布置，所述测压头（3-1）由取压孔（3-2）和导流罩（3-3）组成；测压联动装置（40）通过计算机自动控制电动截止阀（30）的开关和气泵（14）的启停；测试淋水填料（2）的压损时，测压管网（3）中的取压孔容易被喷淋落下的循环水以及逆流换热的空气携带的水滴堵塞，导致无法获取有效压力；止回阀（31）为单向阀门，介质只能由气泵（14）向测压管网（3）方向流动，反方向流动是被阻止的，测压状态时气泵（14）处于关闭状态，电动截止阀（30）为开启状态，此时微压计（13）将测试数据传输到测压联动装置（40）中，一旦测压管网（3）中取压孔发生堵塞，微压计（13）输出结果为0，测压联动装置（40）接收到微压计（13）反馈的信号，判断测压管网（3）无法进行工作，触发模块通过控制程序关闭电动截止阀（30），此时微压计（13）停止采集数据，然后开启气泵（14），采用高压气体将测压管网（3）的取压孔附着的水滴剥离，实现整个测压系统管路畅通，通过多次试验统计，即使在冷却水大流量和大风量工况下，气泵（14）吹扫2分钟，便能够实现测压管路通畅，吹扫结束后程序自动关闭气泵（14），开启电动截止阀（30），微压计（13）开始采集数据，防堵测压系统处于正常测压状态；工作方法步骤如下：步骤一、输入目标值；步骤二、根据流量调节变频风机（6）的频率；步骤三、监测引风空气参数、出风空气参数、进风空气参数、回风空气参数；基于传热学和热平衡原理计算回风流量，根据回风流量调节回风阀（34）开度；步骤四、监测进风和回风混合后的空气参数；基于传热学和热平衡原理计算加热量，根据加热量调节加热器功率；步骤五、判断是否满足|进塔空气干球温度-目标值|0.5℃，且|进塔空气湿球温度-目标值|0.5℃；如果满足条件则结束，如果不满足条件则继续执行步骤三。

全文数据：基于风路系统精准调节的逆流式冷却塔淋水填料测试装置及方法技术领域本发明属于冷却塔换热领域，尤其涉及一种基于风路系统精准调节的逆流式冷却塔淋水填料测试装置及方法。背景技术目前，我国电力供应仍以火力发电为主，火电厂生产电力同时，会向外界排放大量废热，冷却塔作用就是通过水与空气传质传热将循环冷却水携带的废热放散到大气中，实现循环水冷却，从而保证火力发电系统正常、高效地运转。冷却塔换热区域可划分为喷淋区、填料区、雨区，填料作为冷却塔内气水热质交换核心部件，其散热量占整塔总换热量约60~70%，填料性能好坏直接影响冷却塔效率。冷却塔淋水填料性能主要依赖实验台实测获得，是评判填料传热传质性能优劣的关键指标，如申请号为201710822970.3的中国专利。部分科研单位在这方面做了相关工作，为填料测试积累了丰富的经验和资料，但这些测试平台存在一定的不足，如测压装置容易被喷淋冷却水和逆流换热空气携带水滴堵塞导致无法获取有效压力；进塔空气参数调节偏差较大或无法调节等；实验台受外界环境干扰大；冷却水温度测点布置不合理，造成测试结果误差较大。发明内容针对上述技术不足，为提高填料性能测试结果准确性，降低外界环境对测试结果的干扰，本发明提供了试验空气参数精准调节、测压装置避免水堵、全季节开展测试、结构简单、操作灵活的基于风路系统精准调节的逆流式冷却塔淋水填料测试装置及方法。本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于风路系统精准调节的逆流式冷却塔淋水填料测试装置，包括塔体、引风管路、出风管路、变频风机、回风管路、进风管路、冷却水收集装置、防堵测压系统、风路自动调节系统和测压联动装置；其特征是，所述引风管路的一端连接于塔体的上部，所述引风管路的另一端连接于变频风机的入口，所述出风管路与变频风机的出口连接；所述进风管路与塔体的底部连接，所述回风管路的两端分别与出风管路和进风管路连接；所述塔体内设有淋水填料，在淋水填料的上方和下方均设有冷却水收集装置和测压管网；所述冷却水收集装置上均匀布置有若干个收集容器，每个收集容器的内部均固定有热电偶温度计；所述引风管路、出风管路、回风管路上分别设有引风干湿球温度计、出风干湿球温度计、回风干湿球温度计，所述出风管路上设有出风阀，所述回风管路上还设有回风阀和回风流量计；所述进风管路上设有进风阀、变频电加热器、主流量计和整流栅，且进风管路上还设有进风干湿球温度计、进风回风混合后干湿球温度计、电加热后空气干湿球温度计和进塔空气干湿球温度计；所述测压管网与测压管路连接，所述测压管路分支成并联的两路，一路经止回阀与气泵连接，另一路经电动截止阀与微压计连接。