一种自然通风逆流湿式冷却塔能效的定量测量方法

摘要

公开了一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法，方法包括：获取自然通风逆流湿式冷却塔的结构参数；测量自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中的运行参数，基于自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中的运行及设计参数获得自然通风逆流湿式冷却塔的运行过程中冷却数N、修正到设计工况下进塔水流量Qc；计算自然通风逆流湿式冷却塔的能效标定指标η，当能效标定指标η＜a时，确定自然通风逆流湿式冷却塔能效标定为低能效，当能效标定指标a≤η＜b时，确定自然通风逆流湿式冷却塔能效标定为中能效，当能效标定指标η≥b，确定自然通风逆流湿式冷却塔能效标定为高能效。

权利要求

1.一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法，其包括如下步骤：

第一步骤S1：获取自然通风逆流湿式冷却塔的结构及设计参数，所述结构参数包括冷却塔竖井高度h竖井，冷却塔竖井截面面积S竖井，冷却塔总高h总高，冷却塔底面截面积S底；所述设计参数包括设计冷却水流量Qd，冷却塔设计热力性能公式；

第二步骤S2：测量自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中的运行参数，所述运行参数包括空气入口湿球温度Twb1、空气入口干球温度Tdb1、空气出口温度Tdb2、冷却水入口温度Tw1、冷却水出口温度Tw2、循环水流量mw、进塔空气流量Gt及循环补充水量m△，基于自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中的运行及设计参数获得自然通风逆流湿式冷却塔的运行过程中冷却数N、修正到设计工况下的进塔水流量Qc；

第三 步骤 S3 ：计 算自 然通 风逆 流湿 式冷 却塔的 能效 标 定指 标η，其中α、β、γ为权重系数，α＝0.5,β＝0.3,γ＝0.2；Qc—修正到设计工况下的进塔水流量，kg/h；Qd—设计冷却水流量，kg/h；N—冷却塔的冷却数；mw—自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中循环水流量，kg/s；m△—自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中循环补充水量，kg/s；h竖井—冷却塔竖井高度，m；S竖井—冷却塔竖井截面面积，m2；h总高—冷却塔总高，m；S底—冷却塔底面截面积，m2第四步骤S4，当能效标定指标η

说明书

一种自然通风逆流湿式冷却塔能效的定量测量方法

技术领域

[0001] 本发明属于冷却塔技术领域，特别是涉及一种自然通风逆流湿式冷却塔能效的定量测量方法。

背景技术

[0002] 能源是经济发展和社会进步的基本动力，是人类不可或缺的生存基础，其重要性不言而喻。而当今人类所消费的能源中，煤炭等化石燃料仍然占据主导地位。近些年来，能源危机不断加剧，能源价格不断攀升，环境和生态问题日益凸显。火电在我国发电量占比高达75.2％，因此，在当前节能降耗的大目标下，提高电厂发电效率具有重大意义。

[0003] 火力发电中，燃料在锅炉中燃烧放出热量，水在锅炉和过热器中定压吸热成为过热蒸汽，高温高压的蒸汽进入汽轮机内绝热膨胀做功，做功后的乏汽被排到凝汽器内等压冷凝，向循环冷却水放热，携带废热的冷却水再通过冷却塔将热量传给环境空气。由于电厂中凝汽器的低温状态是由循环冷却水系统来保证的，因此循环水的冷却在电力生产中至关重要。电厂多采用带冷却塔的循环供水系统。

[0004] 自然通风逆流湿式冷却塔一般包括塔筒、收水器、配水系统、填料、雨区以及集水池等几个基本组成部分。运行时，由凝汽器出来的循环水通过竖井进入配水系统。配水系统在平面上呈网状布置，分槽式配水、管式配水或槽管结合配水三种方式，然后通过喷溅设备，将水喷洒到填料上形成水膜，经填料后形成雨滴落入集水池，冷却后的水被水泵送入凝汽器重新使用。搭筒底部进风，用人字柱或交叉柱支承。空气从进风口进入塔体，穿过填料下的雨区，和热水流动成相反方向流过填料，通过收水器回收空气中的水滴后，再从塔筒出口排出。

