冷卻塔水務(wù)管理軟件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王為術(shù)1， 張斌1， 郭會(huì)軍1， 張強(qiáng)2

(1.華北水利水電大學(xué) 熱能工程研究中心，河南 鄭州 450045； 2.山東藍(lán)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(wù)管理計(jì)算模型，以C++Builder 6.0為平臺(tái)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出具有通用性、人機(jī)互動(dòng)性、界面友好的冷卻塔水務(wù)管理軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷卻塔的水循環(huán)系統(tǒng)的水平衡計(jì)算以及經(jīng)濟(jì)性分析，并通過(guò)計(jì)算實(shí)例揭示了節(jié)水裝置對(duì)降低冷卻塔運(yùn)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(shè)計(jì)、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性分析提供便利.

關(guān)鍵詞：冷卻塔；水務(wù)管理；水平衡；經(jīng)濟(jì)性中圖分類(lèi)號(hào)：TK01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002-5634(2015)03-0086-03

收稿日期:2015-03-31

作者簡(jiǎn)介：苗世昌(1966—)，男，河南宜陽(yáng)人，工程師，主要從事發(fā)電廠熱力設(shè)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(jī)設(shè)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(dāng)今世界面臨嚴(yán)重的水危機(jī)，而火電廠屬高耗水行業(yè)[2-4]，通過(guò)冷卻塔實(shí)現(xiàn)對(duì)水的循環(huán)利用，這對(duì)火電廠節(jié)約水資源有著十分重要的意義.對(duì)冷卻塔的設(shè)計(jì)和運(yùn)行進(jìn)行科學(xué)管理，最大限度地開(kāi)展冷卻塔水務(wù)管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究具有重要意義.

水務(wù)管理是指企業(yè)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、維護(hù)及技術(shù)改造等階段對(duì)水的使用進(jìn)行全面的統(tǒng)籌規(guī)劃與管理[5].現(xiàn)有的冷卻塔水務(wù)管理的設(shè)計(jì)計(jì)算大多是開(kāi)發(fā)單位編寫(xiě)的Excel程序，其間差別較大、通用性差，且程序可讀性差，無(wú)法檢查錯(cuò)誤.由于不同冷卻塔的應(yīng)用領(lǐng)域、規(guī)模、工藝流程以及環(huán)境等原始條件不同，其產(chǎn)生的水資源損失和電力資源消耗不同.為了便于對(duì)冷卻塔水務(wù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性做出精確的計(jì)算分析，有必要對(duì)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(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行模型化，開(kāi)發(fā)出可視性好、易操作且通用性好的冷卻塔水務(wù)管理軟件.

1數(shù)學(xué)模型

1.1　水平衡系統(tǒng)計(jì)算模型

高溫蒸汽經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)做功后產(chǎn)生的乏汽具有一定的溫度，乏汽進(jìn)入冷卻塔冷卻時(shí)產(chǎn)生一定的水損失，主要包括蒸發(fā)損失量E、風(fēng)吹損失量B、排污損失量D[6].因此，對(duì)整個(gè)發(fā)電廠的水循環(huán)系統(tǒng)，在進(jìn)入鍋爐時(shí)需要補(bǔ)充一定的水量，以產(chǎn)生規(guī)定的蒸汽量.補(bǔ)充水量計(jì)算式為

M=E+B+D.

(1)

蒸發(fā)損失量E、風(fēng)吹損失量B、排污損失量D的計(jì)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(jìn)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(fēng)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(duì)蒸發(fā)產(chǎn)生的水損失進(jìn)行回收[7].節(jié)約了補(bǔ)充水量，減少了水資源的浪費(fèi)，進(jìn)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(shí)不需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理，節(jié)省了經(jīng)費(fèi).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(duì)應(yīng)的風(fēng)吹損失B′、排污損失D′以及補(bǔ)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(jīng)濟(jì)性計(jì)算模型

對(duì)冷卻塔進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析是避免資源浪費(fèi)的有效評(píng)價(jià)方式.冷卻塔主要能耗包括風(fēng)機(jī)電損耗F(風(fēng)機(jī)功率)、水泵電損耗P以及補(bǔ)充水M所需費(fèi)用.其中，水泵耗電量的計(jì)算式為:

P=Qmh/(η1η2).

(5)

式中：h為泵的揚(yáng)程，m；η1、η2分別為泵和原動(dòng)機(jī)的效率.

當(dāng)加裝水霧回收裝置后，對(duì)應(yīng)有風(fēng)機(jī)電損耗F′、水泵電損耗P′以及補(bǔ)充水量M′、M″.在已知水價(jià)c和電價(jià)s后，即可求得冷卻塔總費(fèi)用Z.

2冷卻塔水務(wù)管理系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

針對(duì)冷卻塔水務(wù)管理系統(tǒng)所建立的數(shù)學(xué)模型，以可視化開(kāi)發(fā)工具C++ Builder 6.0為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，編寫(xiě)計(jì)算程序開(kāi)發(fā)冷卻塔水務(wù)管理軟件.該軟件具有通用性、人機(jī)互動(dòng)性、界面友好且易于操作的優(yōu)點(diǎn).

