具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，为本发明提供的闭式冷却塔循环水排污量控制方法实施例一的流程示意图。

该闭式冷却塔循环水排污量控制方法为基于出塔空气参数计算的控制方法。

具体的，如图1所示，该闭式冷却塔循环水排污量控制方法包括以下步骤：

步骤S101、采集监测参数。

本发明实施例中，该监测参数包括：参数、闭式冷却塔的冷却水参数以及闭式冷却塔的喷淋水参数。

其中，参数包括：空气干球温度、空气湿球温度、空气流速和大气压。冷却参数包括：冷却水的进水温度和冷却水流量。喷淋水参数包括：喷淋水流量和喷淋水的出水温度。

可选的，本发明实施例中，参数通过设置在距离闭式冷却塔预设距离的检测装置检测采集。一般地，预设距离可设置为1000m～2000m。

检测装置包括：用于采集空气流速的风速仪、用于采集空气干球温度的干球温度传感器、用于采集湿球温度的湿球温度传感器和用于采集大气压的气压计。

具体的，在距离闭式冷却塔1000m～2000m处的空旷地带，以垂直风向的位置布置风速仪、温度传感器、湿度传感器和气压计，可实时测量闭式冷却塔周围空气的空气干球温度、空气湿球温度、空气流速和大气压。

可选的，冷却水参数通过DCS控制系统采集。

可选的，喷淋参数通过设置在闭式冷却塔的喷淋装置进水管道上的喷淋检测装置采集。

其中，喷淋检测装置包括：安装在喷淋装置进水管道上的水温传感器和流量计。水温传感器用于采集冷却水的进水温度，流量计用于采集冷却水流量。

该步骤中，温度传感器、湿度传感器、水温传感器、流量计、气压计、风速仪在进入稳定状态后，测试时间超过一个小时为一个有效测试工况，且至少有三个有效测试工况。其中，满足以下要求为有效测试工况：循环水流量变化小于3％，进出塔水温差小于5％，干球温度测量值与平均值相差不超过2℃，湿球温度测量值与平均值相差不超过0.5℃。

步骤S102、根据监测参数，计算进塔空气的质量流量、进塔空气的含湿量以及出塔空气的含湿量。

一些实施例中，根据监测参数，计算进塔空气的质量流量、进塔空气的含湿量以及出塔空气的含湿量包括：根据监测参数，计算闭式水冷传热传质模型；根据监测参数，计算进塔空气的质量流量和进塔空气的含湿量；根据闭式水冷传热传质模型，计算出塔空气的含湿量。

可选的，闭式水冷传热传质模型可采用：玻普模型或者麦可尔模型。具体的，当以冷却水为研究对象建立传热传质模型时，以冷却水沿盘管流动方向的热量变化为参考；当以喷淋水为研究对象建立传热传质模型时，以喷淋水沿塔水平和竖直方向的热量变化为参考；当以空气为研究对象建立传热传质模型时，以空气和喷淋水、冷却水的耦合热质交换为参考。

一些实施例中，根据监测参数计算进塔空气的质量流量包括：根据空气流速并结合冷却塔进口截面积，计算进塔空气流量；根据进塔空气流量和空气密度，计算进塔空气的质量流量。其中，进塔空气的质量流量的计算公式为：

G_a＝Q_ar_a/3600 (1)。

式中：Q_a为进塔空气流量，(m³/h)；r_a为空气密度，(kg/m³)；G_a为进塔空气的质量流量，(kg/s)。其中，进塔空气流量的计算公式为：

Q_a＝v*S (2)。

式中：v为空气流速(m/s)；S为冷却塔进口截面积(m²)。

根据监测参数计算进塔空气的含湿量包括：根据空气干球温度和空气湿球温度，计算相对湿度；根据空气干球温度计算空气干球温度对应的饱和蒸汽压力；根据空气干球温度对应的饱和蒸汽压力、大气压力和相对湿度，计算进塔空气的含湿量。其中，进塔空气的含湿量的计算公式为：