[0005] 能效是能源利用效率的简称。能效标定(Energy Efficiency Evaluation，简称EEE)是对耗能设备的能源利用效率或耗能设备在一定时间内的能源消耗等进行检测、计算，给出所处水平。能效标定的相关研究可归纳为基于热力学第一定律的方法和基于热力学第二定律的方法。基于热力学第一定律的指标有(Tw1-Tw2)/(Tw1-Twb1)(Tw1为冷却水入口温度，Tw2为冷却水出口温度，Twb1为空气入口湿球温度)；Q/△p(Q为换热量，△p为空气流动过程中的阻力)等。这些标定指标物理概念清晰，在冷却塔性能对比中得到了较多应用。基于热力学第二定律，有熵标定方法， 标定方法等，反映了冷却塔工作过程的热力学完善程度。

[0006] 作为类比，我国的空调、冰箱、电视等电器已经实现了能效测量和标定，但是，冷却塔性能方面的能效测量和标定所涉及的技术问题，依然没有很好的解决。就前文提到的各类标定指标或者方法，仅用于自然通风逆流湿式冷却塔的性能对比，并且考虑种类单一，仅从能量角度对冷却塔性能进行标定，没有充分考虑冷却塔运行过程中的水、电损耗等因素，无法对冷却塔性能进行综合评判，并对其进行能效等级划分。

[0007] 在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

[0008] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法，其综合考虑了冷却塔运行过程中的换热效率、耗电率及耗水率因素，并且可以利用权重因子，针对不同地区的对水、电资源的重视程度，对其影响因素实行动态调控，能够真实的反映冷却塔运行工况的能效水平。

[0009] 本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：

[0010] 一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法，包括如下步骤：

[0011] 第一步骤：获取自然通风逆流湿式冷却塔的结构及设计参数，所述结构参数包括冷却塔竖井高度h竖井，冷却塔竖井截面面积S竖井，冷却塔总高h总高，冷却塔底面截面积S底；所述设计参数包括设计冷却水流量Qd，冷却塔设计热力性能公式。

[0012] 第二步骤：测量自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中的运行参数，所述运行参数包括空气入口湿球温度Twb1、空气入口干球温度Tdb1、空气出口温度Tdb2、冷却水入口温度Tw1、冷却水出口温度Tw2、循环水流量mw、进塔空气流量Gt及循环补充水量m△，基于自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中的运行及设计参数获得自然通风逆流湿式冷却塔的运行过程中冷却数N、修正到设计工况下的进塔水流量Qc；

[0013] 第三 步骤 ：计 算自然 通风逆流 湿式冷 却塔的能 效标定 指标η，其中α、β、γ为权重系数，α+β+γ＝1；Qc—修正到设计工况下的进塔水流量，kg/h；Qd—设计冷却水流量，kg/h；N—冷却塔的冷却数；mw—自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中循环水流量，kg/h；m△—自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中循环补充水量，kg/h；h竖井—冷却塔竖井高度，m；S竖井—冷却塔竖井截面面积，m2；h总高—冷却塔总高，m；S底—冷却塔底面截面积，m2

[0014] 第四步骤中，当能效标定指标η

[0015] 在所述的一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法中，所述结构参数包括冷却塔竖井高度h竖井，冷却塔竖井截面面积S竖井，冷却塔总高h总高，冷却塔底面截面积S底；所述设计参数包括设计冷却水流量Qd，冷却塔设计热力性能公式。

[0016] 在所述的一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法中，所述运行参数包括空气入口湿球温度Twb1、空气入口干球温度Tdb1、空气出口温度Tdb2、冷却水入口温度Tw1、冷却水出口温度Tw2、循环水流量mw、进塔空气流量Gt及循环补充水量m△。

[0017] 在所述的一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法中，自然通风逆流湿式冷却塔实测冷却能力与设计冷却能力之比为 反映冷却塔运行过程中偏离设计工况的程度，其值越大，则偏离程度越小。N为冷却塔的冷却数，表示冷却塔冷却能力，其值越大，代表冷却塔冷却性能越好；两者乘积 代表冷却塔运行过程中热效率。

[0018] 在所述的一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法中，自然通风逆流湿式冷却塔的损失水率为 反映冷却塔运行过程中，损失水量占总循环水量的比例，其值越大，则损失水率越小。