軟件界面包括密碼輸入窗口、主界面、水平衡計(jì)算窗口、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算窗口以及現(xiàn)有的不同種類(lèi)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等，還包括修改密碼和幫助等輔助窗口.其中，幫助窗口詳細(xì)地說(shuō)明了界面上每個(gè)快捷按鈕的使用方法和所包含的內(nèi)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(jì)算，包括冷卻塔參數(shù)輸入和水平衡計(jì)算；

2)冷卻塔經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，包括補(bǔ)水費(fèi)用和附加電耗費(fèi)用計(jì)算；

3)繪制冷卻塔循環(huán)冷卻水系統(tǒng)圖及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比圖；

4)循環(huán)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)查詢(xún).

2.1　數(shù)據(jù)窗口

主界面上菜單欄包含不同選項(xiàng)，進(jìn)入水平衡計(jì)算選項(xiàng)，界面包括“已知參數(shù)”輸入框和“輸出參數(shù)”顯示框，具體參數(shù)見(jiàn)表1.在“已知參數(shù)”組框中輸入不同參數(shù)來(lái)控制不同冷卻塔的運(yùn)行數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“計(jì)算”按鈕，計(jì)算數(shù)據(jù)顯示在輸出參數(shù)組件內(nèi).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(jì)算，默認(rèn)為無(wú)收水裝置(改裝前).當(dāng)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(jì)算冷卻塔的蒸發(fā)、風(fēng)吹、排污損失量以及補(bǔ)充水量.

進(jìn)入經(jīng)濟(jì)性計(jì)算界面，包括“已知參數(shù)”的輸入和經(jīng)濟(jì)性計(jì)算分析.經(jīng)濟(jì)性分析分為“水的經(jīng)濟(jì)性分析”、“風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性分析”和“泵的經(jīng)濟(jì)性分析”.隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，物價(jià)表現(xiàn)為較大的不穩(wěn)定性.水、電的使用價(jià)格可以通過(guò)手動(dòng)輸入來(lái)控制具體數(shù)值的變動(dòng)，使得數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性得以保障.若在水平衡計(jì)算窗口中點(diǎn)選“改裝前”單選按鈕，則窗口中改裝后的各種費(fèi)用文本框內(nèi)會(huì)自動(dòng)顯示為“0”.使得界面更簡(jiǎn)潔、美觀，使用更方便.

表1　水平衡計(jì)算參數(shù)

2.2　結(jié)果顯示

在結(jié)果顯示界面內(nèi)，圖1和圖2分別表示冷卻塔水平衡系統(tǒng)圖和經(jīng)濟(jì)性分析圖.由數(shù)據(jù)窗口界面進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算得各結(jié)果變量值，形象直觀地顯示在圖表的相應(yīng)位置.圖1中不同水損失值及補(bǔ)充水量顯示在灰色的標(biāo)簽框內(nèi)，無(wú)計(jì)算時(shí)默認(rèn)為0 t/h.圖2通過(guò)三維立體柱狀圖形象地顯示了改裝前后補(bǔ)充水、泵和風(fēng)機(jī)等主要運(yùn)行費(fèi)用及其差值.通過(guò)圖表顯示結(jié)果，計(jì)算流程更清晰，結(jié)果表達(dá)更直觀.

無(wú)論是計(jì)算窗口還是結(jié)果顯示窗口均設(shè)有“打印”按鈕，選擇使用范圍內(nèi)的打印機(jī)即可進(jìn)行打印.

圖1　冷卻塔水平衡系統(tǒng)窗口

圖2　經(jīng)濟(jì)性分析窗口

3計(jì)算實(shí)例

某電廠為濕式冷卻塔，進(jìn)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(fēng)吹損失占循環(huán)水量的0.1%、濃縮倍率為3時(shí)，得蒸發(fā)損失、風(fēng)吹損失、排污損失水量分別為56.8、4.0、24.4 t/h，需補(bǔ)充水85.2 t/h.可見(jiàn)，冷卻塔對(duì)水的耗散量是很大的，因此在設(shè)計(jì)冷卻塔時(shí)，應(yīng)確定最合適結(jié)構(gòu)形狀，使水耗散量達(dá)到最小值.同樣，對(duì)比各類(lèi)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(lái)減少水的散失，并對(duì)加裝前后節(jié)約水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì).

由圖2知：加裝收水裝置前每小時(shí)用水耗價(jià)255.0元、風(fēng)機(jī)耗電費(fèi)用92.5元、泵耗電費(fèi)用75.8元，加裝收水裝置后用水耗價(jià)和泵耗電費(fèi)用減少，風(fēng)機(jī)耗電費(fèi)用略有增加，總體費(fèi)用每小時(shí)節(jié)省約21.0元.

對(duì)冷卻塔進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析發(fā)現(xiàn)，冷卻塔加裝收水裝置不僅節(jié)約了用水，避免了水的浪費(fèi)，同時(shí)降低了企業(yè)運(yùn)行成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益.

4結(jié)語(yǔ)

1)探討了冷卻塔水平衡系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)性分析方法，以C++Builder 6.0為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了冷卻塔水務(wù)管理軟件.軟件可視性好、易操作、可讀性高、通用性強(qiáng).

2)該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有無(wú)收水裝置兩種情況下的循環(huán)水損失進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)2種情況下的經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行對(duì)比.本文所得結(jié)論可為提高水務(wù)管理水平，降低企業(yè)運(yùn)行成本，減少水資源消耗提供理論和數(shù)據(jù)支持.

參考文獻(xiàn)

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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(zé)任編輯:杜明俠)