式中：x_T为进塔空气的含湿量，(kg/kg(DA))；p_T"为进塔空气干球温度对应的饱和蒸汽压力，kPa；P为空气大气压，kPa；φ为相对湿度。

相对湿度的计算公式为：

式中：p"_Ta为进塔空气湿球温度对应的饱和蒸汽大气压，kPa；p"_T为进塔空气干球温度对应的饱和蒸汽大气压，kPa；T_a为进塔空气干球温度，℃；T_as为进塔空气湿球温度，℃；P为大气压kPa；。

具体的，闭式水冷传热传质模型包括：

(1)热质交换模块微元体的质量守恒方程：

G_f+G_a+G_p＝G_f+G_a(1+dd_a)+G_p(1-dG_p) (6)。

式中：G_f为冷却水的质量流量(其中，冷却水的质量流量由冷却水的流量和冷却水的密度计算得到)，kg/h；G_a为进塔空气的质量流量，kg/h；d_a为出塔空气的含湿量，kg/kg；G_p为喷淋水的质量流量(其中，喷淋水的质量流量由喷淋水的流量和喷淋水的密度计算得到)，kg/h；dd_a为出塔空气含湿量的变化，kg/kg；dG_p为喷淋水质量流量的变化，kg/h。

(2)热质交换模块微元体的能量守恒方程：

式中：C_pf为冷却水的比热容，kJ/(kg·℃)；T_f为冷却水的进水温度，℃；H_da为空气焓值，kJ/kg；C_pp为喷淋水的比热容，kJ/(kg·℃)；T_p为喷淋水的进水温度，℃；dT_f为冷却水温的变化量，℃；dH_da为空气焓值的变化量，kJ/kg；dT_p为喷淋水温的变化量，℃。

其中，单位质量干空气焓值H_da表达式为：

H_da＝C_paT_a+d_a(C_pvT_a+H_z0) (8)。

式中：C_pa为空气温度的比热容，kJ/(kg·℃)；T_a为空气温度，℃；C_pv为水蒸气比热容，kJ/(kg·℃)；H_z0为水蒸汽焓值，kJ/kg。

(3)管内冷却水微元体的能量守恒方程：

dQ_f＝-G_fC_pfdT_f＝K(T_f-T_p)dA (9)。

式中：K为冷却水与喷淋水的传热系数，kJ/(m²·℃)。

(4)管外喷淋水与空气微元体的质量守恒方程：

dG_a＝m_p-a(d_p-d_a)dA＝G_add_a＝-dG_p (10)。

式中：喷淋水失去的质量为干空气获得的含湿量，m_p-a为喷淋水膜对空气的传质系数，kg/(m²·s)。

(5)管外喷淋水与空气微元体的能量守恒方程：

dQ_a＝h_p-a(T_p-T_a)dA+H_vm_p-a(d_p-d_a)dA (11)。

式中：d_p为喷淋水温对应的饱和空气含湿量，kg/kg；

喷淋水膜温度和空气温度的差值为：

式中：H_b为喷淋水温对应的饱和空气焓值，kJ/kg；

将(12)式代入到(11)式，由刘易斯关系式Le_f＝h_p-a/m_p-a·C_pa，可得以下关系式：

式中：Le_f为空气的刘易斯数，h_p-a为喷淋水膜对空气的传热系数，kJ/(m²·℃)。

具体的，根据闭式水冷传热传质模型，计算出塔空气的含湿量包括：

根据上述(6)～(13)式，再结合采集得到的监测参数：空气干球温度、大气压、空气流速、冷却水的进水温度、冷却水的流量、喷淋水的进水温度、喷淋水的流量，可计算得到出塔空气的含湿量。另外，本发明实施例还可以计算得到喷淋水的质量流量、喷淋水的出水温度、冷却水的出水温度、刘易斯数、、出塔空气的焓值。

