冷卻塔水務管理軟件的設計與應用

王為術1， 張斌1， 郭會軍1， 張強2

(1.華北水利水電大學 熱能工程研究中心，河南 鄭州 450045； 2.山東藍想環(huán)境科技股份有限公司，山東 安丘 262100)

摘要：基于不同形式的冷卻塔水務管理計算模型，以C++Builder 6.0為平臺，設計開發(fā)出具有通用性、人機互動性、界面友好的冷卻塔水務管理軟件，實現了對冷卻塔的水循環(huán)系統(tǒng)的水平衡計算以及經濟性分析，并通過計算實例揭示了節(jié)水裝置對降低冷卻塔運行成本、減少水量耗散具有重要意義.該軟件可為冷卻塔的設計、運行和經濟性分析提供便利.

關鍵詞：冷卻塔；水務管理；水平衡；經濟性中圖分類號：TK01文獻標識碼：A文章編號：1002-5634(2015)03-0086-03

收稿日期:2015-03-31

作者簡介：苗世昌(1966—)，男，河南宜陽人，工程師，主要從事發(fā)電廠熱力設備及環(huán)境污染控制方面的研究.

DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2015.03.021

冷卻塔是火電廠重要的輔機設備之一[1]，用于將攜帶有一定熱量的冷卻水冷卻以便循環(huán)使用，并將廢熱排向大氣.當今世界面臨嚴重的水危機，而火電廠屬高耗水行業(yè)[2-4]，通過冷卻塔實現對水的循環(huán)利用，這對火電廠節(jié)約水資源有著十分重要的意義.對冷卻塔的設計和運行進行科學管理，最大限度地開展冷卻塔水務管理系統(tǒng)的開發(fā)研究具有重要意義.

水務管理是指企業(yè)在規(guī)劃、設計、施工、運行、維護及技術改造等階段對水的使用進行全面的統(tǒng)籌規(guī)劃與管理[5].現有的冷卻塔水務管理的設計計算大多是開發(fā)單位編寫的Excel程序，其間差別較大、通用性差，且程序可讀性差，無法檢查錯誤.由于不同冷卻塔的應用領域、規(guī)模、工藝流程以及環(huán)境等原始條件不同，其產生的水資源損失和電力資源消耗不同.為了便于對冷卻塔水務管理系統(tǒng)的設計、運行和經濟性做出精確的計算分析，有必要對冷卻塔水循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水平衡及系統(tǒng)附加能耗的設計計算進行模型化，開發(fā)出可視性好、易操作且通用性好的冷卻塔水務管理軟件.

1數學模型

1.1　水平衡系統(tǒng)計算模型

高溫蒸汽經過汽輪機做功后產生的乏汽具有一定的溫度，乏汽進入冷卻塔冷卻時產生一定的水損失，主要包括蒸發(fā)損失量E、風吹損失量B、排污損失量D[6].因此，對整個發(fā)電廠的水循環(huán)系統(tǒng)，在進入鍋爐時需要補充一定的水量，以產生規(guī)定的蒸汽量.補充水量計算式為

M=E+B+D.

(1)

蒸發(fā)損失量E、風吹損失量B、排污損失量D的計算式分別為

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

(2)

B=p2Qm,

(3)

D=p3Qm.

(4)

式中：ta為大氣溫度，℃；t1、t2分別為進塔水溫和出塔水溫，℃；Qm為循環(huán)水流量，t/h；K為濃縮倍率；蒸發(fā)損失量、風吹損失量和排污損失量占循環(huán)水量的比值分別為p1、p2、p3；p1=E/Qm，p2已知，p3=[p1+p2/(1-K)]/(K-1).

為了最大限度地節(jié)約用水，有些冷卻塔加裝了水霧回收裝置，主要針對蒸發(fā)產生的水損失進行回收[7].節(jié)約了補充水量，減少了水資源的浪費，進而減少了工業(yè)用水資金，而且回收后的水很潔凈，在循環(huán)使用時不需要經過預處理，節(jié)省了經費.若收水器收水量為S，則蒸發(fā)損失量為E′=E-S.用上述方法求得加裝了水霧回收裝置后對應的風吹損失B′、排污損失D′以及補充水量M′(回收水用作循環(huán)水)或M″(回收水用作其他).

1.2　經濟性計算模型

對冷卻塔進行經濟性分析是避免資源浪費的有效評價方式.冷卻塔主要能耗包括風機電損耗F(風機功率)、水泵電損耗P以及補充水M所需費用.其中，水泵耗電量的計算式為:

P=Qmh/(η1η2).

(5)

式中：h為泵的揚程，m；η1、η2分別為泵和原動機的效率.

當加裝水霧回收裝置后，對應有風機電損耗F′、水泵電損耗P′以及補充水量M′、M″.在已知水價c和電價s后，即可求得冷卻塔總費用Z.

2冷卻塔水務管理系統(tǒng)的軟件設計

針對冷卻塔水務管理系統(tǒng)所建立的數學模型，以可視化開發(fā)工具C++ Builder 6.0為開發(fā)平臺，編寫計算程序開發(fā)冷卻塔水務管理軟件.該軟件具有通用性、人機互動性、界面友好且易于操作的優(yōu)點.

