CN107133468B - 一种间接空冷塔冷却扇段进风量的在线软测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种间接空冷塔冷却扇段进风量的在线软测量方法，包括以下步骤：1）得到研究对象间接空冷***冷却三角散热器的换热系数k f 。2）根据电厂提供的结构尺寸，整理出迎风面积A n,i 和该扇段换热面积面积A o,i 。3）根据温度测点读出空气进入冷却扇段后的温度等相关温度。4）基于传热学数学理论模型计算出扇段进口风速v n,i ，进而给出扇段进风量q v,i 。本发明可以掌握间接空冷***的各个扇段空气进口风速，对于整个间接空冷***的经济安全运行，尤其是预防间接空冷***散热器冬季冻结事故的发生具有非常重要的现实意义与实用价值。

Description

一种间接空冷塔冷却扇段进风量的在线软测量方法
技术领域
本发明涉及一种间接空冷塔冷却扇段进风量的在线软测量方法技术，特别涉及一种基于传热学数学理论模型计算空气进入间接空冷***各扇段风量的方法，属于在线监测技术领域。
背景技术
间接空冷***因其节水省电、单位煤耗低等特点，在我国“富煤缺水”的地区逐渐得到广泛应用。间接空冷塔的运行特性决定了其易受外界环境干扰，运行中也出现一系列问题，如夏季冷却出力不足、冬季散热器冻结等，严重影响了机组运行的经济性和安全性。实现空冷塔冷却扇段进风量的在线软测量有利于对空冷塔扇段的换热状况进行实时监控，及时指导现场工作人员对百叶窗的开度进行调控，尤其是出现散热器受冻危险的情况。
此外，对于间接空冷塔各个冷却扇段而言，扇段进口流场较为复杂，某点的流速时变频繁且受流场变化的影响较大，很难直接准确地测得扇段迎风风速以及进风量。再者关于测点的布置也存疑，究竟将测点布置何处才最能够反映该扇段迎风的进风状况，利用现有仪器对间接空冷塔迎风风速或进风量进行测量较为困难。
为此此，开发一种给出间接空冷***扇段进口风速的软测量方法就具有非常重要的现实意义与实用价值。
发明内容
技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种准确且易于获取的间接空冷***扇段进口风速的软测量方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种间接空冷塔冷却扇段进风量的在线软测量方法，给出火电机组冷却塔扇段进口风速计算值，所述的冷却塔采用间接空冷方式运行，所述的进口风速为间接空冷塔各扇段进口处空气风速；包括以下步骤：
步骤1，得到研究对象间接空冷***冷却三角散热器的换热系数kf。
步骤2，根据电厂提供的结构尺寸，整理出迎风面积An,i和扇段换热面积面积Ao,i。
步骤3，根据温度测点读出空气进入冷却扇段后的温度等相关温度。
步骤4，基于传热学数学理论模型计算出扇段进口风速vni，进而给出扇段进风量qv,i。
在本发明一实施案例中，所述的步骤1中间接空冷***冷却三角散热器的换热系数kf是指空气与散热器翅片管发生强制对流换热过程的对流换热系数，该系数受翅片管的结构尺寸、风速、管内污垢等因素影响。
换热过程包括管内流体到管内侧壁面hi、管内侧壁面到外侧壁面的导热
Figure GDA0002614313450000011
管外侧壁面到外侧流体ho三个环节。对于金属传热管，由于导热系数元很大,管壁厚度很小，
Figure GDA0002614313450000021
项可以忽略不计，因此，管内循环水温度接近于管壁温度，即tw≈tf，tw指壁面温度，tf指管内水温。同时，当hi、ho相差较大时，k值主要由其中较小的换热系数决定，由于管内循环水的换热系数hi>>ho，所以，总对流换热系数近似用空气侧对流换热系数取代，即kf≈ha。
