專利名稱：冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及控制技術，是一種電力生產設備的控制及監(jiān)測裝置，具體地說，是一種電力生產設備的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置。
背景技術：
冷卻塔是電力生產的主設備之一，其運行管理的完善程度對電力生產增產節(jié)約起著非常重要的作用。而火電廠一般采用逆流式自然通風冷卻塔，塔高上百米，投資數千萬元。由于缺乏在線監(jiān)測手段，運行人員無法對其進行有效的監(jiān)管，也很難衡量其是否達到設計要求，盲目運行導致安全性和經濟性降低。據調查，有不少冷卻塔夏季出水溫度過高，冬季又結冰嚴重，嚴重威脅機組安全運行，并造成煤耗增加、水資源浪費、成本上升等不良后果。建設“智能”冷卻塔，實現冷卻塔運行管理的智能化是技術進步的必然，所以采用先進的冷卻塔運行監(jiān)控裝置，控制冷卻塔在合理的工況下運行，達到最佳的出水溫度，可大大降低發(fā)電煤耗，節(jié)約水資源，保護生態(tài)環(huán)境。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是提供一種能構建“智能”冷卻塔，實現冷卻塔運行管理的智能化，控制冷卻塔在合理的工況下運行，達到最佳的出水溫度，大大降低發(fā)電煤耗，節(jié)約水資源，保護生態(tài)環(huán)境的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置。
本實用新型的技術解決方案是一種冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置，其特征是有中央測控系統，中央測控系統分別與進塔空氣氣象參數測量系統，進出冷卻塔水溫、進塔流量測量系統，補給水流量、液位測控系統相連接。
本實用新型中所述的中央測控系統中有中央處理機，中央處理機連接有數據采集模塊、接口模塊和控制模塊和顯示模塊。中央處理機還與打印、鍵盤外設連接。數據采集模塊有將參數測量機構中的氣象傳感器輸出的模擬信號加以放大、濾波的處理電路，處理電路產生的輸出信號由A/D轉換后形成數字信號，再通過RS485總線傳送到中央處理機，其還包括AC/DC電流變換器，并封裝于IP65屏蔽盒內。接口模塊中有多路信號通道切換模塊、小信號調理放大模塊，A/D轉換模塊，接口轉換模塊及電源模塊，并裝于標準機柜內的機箱中或執(zhí)行機構附近?？刂颇K由由D/A轉換、信號調理、功率驅動、繼電器組成，裝于標準機柜內的機箱中。進塔空氣氣象參數測量系統中有塔外風速計、塔外氣壓計、塔外溫度計及塔外濕度計。進出冷卻塔水溫、進塔流量測量系統中有高精度鉑熱電阻溫度計，及超聲波水流量計。補給水流量、液位測控機構中包括循環(huán)水流量計、補給水流量計和集水池液位計。
本實用新型的有益效果為能構建“智能”冷卻塔，實現冷卻塔運行管理的智能化，控制冷卻塔在合理的工況下運行，達到最佳的出水溫度，大大降低發(fā)電煤耗，節(jié)約水資源，保護生態(tài)環(huán)境。能大大提高我國冷卻塔設備的監(jiān)測手段和管理的現代化水平，為國內外填補了大型冷卻塔運行管理監(jiān)控系統的空白。


以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明圖1為本實用新型的一種冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置的結構示意圖；圖2為本實用新型的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置中所使用中央測控系統的結構示意圖；圖3為本實用新型的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置中使用的氣象盒結構示意圖；圖4為本實用新型的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置中使用的溫度傳感器的結構示意圖；圖5為本實用新型的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置中使用的接口箱電路圖。
具體實施方式
