冷却塔水务管理软件的设计与应用

冷却塔水务管理软件的设计与应用

王为术1， 张斌1， 郭会军1， 张强2

(1.华北水利水电大学 热能工程研究中心，河南 郑州 450045； 2.山东蓝想环境科技股份有限公司，山东 安丘 262100)

摘要：基于不同形式的冷却塔水务管理计算模型，以C++Builder 6.0为平台，设计开发出具有通用性、人机互动性、界面友好的冷却塔水务管理软件，实现了对冷却塔的水循环系统的水平衡计算以及经济性分析，并通过计算实例揭示了节水装置对降低冷却塔运行成本、减少水量耗散具有重要意义.该软件可为冷却塔的设计、运行和经济性分析提供便利.

关键词：冷却塔；水务管理；水平衡；经济性中图分类号：TK01文献标识码：A文章编号：1002-5634(2015)03-0086-03

收稿日期:2015-03-31

作者简介：苗世昌(1966—)，男，河南宜阳人，工程师，主要从事发电厂热力设备及环境污染控制方面的研究.

DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2015.03.021

冷却塔是火电厂重要的辅机设备之一[1]，用于将携带有一定热量的冷却水冷却以便循环使用，并将废热排向大气.当今世界面临严重的水危机，而火电厂属高耗水行业[2-4]，通过冷却塔实现对水的循环利用，这对火电厂节约水资源有着十分重要的意义.对冷却塔的设计和运行进行科学管理，最大限度地开展冷却塔水务管理系统的开发研究具有重要意义.

水务管理是指企业在规划、设计、施工、运行、维护及技术改造等阶段对水的使用进行全面的统筹规划与管理[5].现有的冷却塔水务管理的设计计算大多是开发单位编写的Excel程序，其间差别较大、通用性差，且程序可读性差，无法检查错误.由于不同冷却塔的应用领域、规模、工艺流程以及环境等原始条件不同，其产生的水资源损失和电力资源消耗不同.为了便于对冷却塔水务管理系统的设计、运行和经济性做出精确的计算分析，有必要对冷却塔水循环系统的循环水平衡及系统附加能耗的设计计算进行模型化，开发出可视性好、易操作且通用性好的冷却塔水务管理软件.

1数学模型

1.1　水平衡系统计算模型

高温蒸汽经过汽轮机做功后产生的乏汽具有一定的温度，乏汽进入冷却塔冷却时产生一定的水损失，主要包括蒸发损失量E、风吹损失量B、排污损失量D[6].因此，对整个发电厂的水循环系统，在进入锅炉时需要补充一定的水量，以产生规定的蒸汽量.补充水量计算式为

M=E+B+D.

(1)

蒸发损失量E、风吹损失量B、排污损失量D的计算式分别为

E=(0.001+0.000 02ta)(t1-t2)Qm,

(2)

B=p2Qm,

(3)

D=p3Qm.

(4)

式中：ta为大气温度，℃；t1、t2分别为进塔水温和出塔水温，℃；Qm为循环水流量，t/h；K为浓缩倍率；蒸发损失量、风吹损失量和排污损失量占循环水量的比值分别为p1、p2、p3；p1=E/Qm，p2已知，p3=[p1+p2/(1-K)]/(K-1).

为了最大限度地节约用水，有些冷却塔加装了水雾回收装置，主要针对蒸发产生的水损失进行回收[7].节约了补充水量，减少了水资源的浪费，进而减少了工业用水资金，而且回收后的水很洁净，在循环使用时不需要经过预处理，节省了经费.若收水器收水量为S，则蒸发损失量为E′=E-S.用上述方法求得加装了水雾回收装置后对应的风吹损失B′、排污损失D′以及补充水量M′(回收水用作循环水)或M″(回收水用作其他).

1.2　经济性计算模型

对冷却塔进行经济性分析是避免资源浪费的有效评价方式.冷却塔主要能耗包括风机电损耗F(风机功率)、水泵电损耗P以及补充水M所需费用.其中，水泵耗电量的计算式为:

P=Qmh/(η1η2).

(5)

式中：h为泵的扬程，m；η1、η2分别为泵和原动机的效率.

当加装水雾回收装置后，对应有风机电损耗F′、水泵电损耗P′以及补充水量M′、M″.在已知水价c和电价s后，即可求得冷却塔总费用Z.

2冷却塔水务管理系统的软件设计

针对冷却塔水务管理系统所建立的数学模型，以可视化开发工具C++ Builder 6.0为开发平台，编写计算程序开发冷却塔水务管理软件.该软件具有通用性、人机互动性、界面友好且易于操作的优点.

软件界面包括密码输入窗口、主界面、水平衡计算窗口、经济性计算窗口以及现有的不同种类用水水质标准等，还包括修改密码和帮助等辅助窗口.其中，帮助窗口详细地说明了界面上每个快捷按钮的使用方法和所包含的内容，大大提高了软件的可操作性.其主要功能有：

1)冷却塔循环水水平衡计算，包括冷却塔参数输入和水平衡计算；

2)冷却塔经济性计算，包括补水费用和附加电耗费用计算；

3)绘制冷却塔循环冷却水系统图及经济性对比图；

4)循环水水质标准数据查询.