其中，(1)喷淋水质量流量的求解公式为：

dG_p＝-G_add_a (14)。

(2)喷淋水的出水温度的求解公式为：

(3)冷却水的出水温度的求解公式为：

(4)刘易斯数的求解公式为：

(5)出塔空气的含湿量的求解公式为：

(6)出塔空气的焓值的求解公式为：

需要说明的是，闭式冷却塔的每排管作为一个单元控制体，闭式冷却塔管束包含N排管、每排管为一个单元(迭代计算单元)，对每一个单元进行差分(包括但不限于：向后差分、中心差分、迎风差分)迭代求解，前一单元计算的空气出口参数(温度、含湿量)、冷却水出水温度、喷淋水温度作为后一单元的输入条件，冷却水水平流动、喷淋水垂直向下流动、空气逆流喷淋水向上流动，每个单元空气的物性参数(空气密度、比热、导热系数)由前一单元的温度值计算可得。

步骤S103、根据进塔空气的质量流量、进塔空气的含湿量以及出塔空气的含湿量，计算闭式冷却塔的喷淋水蒸发量。

具体的，闭式冷却塔的喷淋水蒸发量的计算公式为：

Z_s＝G_a(d_c-x_T)*3600 (20)。

式中：d_c为出塔空气的含湿量，kg/kg；Z_s为闭式冷却塔的喷淋水蒸发量。

步骤S104、根据浓缩倍率和喷淋水蒸发量，计算闭式冷却塔的循环水排污量。

具体的，闭式冷却塔的循环水排污量的计算公式为：

式中：P_w为循环水排污量，kg/h；M为循环水的浓缩倍率；Q_f为循环水的风吹损失量，kg/h。

一般地，Q_f为常规值，其可设置为(100～200)kg/h。

进一步地，本发明实施例中，还可以根据闭式冷却塔的喷淋水蒸发量计算循环水补水量。

其中，循环水补水量的计算公式为：

Q_S＝Z_s+Q_f (22)。

步骤S105、根据循环水排污量控制阀门的开度。

参考图2，为本发明提供的闭式冷却塔循环水排污量控制方法实施例二的流程示意图。

如图2所示，该实施例中，在步骤S105之后还包括：

步骤S106、在根据循环水排污量控制阀门的开度之后，实时检测排污管流量，获得排污管流量测量值。

其中，排污管可以通过设置在闭式冷却塔的排污管道上的排污流量计实时测量得到。控制调节循环水排污量的阀门可设置在闭式冷却塔的排污管道上。

步骤S107、基于循环水排污量和排污管流量测量值对阀门的开度进行调节。

其中，基于循环水排污量和排污管流量测量值对阀门的开度进行调节包括：将循环水排污量与排污管流量测量值进行比较；判断循环水排污量与排污管流量测量值是否相等；若是，停止调节阀门的开度；若否，重新调节阀门的开度，直至循环水排污量与排污管流量测量值相等。

本发明实施例的闭式冷却塔循环水排污量控制方法基于闭式冷却塔外气象条件改变导致喷淋水蒸发量发生变化，并结合浓缩倍率，得到循环水排污量，针对不同塔外气象参数调节排污阀门开度对循环水排污量进行精准监控和调节，避免低浓缩倍率出现循环水排污量较大的问题，同时避免高浓缩倍率出现易结垢等问题，实现对闭式冷却塔排污量实时监控和调节的目的。

在一个具体应用实例中：

夏季工况采集气象参数、冷却水参数和喷淋水参数。气象参数：空气的干球温度为18℃，湿球温度为15℃，大气压为100.1kPa，风量为144000m³/h。冷却水参数：进塔水温为33℃，冷却水流量为100m³/h，出塔水温为24℃。喷淋水参数：喷淋水流量为230m³/h，喷淋水进水温度为21.6℃，出水温度为23.5℃，计算喷淋水的质量流量为3.66kg/s。