优选的，所述进风干湿球温度计位于进风管路的入口，所述进风回风混合后干湿球温度计位于变频电加热器与回风管路中间，所述电加热后空气干湿球温度计位于变频电加热器与主流量计中间，所述进塔空气干湿球温度计位于塔体的入口。优选的，风路自动调节系统由变频风机、回风阀、变频电加热器和计算机组成。优选的，防堵测压系统由测压管网、测压管路、气泵、止回阀、电动截止阀、微压计、测压联动装置组成。测压联动装置通过计算机自动控制电动截止阀的开关和气泵的启停。优选的，所述测压管网上设有若干个测压头，且测压头呈网状布置，所述测压头由取压孔和导流罩组成。所述的基于风路系统精准调节的逆流式冷却塔淋水填料测试装置的工作方法，其特点是，过程如下：步骤一、输入目标值；步骤二、根据流量调节变频风机的频率；步骤三、监测引风空气参数、出风空气参数、进风空气参数、回风空气参数；基于传热学和热平衡原理计算回风流量，根据回风流量调节回风阀开度；步骤四、监测进风和回风混合后的空气参数；基于传热学和热平衡原理计算加热量，根据加热量调节加热器功率；步骤五、判断是否满足|进塔空气干球温度-目标值|0.5℃，且|进塔空气湿球温度-目标值|0.5℃；如果满足条件则结束，如果不满足条件则继续执行步骤三。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）本发明设有风路调节系统，实时监测引风干湿球温度、出风干湿球温度、回风干湿球温度、进风干湿球温度、进风回风混合后干湿球温度、电加热后空气干湿球温度、进塔空气干湿球温度、回风流量及主流量等参数，基于一套自动控制系统，运用传热学和热平衡原理计算不同工况下回风流量和加热器的加热量，匹配调节变频风机频率、回风阀开度和变频电加热器功率，实现试验空气参数精准调节，提高试验工况稳定性和测试准确度。同时，在满足规程DLT933-2005要求的前提下实验台可全季节开展测试工作，避免了外界环境条件对测试工作的干扰。（2）喷淋装置至淋水填料顶部、淋水填料底部至落水池，该两段距离发生的换热与填料性能无关，现有技术为将冷却水温度测点布置在进水管道和落水池中，会对测试结果产生一定的影响，尤其淋水填料底部至落水池换热量较大。本发明在淋水填料上方和下方设有冷却水收集装置，通过在收集容器中布置测温传感器测试经淋水填料冷却前和冷却后的水温，能够最大程度反映淋水填料热力性能。（3）本发明防堵测压系统中在取压孔上方设置导流罩，测压联动装置通过识别压力信号，判断测压系统是否处于正常工作状态，并辅以高压气体疏通调节，可有效解决喷淋冷却水以及逆流换热空气携带水滴导致测压孔堵塞的技术难题，确保填料压损测试结果准确有效。附图说明图1是本发明实施例的风路调节控制系统基本原理图。图2是本发明实施例的防堵测压系统控制流程图。图3是本发明实施例的结构示意图。图4是图3中沿A-A方向的断面图。图5是本发明实施例的测压头结构示意图。图6是本发明实施例的冷却水收集装置结构示意图。图7是本发明实施例的工作流程图。图中：1、塔体，2、淋水填料，3、测压管网，4、引风管路，5、出风管路，6、变频风机，7、回风管路，8、进风管路，9、变频电加热器，10、主流量计，11、整流栅，12、测压管路，13、微压计，14、气泵，15、回风流量计，16、冷却水收集装置，17、收集容器，20、引风干湿球温度计，21、出风干湿球温度计，22、回风干湿球温度计，23、进风干湿球温度计，24、进风回风混合后干湿球温度计，25、电加热后空气干湿球温度计，26、进塔空气干湿球温度计，30、电动截止阀，31、止回阀，32、出风阀，33、进风阀，34、回风阀，40、测压联动装置，41、风路自动调节系统，3-1、测压头，3-2、取压孔，3-3、导流罩。