而得到空气侧对流换热系数ha与进口风速vn,i之间的关系较为容易，主要通过以下几种方式获取：①由提供散热器翅片管的厂商给出；②通过现场对翅片管进行风洞试验获得；③利用Ansys对散热器翅片管数值模拟获得。
在本发明一实施案例中，所述的步骤2中所述迎风面积An,i为垂直空气进入i号扇段百叶风口方向上的空气通道处的总面积；该扇段换热面积面积Ao,i指空气与i号扇段散热器翅片管发生对流换热的总换热面积(包含散热器翅片管翅片面积)。这两个量都由电厂提供的间接空冷***的结构尺寸整理得出。
在本发明一实施案例中，所述的步骤3中所述相关温度为①空气进入i号扇段后的温度ta_out,i；②环境温度ta_in；③扇段内循环水进出口水温tw_in,i，tw_out,i。
在本发明一实施案例中，所述的步骤4中传热学数学理论模型为：
取由多个冷却三角构成的某一扇段为研究对象，空气冲刷该扇段散热器翅片管的吸热量Qa,i与该扇段翅片管对流换热量Qm,i有：
Figure GDA0002614313450000022
式中：Cpa和ρa表示空气的定压比热容和密度，以空气侧进口温度即环境温度ta_in作为特征温度，通过查询干空气的热物理性质表即可获得，单位分别为J/(kg*K)和kg/m3。
根据能量守恒，由Qa,i＝Qm,i可得：
Figure GDA0002614313450000023
即可得到空气进入i号扇段风速vn,i，单位m/s。则该扇段进风量qv,i＝An,ivn,i，单位m3/s。
有益效果：本发明可在给出研究对象间接空冷***冷却三角散热器的换热系数以及电厂提供结构尺寸的前提下，基于传热学数学理论模型计算出扇段进口风速，进而给出扇段进风量，从而对间接空冷***的各扇段进口风量实现在线监控。实现间接空冷***的各扇段进口风量在线软测量，能够对空冷塔扇段的换热状况进行实时监控，并及时指导现场工作。
附图说明
图1是本发明实施例的方法流程图；
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作更进一步的说明。
实施例为计算本文研究对象山西某600MW机组SCAL型间接空冷***的2号扇段进口风速：
参照图1，第一步要得到该间接空冷***散热器的对流换热系数kf。换热过程包括管内流体到管内侧壁面hi、管内侧壁面到外侧壁面的导热
Figure GDA0002614313450000031
管外侧壁面到外侧流体ho三个环节。对于金属传热管，由于导热系数元很大,管壁厚度很小，
Figure GDA0002614313450000032
项可以忽略不计，因此，管内循环水温度接近于管壁温度，即tw≈tf，tw指壁面温度，tf指管内水温。同时，当hi、ho相差较大时，k值主要由其中较小的换热系数决定，由于管内循环水的换热系数hi>>ho，所以，总对流换热系数近似用空气侧对流换热系数取代，即kf≈ha。本实施例ha与进口风速vn,i的关联式由该电厂提供的散热器椭圆翅片管换热性能参数获得。
参照图1，第二步为整理相关面积：①垂直空气进入2号扇段百叶风口方向上的空气通道处的总面积An,2；②空气与2号扇段散热器翅片管发生对流换热的总表面积Ao,2。这两个量都由电厂提供的间接空冷***的结构尺寸计算得出。
参照图1，第三步为读取相关温度：①空气进入2号扇段后的温度ta_out,2；②环境温度ta_in；③扇段内循环水进出口水温tw_in,2，tw_out,2。间接空冷***中温度测点的布置较为容易，且读出的数值较为准确。
参照图1，第四步对空气进入2号扇段的进口风速vn,2进行计算，计算步骤如下：
首先传热学数学理论模型为：
取由该机组2号扇段为研究对象，空气冲刷该扇段散热器翅片管的吸热量Qa，2与该扇段翅片管对流换热热量Qm,2有：
Figure GDA0002614313450000033