[0019] 在所述的一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法中，自然通风逆流湿式冷却塔的类耗电率为 ( 表征循环水喷淋高度占总高度比值，表征冷却水运行过程中耗电比，其值越大，代表冷却水在运行过程中，喷淋高度越高，耗电量越大；考虑到存在“瘦高型”冷却塔，采用 表征冷却水循环过程中类耗电比。)，反映冷却水输运过程中沿程阻力所占比例大小，其值越大，则耗电量越小。

[0020] 若在电资源匮乏地区，可适当调大γ值，提高耗电率在能效指标中所占比重；若在水资源匮乏地区，可适当调大β值，提高耗水率在能效指标中所占比重。

[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

[0022] 本发明通过测量并计算冷却塔运行过程中的换热效率、耗电率及耗水率因素，对自然对流逆流湿式冷却塔进行能效分析，并且利用权重因子，针对不同地区的对水、电资源的重视程度，对其影响因素实行动态调控，能够更准确地反映冷却塔运行工况的能效水平。

[0023] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

[0024] 通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0025] 在附图中：

[0026] 图1为本发明一个实施例的自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法的步骤示意图；

[0027] 图2为本发明一个实施例的自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法的能效标定指标的概率密度分布曲线及高、中、低能效水平的划分示意图；

[0028] 图3为一个实施例的自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法的能效标定指标的统计直方图。

[0029] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

[0030] 下面将参照附图1至附图3更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

[0031] 需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

[0032] 为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

[0033] 如图1所示的根据本发明的自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法，一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法，包括如下步骤：

[0034] 第一步骤S1：获取自然通风逆流湿式冷却塔的结构及设计参数，所述结构参数包括冷却塔竖井高度h竖井，冷却塔竖井截面面积S竖井，冷却塔总高h总高，冷却塔底面截面积S底；所述设计参数包括设计冷却水流量Qd，冷却塔设计热力性能公式。

[0035] 第二步骤S2：测量自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中的运行参数，所述运行参数包括空气入口湿球温度Twb1、空气入口干球温度Tdb1、空气出口温度Tdb2、冷却水入口温度Tw1、冷却水出口温度Tw2、循环水流量mw、进塔空气流量Gt及循环补充水量m△，基于自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中的运行及设计参数获得自然通风逆流湿式冷却塔的运行过程中冷却数N、修正到设计工况下的进塔水流量Qc；

[0036] 第三步骤S3：计算自然通风逆流湿式冷却塔的能效标定指标η，其中α、β、γ为权重系数，α+β+γ＝
1；Qc—修正到设计工况下的进塔水流量，kg/h；Qd—设计冷却水流量，kg/h；N—冷却塔的冷却数；mw—自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中循环水流量，kg/s；m△—自然通风逆流湿式冷却塔运行过程中循环补充水量，kg/s；h竖井—冷却塔竖井高度，m；S竖井—冷却塔竖井截面面积，m2；h总高—冷却塔总高，m；S底—冷却塔底面截面积，m2

[0037] 第四步骤S4，当能效标定指标η

[0038] 在本发明中，可根据当地对电力及水资源的重视程度，对α、β、γ进行调节，从而科学有效的反映冷却塔能效水平，为了进一步理解本发明，图2为本发明一个实施例的自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法的能效标定指标的概率密度分布曲线及高、中、低能效水平的划分示意图。当η<1.04时，自然通风逆流湿式冷却塔能效标定为低能效，当1.04≤η<1.251时，自然通风逆流湿式冷却塔能效标定为中能效，η≥1.251时则自然通风逆流湿式冷却塔能效标定为高能效。

[0039] 在本发明中，可根据当地对电力及水资源的重视程度，对α、β、γ进行调节，从而科学有效的反映冷却塔能效。

[0040] 为了进一步理解本发明，我们根据所搜集的冷却塔实塔测试报告，总结了不同结构参数的冷却塔的能效数据，结果表明当α＝0.5,β＝0.3,γ＝0.2时，其概率密度分布满足正态分布函数f(x)＝N(1.12,0.1552)，图3为本发明一个实施例的自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法的能效标定指标统计分布直方图，图3为的概率密度分布曲线及高、中、低能效水平的划分示意图。当η<1.04时，自然通风逆流湿式冷却塔能效标定为低能效，当1.04≤η<1.251，自然通风逆流湿式冷却塔能效标定为中能效，η≥1.251则自然通风逆流湿式冷却塔能效标定为高能效。