具体实施方式下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。实施例。参见图1至图7，本实施例中的基于风路系统精准调节的逆流式冷却塔淋水填料测试装置，包括塔体1、引风管路4、出风管路5、变频风机6、回风管路7、进风管路8、冷却水收集装置16、防堵测压系统、风路自动调节系统41和测压联动装置40；引风管路4的一端连接于塔体1的上部，引风管路4的另一端连接于变频风机6的入口，出风管路5与变频风机6的出口连接；进风管路8与塔体1的底部连接，回风管路7的两端分别与出风管路5和进风管路8连接；塔体1内设有淋水填料2，在淋水填料2的上方和下方均设有冷却水收集装置16和测压管网3；冷却水收集装置16上均匀布置有若干个收集容器17，每个收集容器17的内部均固定有热电偶温度计；引风管路4、出风管路5、回风管路7上分别设有引风干湿球温度计20、出风干湿球温度计21、回风干湿球温度计22，出风管路5上设有出风阀32，回风管路7上还设有回风阀34和回风流量计15；进风管路8上设有进风阀33、变频电加热器9、主流量计10和整流栅11，且进风管路8上还设有进风干湿球温度计23、进风回风混合后干湿球温度计24、电加热后空气干湿球温度计25和进塔空气干湿球温度计26；进风干湿球温度计23位于进风管路8的入口，进风回风混合后干湿球温度计24位于变频电加热器9与回风管路7中间，电加热后空气干湿球温度计25位于变频电加热器9与主流量计10中间，进塔空气干湿球温度计26位于塔体1的入口。打开出风阀32和进风阀33，开启变频风机6，风路管道中产生负压，新风进入进风管路8，依次流经变频电加热器9、主流量计10、整流栅11后进入塔体1的底部，由塔体1的底部向上流动，经过淋水填料2与循环水发生逆流换热后相变为湿热空气通过塔体1的顶部排出，进入引风管路4，在变频风机6的作用下进入出风管路5排放到大气中。整流栅11的作用为使得进塔空气更加均匀，避免空气扰动带来测试偏差。冷却水收集装置16将进入和流出淋水填料2的冷却水集合到收集容器17中，并在每个收集容器17中布置独立的测温热电偶，最大限度地均匀测试冷却前和冷却后的冷却水温度，这种做法能够有效避免非填料区换热带来的计算偏差。风路自动调节系统41由变频风机6、回风阀34、变频电加热器9和计算机组成。在控制程序中输入目标值进塔空气干球温度、进塔空气湿球温度、进塔空气流量，第一步程序根据设定的进塔空气流量确定变频风机6的频率，并将变频风机6调节至该频率值，第二步风路自动调节系统41实时监测引风干湿球温度计20、出风干湿球温度计21、回风干湿球温度计22、进风干湿球温度计23、进风回风混合后干湿球温度计24、电加热后空气干湿球温度计25、进塔空气干湿球温度计26以及主流量计10、回风流量计15，控制程序根据目标参数，计算与该工况相匹配的回风流量和加热量，并将回风阀34调节至对应的开度，将变频电加热器9调节至对应的功率。程序算法采用迭代计算，判定依据为|进塔空气干球温度-目标值|0.5℃且|进塔空气湿球温度-目标值|0.5℃，表明调节工作完成，试验参数满足测试要求。防堵测压系统由测压管网3、测压管路12、气泵14、止回阀31、电动截止阀30、微压计13、测压联动装置40组成。测压管网3与测压管路12连接，测压管路12分支成并联的两路，一路经止回阀31与气泵14连接，另一路经电动截止阀30与微压计13连接。测压管网3设有若干个测压头3-1，测压头3-1呈网状布置形式，这种布置方式能够最大限度均匀地获取塔体1横截面内空气压力，测压头3-1由取压孔3-2和导流罩3-3组成。测压联动装置40通过计算机自动控制电动截止阀30的开关和气泵14的启停。测试淋水填料2的压损时，测压管网3中的取压孔很容易被喷淋落下的循环水以及逆流换热的空气携带的水滴堵塞，导致无法获取有效压力。