圖1、圖2、圖3、圖4、圖5共同描述了本實用新型的一個實施例，在該例中，包括有中央測控系統，中央測控系統分別與進塔空氣氣象參數測量系統，進出冷卻塔水溫、進塔流量測量系統，補給水流量、液位測控系統相連接。中央測控系統中有中央處理機，中央處理機連接有數據采集模塊、接口模塊和控制模塊和顯示模塊。中央處理機還與打印、鍵盤等外設連接。數據采集模塊有將參數測量機構中的氣象傳感器輸出的模擬信號加以放大、濾波的處理電路，處理電路產生的輸出信號由A/D轉換后形成數字信號，再通過RS485總線傳送到中央處理機，其還包括AC/DC電流變換器，并封裝于IP65屏蔽盒內。接口模塊中有將傳感器、數據采集模塊等傳輸來的各類檢測信號進行轉換的多路信號通道切換模塊、小信號調理放大模塊，A/D轉換模塊，接口轉換模塊及電源模塊，形成所需的串行數據傳輸到中央處理機接口，并裝于標準機柜內的機箱中或執(zhí)行機構附近。控制模塊由D/A轉換、信號調理、功率驅動、繼電器將主機發(fā)出的控制信號轉換成數字或繼電器輸出信號，并提供給控制執(zhí)行元件，整個電路裝于標準機柜內的機箱中。進塔空氣氣象參數測量系統中有塔外風速計、塔外氣壓計、塔外溫度計及塔外濕度計。進出冷卻塔水溫、進塔流量測量系統中有高精度鉑熱電阻溫度計，及超聲波水流量計。補給水流量、液位測控機構中包括循環(huán)水流量計、補給水流量計和集水池液位計。
圖1中包括中央測控系統(裝置)1，補給水閥門控制器2、3，循環(huán)水流量計4、5，補給水流量計6、7，集水池液位計8、9，進塔水溫測點11、12、13、14，出塔水溫測點15、16、17、18，塔外風速計19、24、29，塔外氣壓計20、25、30，塔外溫度計21、26、31，塔外濕度計22、27、32，氣象儀器轉換盒19、28、33等。
圖2的中央測控系統中包括顯示器(763MB)201，工業(yè)計算機(中央處理機)(IPC610)202，鍵盤和鼠標203，接口箱204，打印機(LJ2510)205，電纜走線槽206等。
圖3的氣象儀器轉換盒中包括氣象盒19(或28、33)，專用電纜401，電路板402，塔外氣壓計(PTB100A)20、25、30，塔外溫、濕度計(HMP45A)21、22、26、27、31、32，防輻射器(DTR503A)405，塔外風速計(WAAA151)19、24、29等。
圖4的溫度傳感器機構中包括溫度傳感器(WZP-4321A)501，主水管502等。
圖5的接口箱機構中包括氣象盒23、28、33，接口箱510，1號塔補給水電動調節(jié)閥電動頭511，2號塔補給水電動調節(jié)閥電動頭512等。
以下作詳細描述1、中央測控系統由中央處理機、數據采集模塊、接口模塊和控制模塊以及顯示、打印、鍵盤等外設組成。
數據采集模塊將氣象傳感器(風速、溫濕度、大氣壓力等)輸出的模擬信號加以放大、濾波、A/D轉換后形成數字信號，通過RS485總線傳送到中央處理機。它由放大器、A/D轉換器、單片機、接口電路及軟件、AC/DC電流變換器等集成電路組成，封裝于IP65屏蔽盒內。
接口模塊用來將傳感器、數據采集模塊等傳輸來的各類檢測信號進行轉換，分別形成所需的串行數據傳輸到中央處理機接口。它包括多路信號通道切換模塊、小信號調理放大模塊，A/D轉換模塊，接口轉換模塊及電源模塊組成，裝于標準機柜內的機箱中或執(zhí)行機構附近。
控制模塊是將主機發(fā)出的控制信號轉換成數字或繼電器輸出信號，提供給控制執(zhí)行元件。它由D/A轉換、信號調理、功率驅動、繼電器等組成，裝于標準機柜內的機箱中。
中央處理機是將各接口讀入的信號歸類處理，利用主計算機進行計算、判斷，并輸出數據至顯示器、打印機等外設。同時也可通過接口將控制信號送至配水控制閥的執(zhí)行元件，對其進行控制。中央處理機及各類接口卡、打印機、顯示器安裝于標準機柜內，相關輔件則安裝在測控現場。
2、進塔空氣氣象參數測量系統冷卻塔運行狀況受到許多氣象因素的影響，其中塔周圍的風速、大氣壓力、干球溫度、相對濕度等氣象因素對其影響較大。氣象測量系統可以隨時監(jiān)測有關氣象參數，并將信號傳輸給中央處理系統以便其作出評估。該系統包括風速儀、大氣壓力傳感器、干球溫度計及相對濕度計等組成。
3、進出冷卻塔水溫、進塔流量測量系統進出冷卻塔水溫度的差值是衡量冷卻塔運行效率的主要參數之一，保證精確測量至關重要。裝置中選用了高精度鉑熱電阻作為測溫傳感器，并將其溫度變化特性預置于中央處理機內，以便盡可能的提高測量精度。進塔水流量的測量，采用了超聲波流量計，具有較高的測量精度。
