(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111536116.3 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 南京南瑞继保电气有限公司 地址 211102 江苏省南京市江宁区苏源大 道69号 申请人 南京南瑞继保工程 技术有限公司 　 深圳市机场 （集团） 有限公司动力分 公司 (72)发明人 刘文　王志刚　陈烨　李兵　赵阳　 杨玉　杨琨　陈霈　石祥建　 赵成昂　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 陆烨(51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种横流冷却塔的优化与性能诊断方法 (57)摘要 本发明公开了一种横流冷却塔的优化与性 能诊断方法， 具体为： 1、 将横流冷却塔两侧的填 料简化为x ‑z二维换热模型； 2、 将二维换热模型 等分成若干个网格， 每个网格作为一个热湿交换 微元； 3、 建立热湿交换模型计算每个热湿交换微 元输出的水流状态和空气状态； 4、 根据最后一行 热湿交换微元输出水流状态计算冷却塔的出口 水温two； 5、 若two与实测值two’之间差值的绝对 值 大于第一阈值， 则更新热湿交换模型； 否则， 优化 冷却塔的风量； 6、 采用初始热湿交换模 型计算在 当前情况下横流冷却塔的出口水温tw2， 若two’与 tw2之差大于等于第二阈值， 则认定塔性能衰减； 本发明实现了冷却塔最优运行参数的精确计算 和性能故障的精确诊断。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 114297834 A 2022.04.08 CN 114297834 A 1.一种横流冷却塔的优化与性能诊断方法， 其特 征在于， 具体包括如下步骤： 步骤1： 根据横流冷却塔热湿交换过程中空气的流动方向和冷却水的流动方向， 将横流 冷却塔两侧的填料简化为两个x ‑z二维换热模 型， 其中x方向为空气流动方向， z为冷却水的 流动方向； 步骤2： 将每 个x‑z二维换热模型等分成N*N网格， 将每 个网格作为 一个热湿交换微元； 步骤3： 建立热湿交换模型， 随机选择一个N*N网格， 采用热湿交换模型计算选择的N*N 网格中每个热湿交换微元输出的水流状态和空气状态； 所述水流状态包括冷却水的水温tw 和冷却水流 量mw； 步骤4： 根据N*N网格 中最后一行热湿交换微元输出的水流状态计算横流冷却塔的出口 水温two； 该步骤4中的N*N网格为 步骤3中选择的N*N网格； 步骤5： 运行参数优化： 计算two与two’之差的绝对值， two’为横流冷却塔的出口水温的实 测值， 如果绝对值大于预设的第一阈值， 则更新热湿交换模型； 否则， 以冷却塔、 冷却水泵、 冷水机组整体功 耗最低为目的计算最优横流冷却塔出口水温， 并基于最优横流冷却塔出水 温度对横流冷却塔的风 量进行优化调整； 步骤6： 性能诊断： 采用投运之初横流冷却塔无故障状态下的初始热湿交换模型计算在 当前情况下横流冷却塔的出口水温tw2， 计算two’与tw2之差， 如果差值大于等于预设的第二 阈值， 则认定横流冷却塔性能衰减； 所述当前情况包括当前室外空气温湿度， 横流冷却塔的 风量， 进入横流冷却塔的水流 量以及进水温度。 2.根据权利要求1所述的一种横流冷却塔的优化与性 能诊断方法， 其特征在于， 所述步 骤3中热湿交换模型为： 若某个热湿交换微元内空气含湿量Xa小于该热湿交换微元空气温度下的饱和空气含湿 量Xsa时， 则采用如下热湿交换模型计算该热湿交换微元输出的水流状态和空气状态， 所述 空气状态包括： 空气质量 流量ma， 空气温度ta和含湿量Xa； 其中下标in表示输入， 下标out表示输出， A、 B、 C为模型参数， 表征冷却塔的传 热传质性 能， A、 B、 C的值由最小二乘法进行线性拟合后得到， Mw为横流冷却塔进口总冷却水流量， Ma为 横流冷却塔进口总空气质量流量， cpw为冷却水的定压比热容， cpv为水蒸气定压比 热容， cpa为空气定压比热容， r0为0℃时冷却水的汽化潜热； dx为空气流动方向的微元长度， dz为冷却水的流动方向的微元长度； Xsw为以水温为定性温度的饱和空气含湿量； 若某个热湿交换微元内的Xa大于等于Xsa时， 则采用如下热湿交换模型计算该热湿交换 微元输出的水流状态和空气状态：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114297834 A 23.根据权利要求2所述的一种横流冷却塔的优化与性能诊断方法， 其特征在于， 在N*N 个网格中， 以j表示第j行， 以i表示第i列， j＝1,2, …,N， i＝1,2, …,N； 当j＝2, …,N， i＝ 2,…,N时， 采用热湿交换模型对第j行第i列热湿交换微元进行空气状态和水流状态计算 时， 输入至该热湿交换模型的空气状态为第j行第i ‑1列热湿交换微元输出的空气状态， 输 入至该热湿交换模型的水流状态为第j ‑1行第i列热湿交换微元输出的水流状态； 当j＝1， 采用热湿交换模型对第1行第i列热湿交换微元进 行空气状态和水流状态计算时， 输入至第 1行第i列热湿交换微元的冷却水流量为Mw与两个N*N网格中第一行微元总数2N之比， 输入 至第1行第i列热湿交换微元的冷却水水温为输入至横流冷却塔的冷却水水温； 当i＝1， 采 用热湿交换模型对第j行第1列热湿交换微元进行空气状态和水流状态计算时， 输入至第j 行第1列热湿交换微元的空气质量流量为Ma与2N之比， 输入至第j行第1列热湿交换微元的 空气温湿度为输入至横流冷却塔的空气温湿度； 采用热湿交换模型进行计算 时， 计算顺序为： 先沿着空气方向计算完某一行后， 再沿着 冷却水的水流方向进入下一行进行计算。 4.根据权利要求1所述的一种横流冷却塔的优化与性 能诊断方法， 其特征在于， 所述步 骤4中根据如下公式计算横流冷却塔的出口水温two： 其中i表示第i列， mw(N,i)为N*N的网格中第N行第i列微元输出的冷却水流量， tw(N,i)为N* N的网格中第N行第i列微元输出的冷却水的水温， i ＝1,2,…,N。 5.根据权利要求1所述的一种横流冷却塔的优化与性 能诊断方法， 其特征在于， 所述步 骤5中以冷却塔、 冷却水泵、 冷水机组整体功耗最低为目的计算最优冷却塔出口水温具体 为： 采用热湿交换模型计算基于当前室外空气 温湿度、 进水温度下不同冷却塔风量时的横 流冷却塔的出口水温tw1， 基于横流冷却塔风量和对应的出口水温， 计算冷却塔、 冷却水泵、 冷水机组的整体功耗， 将整体功耗最小值对应的出 口水温作为最优横流冷却塔出 口水温， 此时的冷却塔风 量作为最优横流冷却塔风 量， 所述整体功耗Pref为： Pref＝Pcwp+Pct+Pchiller Pcwp＝a0+a1Mw+a2Mw2 Pct＝b0+b1Ma+b2Ma2 Pchiller＝c0+c1PLR+c2tw1+c3teo+c4PLR2+c5tw12+c6teo2+c7tw1PLR+c8teoPLR+c9teotw1权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114297834 A 3