軟件界面包括密碼輸入窗口、主界面、水平衡計算窗口、經濟性計算窗口以及現有的不同種類用水水質標準等，還包括修改密碼和幫助等輔助窗口.其中，幫助窗口詳細地說明了界面上每個快捷按鈕的使用方法和所包含的內容，大大提高了軟件的可操作性.其主要功能有：

1)冷卻塔循環(huán)水水平衡計算，包括冷卻塔參數輸入和水平衡計算；

2)冷卻塔經濟性計算，包括補水費用和附加電耗費用計算；

3)繪制冷卻塔循環(huán)冷卻水系統(tǒng)圖及經濟性對比圖；

4)循環(huán)水水質標準數據查詢.

2.1　數據窗口

主界面上菜單欄包含不同選項，進入水平衡計算選項，界面包括“已知參數”輸入框和“輸出參數”顯示框，具體參數見表1.在“已知參數”組框中輸入不同參數來控制不同冷卻塔的運行數據，點擊“計算”按鈕，計算數據顯示在輸出參數組件內.其中，“改裝前”、“改裝后”為單選按鈕，分別表示在安裝收水裝置前后水平衡的計算，默認為無收水裝置(改裝前).當冷卻塔加裝了收水裝置，選中“改裝后”，并輸入收水器收水量的大小，則可計算冷卻塔的蒸發(fā)、風吹、排污損失量以及補充水量.

進入經濟性計算界面，包括“已知參數”的輸入和經濟性計算分析.經濟性分析分為“水的經濟性分析”、“風機的經濟性分析”和“泵的經濟性分析”.隨著經濟的發(fā)展，物價表現為較大的不穩(wěn)定性.水、電的使用價格可以通過手動輸入來控制具體數值的變動，使得數據結果的準確性得以保障.若在水平衡計算窗口中點選“改裝前”單選按鈕，則窗口中改裝后的各種費用文本框內會自動顯示為“0”.使得界面更簡潔、美觀，使用更方便.

表1　水平衡計算參數

2.2　結果顯示

在結果顯示界面內，圖1和圖2分別表示冷卻塔水平衡系統(tǒng)圖和經濟性分析圖.由數據窗口界面進行數據計算得各結果變量值，形象直觀地顯示在圖表的相應位置.圖1中不同水損失值及補充水量顯示在灰色的標簽框內，無計算時默認為0 t/h.圖2通過三維立體柱狀圖形象地顯示了改裝前后補充水、泵和風機等主要運行費用及其差值.通過圖表顯示結果，計算流程更清晰，結果表達更直觀.

無論是計算窗口還是結果顯示窗口均設有“打印”按鈕，選擇使用范圍內的打印機即可進行打印.

圖1　冷卻塔水平衡系統(tǒng)窗口

圖2　經濟性分析窗口

3計算實例

某電廠為濕式冷卻塔，進塔水溫為42 ℃、出塔水溫為32 ℃、循環(huán)水量為4 000 t/h、大氣溫度為21 ℃、風吹損失占循環(huán)水量的0.1%、濃縮倍率為3時，得蒸發(fā)損失、風吹損失、排污損失水量分別為56.8、4.0、24.4 t/h，需補充水85.2 t/h.可見，冷卻塔對水的耗散量是很大的，因此在設計冷卻塔時，應確定最合適結構形狀，使水耗散量達到最小值.同樣，對比各類損失水量，可以看出蒸發(fā)損失占比例最多.因此，可采取加裝收水裝置來減少水的散失，并對加裝前后節(jié)約水量進行統(tǒng)計.

由圖2知：加裝收水裝置前每小時用水耗價255.0元、風機耗電費用92.5元、泵耗電費用75.8元，加裝收水裝置后用水耗價和泵耗電費用減少，風機耗電費用略有增加，總體費用每小時節(jié)省約21.0元.

對冷卻塔進行經濟性分析發(fā)現，冷卻塔加裝收水裝置不僅節(jié)約了用水，避免了水的浪費，同時降低了企業(yè)運行成本，提高了經濟效益.

4結語

1)探討了冷卻塔水平衡系統(tǒng)和經濟性分析方法，以C++Builder 6.0為開發(fā)平臺，開發(fā)了冷卻塔水務管理軟件.軟件可視性好、易操作、可讀性高、通用性強.

2)該軟件能夠實現對有無收水裝置兩種情況下的循環(huán)水損失進行計算，并對2種情況下的經濟性能進行對比.本文所得結論可為提高水務管理水平，降低企業(yè)運行成本，減少水資源消耗提供理論和數據支持.

參考文獻

[1]郭江龍,張樹芳,楊海生，等．冷卻塔性能評價系統(tǒng)軟件設計[J]．電站輔機，2005，26(2)：33-35．

[2]任杰,張振民,張達．火電廠水務管理軟件開發(fā)與應用[J]．自動化與儀器儀表，2014(1)：84-84,87．

[3]趙顯橋,陳剛,顏立群．火力發(fā)電廠水務管理現狀及節(jié)水對策[J]．山東電力技術，2009(5)：54-56．

[4]蘇杰,曾新．火電廠水務管理系統(tǒng)軟件的開發(fā)與實現[J]．電站系統(tǒng)工程，2003，19(6)：36-38．

[5]謝長血．從大同第二發(fā)電廠水務管理現狀看節(jié)水途徑[J]．電力建設，2001，22(3)：47-50．

[6]翟培強．火電廠循環(huán)冷卻塔耗水量影響因素分析[J]．電站輔機，2005，26(4)：27-30．

[7]路景發(fā),楊曉偉,劉淑珍．關于電廠冷卻塔技術改造的節(jié)能潛力分析[J]．應用能源技術，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

(責任編輯:杜明俠)