該項目產品CTM型冷卻塔運行管理監(jiān)控裝置，是在吸取了國內外工控系統優(yōu)點的基礎上，結合我國電廠的實際情況進行設計開發(fā)的，參數測點為30個，采用加權平均法，保證參數測量的準確性，從而保證測量結果的準確、可靠。
4、補給水流量、液位測控系統冷卻塔耗水量和補給水量的平衡是保證冷卻塔運行好壞的前提，要保證補給水量的平衡供給，以避免出現少水多水事故。系統中選用了電磁流量計和進口液位計，具有較高的測量精度和安裝使用環(huán)境。
本實用新型的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置的熱力計算采用焓差法，在二變量方程引用麥克爾公式時，將空氣的變量從兩個變?yōu)橐粋€，即用比焓代表空氣的整個熱量，而不再把它分成與接觸散熱和蒸發(fā)散熱有關的兩個未知量，從而使計算簡單，又具有足夠的精度，優(yōu)于“特性系數法”、“統計回歸法”等傳統算法。同時，在評價方面采用隨機動態(tài)跟蹤和相位補償技術，精確計算出隨機標準，避免了采用固有標準的計算誤差。
本實用新型的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置傳感器和現場轉換裝置均采用防濕、耐溫設計，以適應各種不同的惡劣環(huán)境。風速傳感器的轉動軸部分增加了恒溫裝置，在溫度低于一定值時啟動恒溫裝置，保證轉動軸潤滑油始終處于良好狀態(tài)，從而保證測試精度；并且在溫濕度傳感器的防護罩上增加了太陽能風扇，確保測試腔空氣流通，避免產生結露等情況影響準確測量。
本實用新型的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置的精度要求相對與一般工控產品有更高要求，一般產品溫度控制精度在1～2℃左右，本系統要求水溫檢測精度達0.1℃。系統通過對熱電阻傳感器進行標定，在恒溫域中分點測試，得到針對單支熱電阻的修正曲線；此外，在A/D轉換過程中采用了最新24位軍品級測量用A/D轉換器7237，具有極高的可靠性和環(huán)境適應能力，從而保證了0.03℃的轉換分辨率。
本實用新型的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置軟件為適合電廠要求，增加了自動巡檢、數據庫查詢、自動打印輸出、自動故障診斷、報警，以及系統自維護和恢復功能。
本實用新型的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置軟與國內外同類產品的比較由于近期國家對環(huán)保和水資源的保護意識日益加強，各電廠及其他用水大廠對冷卻塔運行管理越來越重視。由于我公司在自動化方面具有較雄厚的技術基礎，目前我公司生產的該項目產品達到并且超過了國外同類產品的水平，對比如下1、經濟社會效益分析投入一次性投入CTM-II型冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置價值150萬元，儀表井及預埋穿線管的材料及人工投入約2萬元。
運行維護費用為電費1000元/年。免維護。
產出節(jié)水按兩臺30萬千瓦機組配兩座5500平米的冷卻塔計，夏季最大補給水量約1400噸/小時，而實際年平均水量損耗約1250噸/小時，本裝置的使用能節(jié)約150噸/小時，一年節(jié)水高達130多萬噸，按每噸0.2～0.5元計，每年節(jié)約26～65萬元。
防凍電規(guī)總院和原電力部科技司聯合調查報告顯示，因缺乏管理，我國冬季冷卻塔結冰嚴重。在被調查的78座冷卻塔中，有35座存在結冰拉壞或打冰破壞塑料填料現象，占總數的45％。結冰損傷填料，造成填料冷效降低和使用壽命下降。一般填料的設計使用壽命為20年，由于結冰導致實際使用壽命平均只有不到10年。本裝置的使用能完全避免結冰對填料的損壞。兩座5500平米的冷卻塔完全更換一次填料需250噸，耗資約320萬元。同時填料損壞會引起出塔水溫升高，煤耗增加。更換填料則必須停機檢修，也會影響機組的正常發(fā)電。