[0041] 表1为冷却塔能效等级划分示例，在表1中查询被评冷却塔在所有冷却塔中所处的能效水平。若η处于低能效区，意味着该冷却塔不宜作为节能高效设备，不鼓励生产和推广；若η处于中能效区或高能效区，意味着该冷却塔属于节能高效设备，应鼓励生产和推广使用。

[0042] 表1

[0043]能效分区 能效标定指标范围 所占整体的百分比
低能效区 η<1.04 30％
中能效区 1.04≤η<1.251 50％
高能效区 η≥1.251 20％

[0044] 本发明所述的一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法的优选实施例中，所述结构参数包括冷却塔竖井高度h竖井，冷却塔竖井截面面积S竖井，冷却塔总高h总高，冷却塔底面截面积S底；所述设计参数包括设计冷却水流量Qd，冷却塔设计热力性能公式。

[0045] 本发明所述的一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法的优选实施例中，所述运行参数包括空气入口湿球温度Twb1、空气入口干球温度Tdb1、空气出口温度Tdb2、冷却水入口温度Tw1、冷却水出口温度Tw2、循环水流量mw、进塔空气流量Gt及循环补充水量m△；

[0046] 本发明所述的一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法的优选实施例中，自然通风逆流湿式冷却塔实测冷却能力与设计冷却能力之比为 反映冷却塔运行过程中偏离设计工况的程度，其值越大，则偏离程度越小。N为冷却塔的冷却数，表示冷却塔冷却能力，其值越大，代表冷却塔冷却性能越好；两者乘积 代表冷却塔运行过程中热效率。

[0047] 本发明所述的一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法的优选实施例中，自然通风逆流湿式冷却塔的损失水率为 反映了冷却塔实际运行过程中，损失水量占循环水量的比值，其值越接近1，说明冷却塔运行过程中耗水量越少，从而越节约水资源。因此，该项能体现冷却塔对冷却水的有效利用情况，若在水资源匮乏地区，可适当调大β值，提高该项在能效指标中所占比重；反之，则相反。

[0048] 本发明所述的一种自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法的优选实施例中，自然通风逆流湿式冷却塔的类耗电率为 ( 表征循环水喷淋高度占总高度比值，表征冷却水运行过程中耗电比，其值越大，代表冷却水在运行过程中，喷淋高度越高，耗电量越大；考虑到存在“瘦高型”冷却塔，采用 表征冷却水循环过程中类耗电比。)，反映了冷却塔实际运行输送冷却水过程中，沿途输送阻力的相对大小，其比值越接近
1，说明该冷却塔设计过程中，冷却水输送过程中阻力较小，能较好的节约电能。因此，该项能体现冷却塔对电力的有效利用情况，若在电资源匮乏地区，可适当调大γ值，提高该项在能效指标中所占比重；反之，则相反。

[0049] 对比以往申请自然通风逆流湿式冷却塔能效测量方法，本专利有如下优点：1、现有技术采用 表征冷却塔换热效率，但是此种表征是将冷却塔类比为一种换热器，并不能很好地贴合冷却塔实际工况。本专利换热效率采用冷却塔运行过程中偏离设计工况程度与冷却数的乘积(即 )形式，该形式更符合冷却塔；2、现有技术中采用 表示冷却塔运行过程中的耗电率，但是在实际运行过程中，冷却塔单独消耗的泵功(即W泵功)难以直接测得。为了克服该缺点，本专利采用 来表征冷却塔运行过程中的类耗电比( 表征循环水喷淋高度占总高度比值，表征冷却水运行过程中耗电比，其值越大，代表冷却水在运行过程中，喷淋高度越高，耗电量越大；考虑到存在“瘦高型”冷却塔，采用表征冷却水循环过程中类耗电比)；3、现有技术往往定性的介绍了一种能效测量方法，而本专利通过定量分析，对冷却塔实测数据库进行了统计计算，结果表明当α＝0.5,β＝0.3,γ＝0.2时，其概率密度分布满足正态分布函数f(x)＝N(1.12,0.1552)，符合能效标准，便于进行能效测量。

[0050] 尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。