止回阀31为单向阀门，介质只能由气泵14向测压管网3方向流动，反方向流动是被阻止的，测压状态时气泵14处于关闭状态，电动截止阀30为开启状态，此时微压计13将测试数据传输到测压联动装置40中，一旦测压管网3中取压孔发生堵塞，微压计13输出结果为0，测压联动装置40接收到微压计13反馈的信号，判断测压管网3无法进行工作，触发模块通过控制程序关闭电动截止阀30，此时微压计13停止采集数据，然后开启气泵14，采用高压气体将测压管网3的取压孔附着的水滴剥离，实现整个测压系统管路畅通，通过多次试验统计，即使在冷却水大流量和大风量工况下，气泵14吹扫约2分钟，便可实现测压管路通畅，吹扫结束后程序自动关闭气泵14，开启电动截止阀30，微压计13开始采集数据，防堵测压系统处于正常测压状态。虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更改，均应属于本发明的保护范围。

权利要求：1.一种基于风路系统精准调节的逆流式冷却塔淋水填料测试装置，包括塔体（1）、引风管路（4）、出风管路（5）、变频风机（6）、回风管路（7）、进风管路（8）和冷却水收集装置（16）；其特征是，所述引风管路（4）的一端连接于塔体（1）的上部，所述引风管路（4）的另一端连接于变频风机（6）的入口，所述出风管路（5）与变频风机（6）的出口连接；所述进风管路（8）与塔体（1）的底部连接，所述回风管路（7）的两端分别与出风管路（5）和进风管路（8）连接；所述塔体（1）内设有淋水填料（2），在淋水填料（2）的上方和下方均设有冷却水收集装置（16）和测压管网（3）；所述冷却水收集装置（16）上均匀布置有若干个收集容器（17），每个收集容器（17）的内部均固定有热电偶温度计；所述引风管路（4）、出风管路（5）、回风管路（7）上分别设有引风干湿球温度计（20）、出风干湿球温度计（21）、回风干湿球温度计（22），所述出风管路（5）上设有出风阀（32），所述回风管路（7）上还设有回风阀（34）和回风流量计（15）；所述进风管路（8）上设有进风阀（33）、变频电加热器（9）、主流量计（10）和整流栅（11），且进风管路（8）上还设有进风干湿球温度计（23）、进风回风混合后干湿球温度计（24）、电加热后空气干湿球温度计（25）和进塔空气干湿球温度计（26）；所述测压管网（3）与测压管路（12）连接，所述测压管路（12）分支成并联的两路，一路经止回阀（31）与气泵（14）连接，另一路经电动截止阀（30）与微压计（13）连接。2.根据权利要求1所述的基于风路系统精准调节的逆流式冷却塔淋水填料测试装置，其特征是，所述进风干湿球温度计（23）位于进风管路（8）的入口，所述进风回风混合后干湿球温度计（24）位于变频电加热器（9）与回风管路（7）中间，所述电加热后空气干湿球温度计（25）位于变频电加热器（9）与主流量计（10）中间，所述进塔空气干湿球温度计（26）位于塔体（1）的入口。3.根据权利要求1所述的基于风路系统精准调节的逆流式冷却塔淋水填料测试装置，其特征是，所述测压管网（3）上设有若干个测压头（3-1），且测压头（3-1）呈网状布置，所述测压头（3-1）由取压孔（3-2）和导流罩（3-3）组成。4.一种如权利要求1-3中任一项所述的基于风路系统精准调节的逆流式冷却塔淋水填料测试装置的工作方法，其特征是，过程如下：步骤一、输入目标值；步骤二、根据流量调节变频风机（6）的频率；步骤三、监测引风空气参数、出风空气参数、进风空气参数、回风空气参数；基于传热学和热平衡原理计算回风流量，根据回风流量调节回风阀（34）开度；步骤四、监测进风和回风混合后的空气参数；基于传热学和热平衡原理计算加热量，根据加热量调节加热器功率；步骤五、判断是否满足|进塔空气干球温度-目标值|0.5℃，且|进塔空气湿球温度-目标值|0.5℃；如果满足条件则结束，如果不满足条件则继续执行步骤三。

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