式中：Cpa和ρa表示空气的定压比热容和密度，以空气侧进口温度即环境温度ta_in作为特征温度，通过查询干空气的热物理性质表即可获得，单位分别为J/(kg*K)和kg/m3。
根据能量守恒，由Qa,2＝Qm,2可得：
Figure GDA0002614313450000041
即可得到空气进入2号扇段风速vn,2，单位m/s。则该扇段进风量qv.2＝An,2vn,2，单位m3/s。

Claims (4)

1.一种间接空冷塔冷却扇段进风量的在线软测量方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，得到研究对象间接空冷***冷却三角散热器的换热系数kf；
步骤2，根据电厂提供的结构尺寸，整理出迎风面积An,i和扇段换热面积Ao,i；
步骤3，根据温度测点读出空气进入冷却扇段后的相关温度；
步骤4，基于传热学数学理论模型计算出扇段进口风速vn,i，进而给出扇段进风量qv,i；所述步骤4中传热学数学理论模型为：
取由多个冷却三角构成的某一扇段为研究对象，空气冲刷该扇段散热器翅片管的吸热量Qa,i与该扇段翅片管对流换热量Qm,i有：
Figure FDA0002614313440000011
式中：cpa和ρa表示空气的定压比热容和密度，以空气侧进口温度即环境温度ta_in作为特征温度，通过查询干空气的热物理性质表即可获得，cpa单位为J/(kg*K)，ρa单位为kg/m3；ta_out,i为空气进入i号扇段后的温度，单位为K；ta,i为环境温度，单位为K，tw_in,i、tw_out,i为i扇段内循环水进出口水温，单位为K；ha为空气侧对流换热系数；tw为壁面温度；
根据能量守恒，由Qa,i＝Qm,i得到：
Figure FDA0002614313440000012
得到空气进入i号扇段风速vn,i，单位m/s；该扇段进风量qv,i＝An,ivn,i，单位m3/s。
2.根据权利要求1所述的一种间接空冷塔冷却扇段进风量的在线软测量方法，其特征在于：所述步骤1中间接空冷***冷却三角散热器的换热系数kf是指空气与散热器翅片管发生强制对流换热过程的对流换热系数，该系数受翅片管的结构尺寸、风速、管内污垢因素影响；
换热过程包括管内流体到管内侧壁面hi、管内侧壁面到外侧壁面的导热
Figure FDA0002614313440000013
管外侧壁面到外侧流体ho三个环节；
对于金属传热管，
Figure FDA0002614313440000014
项忽略不计，管内循环水温度接近于管壁温度，即tw≈tf，tw指壁面温度，tf指管内水温；同时，当hi、ho相差较大时，kf值主要由其中较小的换热系数决定，由于管内循环水的换热系数hi>>ho，所以，总对流换热系数近似用空气侧对流换热系数取代，即kf≈ha；
空气侧对流换热系数ha与进口风速vn,i之间的关系通过以下方式获取：①由提供散热器翅片管的厂商给出；②通过现场对翅片管进行风洞试验获得；③利用Ansys对散热器翅片管数值模拟获得。
3.根据权利要求1所述的一种间接空冷塔冷却扇段进风量的在线软测量方法，其特征在于：所述步骤2中迎风面积An,i为垂直空气进入i号扇段百叶风口方向上的空气通道处的总面积；该扇段换热面积Ao,i指空气与i号扇段散热器翅片管发生对流换热的总换热面积，包含散热器翅片管翅片面积；散热器翅片管翅片面积都由电厂提供的间接空冷***的结构尺寸整理得出。
4.根据权利要求1所述的一种间接空冷塔冷却扇段进风量的在线软测量方法，其特征在于：所述步骤3中相关温度包括①空气进入i号扇段后的温度ta_out,i；②环境温度ta_in；③扇段内循环水进口水温tw_in,i，扇段内循环水出口水温tw_out,i。
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