節(jié)電兩座5500平米的冷卻塔通常配4臺1500千瓦左右的循環(huán)水泵，氣溫高時需打開所有水泵滿足機組冷卻要求，氣溫降低時需適時停1～2臺泵，以減少廠外用電。本裝置能準確地提示用戶在氣象條件變化時適時起停循環(huán)水泵，在保證汽機滿發(fā)的前提下減少廠外用電。據大量統計數據和研究表明，電廠在每年四季變換時為了保證冷卻塔的冷卻能力充分滿足機組的冷卻要求，根據經驗起、停循環(huán)水泵的時間分別比最佳時間提前或延遲15天左右，每年因此延長單臺循環(huán)水泵工作時間約90天。本裝置的使用每年減少的廠外用電計約260萬千瓦時，按0.3元/千瓦時計，每年節(jié)約近80萬元。
綜上所述，投資150萬元的本實用新型的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置每年可以直接降低電廠各項費用約200萬元，經濟效益相當可觀。同時本裝置還提供與電廠DCS系統的接口，記錄的各項數據對設備實時運行管理或對以后的改擴建工程都能提供可靠的科學依據，提高了電廠的自動化程度和管理的現代化水平。
權利要求1.一種冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置，其特征是有中央測控系統，中央測控系統分別與進塔空氣氣象參數測量系統，進出冷卻塔水溫、進塔流量測量系統，補給水流量、液位測控系統相連接。
2.根據權利要求1所述的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置，其特征是中央測控系統中有中央處理機，中央處理機連接有數據采集模塊、接口模塊和控制模塊和顯示模塊。
3.根據權利要求2所述的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置，其特征是中央處理機還與打印機、鍵盤和鼠標外設連接。
4.根據權利要求2或3所述的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置，其特征是數據采集模塊有將參數測量機構中的氣象傳感器輸出的模擬信號加以放大、濾波的處理電路，處理電路產生的輸出信號由A/D轉換后形成數字信號，再通過RS485總線傳送到中央處理機，其還包括AC/DC電流變換器，并封裝于IP65屏蔽盒內。
5.根據權利要求2或3所述的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置，其特征是接口模塊中有多路信號通道切換模塊、小信號調理放大模塊，A/D轉換模塊，接口轉換模塊及電源模塊，并裝于標準機柜內的機箱中或執(zhí)行機構附近。
6.根據權利要求2或3所述的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置，其特征是控制模塊由由D/A轉換、信號調理、功率驅動、繼電器組成，裝于標準機柜內的機箱中。
7.根據權利要求1、2或3所述的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置，其特征是進塔空氣氣象參數測量系統中有塔外風速計、塔外氣壓計、塔外溫度計及塔外濕度計。
8.根據權利要求1、2或3所述的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置，其特征是進出冷卻塔水溫、進塔流量測量系統中有高精度鉑熱電阻溫度計，及超聲波水流量計。
9.根據權利要求1、2或3所述的冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置，其特征是補給水流量、液位測控機構中包括循環(huán)水流量計、補給水流量計和集水池液位計。
專利摘要本實用新型公開了一種冷卻塔節(jié)水及監(jiān)測裝置，其特征是有中央測控系統，中央測控系統分別與進塔空氣氣象參數測量系統，進出冷卻塔水溫、進塔流量測量系統，補給水流量、液位測控系統相連接。其有益效果為能構建“智能”冷卻塔，實現冷卻塔運行管理的智能化，控制冷卻塔在合理的工況下運行，達到最佳的出水溫度，大大降低發(fā)電煤耗，節(jié)約水資源，保護生態(tài)環(huán)境。
文檔編號F28F27/00GK2859432SQ20042005473
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月24日 優(yōu)先權日2004年12月24日
發(fā)明者葛興元, 李武林, 瞿國慶, 蔣小虎, 季獻華, 褚建飛, 楊生華 申請人:南通京源水工自動化設備有限公司