2.1　数据窗口

主界面上菜单栏包含不同选项，进入水平衡计算选项，界面包括“已知参数”输入框和“输出参数”显示框，具体参数见表1.在“已知参数”组框中输入不同参数来控制不同冷却塔的运行数据，点击“计算”按钮，计算数据显示在输出参数组件内.其中，“改装前”、“改装后”为单选按钮，分别表示在安装收水装置前后水平衡的计算，默认为无收水装置(改装前).当冷却塔加装了收水装置，选中“改装后”，并输入收水器收水量的大小，则可计算冷却塔的蒸发、风吹、排污损失量以及补充水量.

进入经济性计算界面，包括“已知参数”的输入和经济性计算分析.经济性分析分为“水的经济性分析”、“风机的经济性分析”和“泵的经济性分析”.随着经济的发展，物价表现为较大的不稳定性.水、电的使用价格可以通过手动输入来控制具体数值的变动，使得数据结果的准确性得以保障.若在水平衡计算窗口中点选“改装前”单选按钮，则窗口中改装后的各种费用文本框内会自动显示为“0”.使得界面更简洁、美观，使用更方便.

表1　水平衡计算参数

2.2　结果显示

在结果显示界面内，图1和图2分别表示冷却塔水平衡系统图和经济性分析图.由数据窗口界面进行数据计算得各结果变量值，形象直观地显示在图表的相应位置.图1中不同水损失值及补充水量显示在灰色的标签框内，无计算时默认为0 t/h.图2通过三维立体柱状图形象地显示了改装前后补充水、泵和风机等主要运行费用及其差值.通过图表显示结果，计算流程更清晰，结果表达更直观.

无论是计算窗口还是结果显示窗口均设有“打印”按钮，选择使用范围内的打印机即可进行打印.

图1　冷却塔水平衡系统窗口

图2　经济性分析窗口

3计算实例

某电厂为湿式冷却塔，进塔水温为42 ℃、出塔水温为32 ℃、循环水量为4 000 t/h、大气温度为21 ℃、风吹损失占循环水量的0.1%、浓缩倍率为3时，得蒸发损失、风吹损失、排污损失水量分别为56.8、4.0、24.4 t/h，需补充水85.2 t/h.可见，冷却塔对水的耗散量是很大的，因此在设计冷却塔时，应确定最合适结构形状，使水耗散量达到最小值.同样，对比各类损失水量，可以看出蒸发损失占比例最多.因此，可采取加装收水装置来减少水的散失，并对加装前后节约水量进行统计.

由图2知：加装收水装置前每小时用水耗价255.0元、风机耗电费用92.5元、泵耗电费用75.8元，加装收水装置后用水耗价和泵耗电费用减少，风机耗电费用略有增加，总体费用每小时节省约21.0元.

对冷却塔进行经济性分析发现，冷却塔加装收水装置不仅节约了用水，避免了水的浪费，同时降低了企业运行成本，提高了经济效益.

4结语

1)探讨了冷却塔水平衡系统和经济性分析方法，以C++Builder 6.0为开发平台，开发了冷却塔水务管理软件.软件可视性好、易操作、可读性高、通用性强.

2)该软件能够实现对有无收水装置两种情况下的循环水损失进行计算，并对2种情况下的经济性能进行对比.本文所得结论可为提高水务管理水平，降低企业运行成本，减少水资源消耗提供理论和数据支持.

参考文献

[1]郭江龙,张树芳,杨海生，等．冷却塔性能评价系统软件设计[J]．电站辅机，2005，26(2)：33-35．

[2]任杰,张振民,张达．火电厂水务管理软件开发与应用[J]．自动化与仪器仪表，2014(1)：84-84,87．

[3]赵显桥,陈刚,颜立群．火力发电厂水务管理现状及节水对策[J]．山东电力技术，2009(5)：54-56．

[4]苏杰,曾新．火电厂水务管理系统软件的开发与实现[J]．电站系统工程，2003，19(6)：36-38．

[5]谢长血．从大同第二发电厂水务管理现状看节水途径[J]．电力建设，2001，22(3)：47-50．

[6]翟培强．火电厂循环冷却塔耗水量影响因素分析[J]．电站辅机，2005，26(4)：27-30．

[7]路景发,杨晓伟,刘淑珍．关于电厂冷却塔技术改造的节能潜力分析[J]．应用能源技术，2001(5)：18-20．

Design and Application of Water Management Software for Cooling Tower

WANG Weishu1, ZHANG Bin1, GUO Huijun1, ZHANG Qiang2

(1.Institute of Thermal Energy Engineering, North China University of Water Resources and Electric Power,

Zhengzhou 450045, China; 2.Shandong Lanxiang Environment Technology Co., Ltd., Anqiu 262100, China)

Abstract:Based on the different forms of management and calculation for cooling tower, the water management software for cooling tower was designed using C++Builder 6.0. The software has versatile, human-computer interaction, and friendly interface. The water balance calculation of water circulation system and economic analysis for cooling tower were realized. The calculation example reveals that the water saving device can reduce the operation cost, and it is of great significance for the water dissipation. The software provides a reference for the design, operation and economical analysis of the cooling tower.

Keywords:cooling tower; water management; water balance; economy

(责任编辑:杜明侠)