根据闭式水冷传热传质模型计算，此处采用波普模型求解闭式冷却塔出塔冷却水、喷淋水和空气的状态参数。迭代计算求解冷却水出水温度为24℃，温降为9℃，出塔空气的焓值为67.37kJ/kg，出塔空气的含湿量为16.38g/kg，温度为25.52℃。进而计算喷淋水蒸发量为1255.74kg/h。

固定浓缩倍率计算循环水排污量，在浓缩倍率为固定值5时，循环水排污量取决于喷淋水蒸发量，计算得到循环水排污量为313.935kg/h，在夏季工况下，塔外气象参数：干球温度为18℃、湿球温度为15℃、大气压为100.11kPa时，闭式冷却塔的循环水排污量为313.935kg/h。

冬季工况采集气象参数、冷却水参数和喷淋水参数。气象参数：塔外空气干球温度为5℃，湿球温度为4.3℃，大气压为100.1Kpa，风量为144000m3/h。冷却水参数：进塔水温为33℃，冷却水量为100m³/h，出塔水温为24℃。喷淋水参数：喷淋水流量为230m3/h，喷淋水进水温度为13.2℃，出水温度为15.6℃，计算喷淋水的质量流量为63.66kg/s。

根据闭式水冷传热传质模型计算，此处采用波普模型求解闭式冷却塔出塔冷却水、喷淋水和空气的状态参数。迭代计算求解冷却水出塔温度为24℃，温降为9℃，出塔空气的焓值为38.02kJ/kg，出塔空气的含湿量为8.9g/kg，温度为15.415℃。进而计算喷淋水蒸发量为730.08kg/h。

固定浓缩倍率计算循环水排污量，在浓缩倍率为固定值5时，循环水排污量取决于喷淋水蒸发量，计算得到循环水排污量为182.52kg/h，在冬季工况下，塔外气象参数：干球温度为5℃、湿球温度为4.3℃、大气压为100.11kPa时，闭式冷却塔的循环水排污量为182.52kg/h。

由夏季工况和冬季工况的计算可知：在浓缩倍率为5时，夏季工况下喷淋水的蒸发量为1255.74kg/h，循环水排污量为313.935kg/h，冬季工况下喷淋水的蒸发量为730.08kg/h，循环水排污量为182.52kg/h，在夏季和冬季工况下喷淋水蒸发量和循环水排污量相差较大，因此在固定浓缩倍率下，针对不同塔外气象参数调节排污阀门开度对循环水排污量进行精准监控和调节，避免低浓缩倍率出现循环水排污量较大的问题，同时避免高浓缩倍率出现易结垢等问题，实现对闭式冷却塔排污量实时监控和调节的目的。

参考图3，本发明还提供一种闭式冷却塔循环水排污量控制系统，该控制系统可用于实现本发明实施例公开的闭式冷却塔循环水排污量控制方法。

具体的，如图3所示，该闭式冷却塔循环水排污量控制系统包括：

采集单元，用于采集监测参数。

第一计算单元，用于根据监测参数，计算进塔空气的质量流量、进塔空气的含湿量以及出塔空气的含湿量。

第二计算单元，用于根据进塔空气的质量流量、进塔空气的含湿量以及出塔空气的含湿量，计算闭式冷却塔的喷淋水蒸发量。

第三计算单元，用于根据浓缩倍率和喷淋水蒸发量，计算闭式冷却塔的循环水排污量。

控制单元，用于根据循环水排污量控制阀门的开度。

相比较传统闭式冷却塔计算方法，本发明的计算模型建立冷却水、喷淋水和空气的热质交换模型，结合实测空气、冷却水和喷淋水数据进行计算和验证，得到闭式冷却塔出塔空气的温度、焓值、含湿量、喷淋水蒸发量和循环水排污量，针对不同塔外气象参数调节排污阀门开度对循环水排污量进行精准监控和调节，避免低浓缩倍率出现循环水排污量较大的问题，同时避免高浓缩倍率出现易结垢等问题，实现对闭式冷却塔循环水排污量实时监控和调节的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。