專利名稱:一種節(jié)能式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于循環(huán)冷卻水節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種通過優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能的技術(shù)方案,特別是一種節(jié)能式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù):
目前,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在工業(yè)和日常生活中普遍使用,這些系統(tǒng)的耗能,特別是耗電能比較大,現(xiàn)有的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)以水為介質(zhì)主要用于工藝過程的冷或熱量的交換和傳送,在鋼鐵冶金、石油石化、化工、生化制藥、熱電、機(jī)械、建材、集中供暖、中央空調(diào)等領(lǐng)域, 是必不可少的基本環(huán)節(jié)。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)一般以水泵為動(dòng)力源,其電能消耗較大,通常占社會(huì)總用電量的16%左右。目前在該技術(shù)領(lǐng)域,我國(guó)比先進(jìn)國(guó)家和技術(shù)的水泵單機(jī)效率低 5%以上,系統(tǒng)運(yùn)行效率低20%以上。通過對(duì)已檢測(cè)的1000余套空調(diào)采暖系統(tǒng),950余套工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)電潛力分析、及已成功實(shí)施的700余套系統(tǒng)的節(jié)電效果統(tǒng)計(jì)來看, 節(jié)電率都非常高,從20%到85%不等。同時(shí)也有大量的文獻(xiàn)資料對(duì)循環(huán)水高能耗現(xiàn)象進(jìn)行論述,以上這些數(shù)據(jù)表明,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)普遍存在高能耗現(xiàn)象,節(jié)能潛力很大。引起循環(huán)冷卻水系統(tǒng)高能耗的原因有很多方面,諸如設(shè)計(jì)規(guī)范的引用、設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、管網(wǎng)及換熱裝置的布置、產(chǎn)品質(zhì)量、工程安裝質(zhì)量、運(yùn)行管理與負(fù)荷變化調(diào)節(jié)等等。從系統(tǒng)層面上進(jìn)行節(jié)能,將工藝過程、冷熱公用工程看成一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化,而不是將生產(chǎn)過程中的各個(gè)單元分別獨(dú)立地看待。以合理利用能量為目標(biāo),把工藝過程、換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程一同考慮,從全局過程系統(tǒng)的能量供應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析,綜合利用能源。由于蒸汽和冷卻水的需求量減少,也減少了廢水排放。因此,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能對(duì)減少投資費(fèi)用和提高效益的作用越來越明顯。歸結(jié)起來,現(xiàn)有的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)從節(jié)能角度來分析,普遍存在著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜,運(yùn)行原理簡(jiǎn)單,控制性能差,工程造價(jià)高,運(yùn)行成本高,耗電量大,循環(huán)效率低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn),尋求設(shè)計(jì)和提供一種能從冷卻水系統(tǒng)的全過程角度合理解決循環(huán)水系統(tǒng)高能耗問題,減少循環(huán)水用量的循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化技術(shù)方法,通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和科學(xué)計(jì)算確定一種節(jié)能式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的主體設(shè)計(jì)步驟包括(1)繪制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及換熱網(wǎng)絡(luò)流程圖,采集各換熱設(shè)備技術(shù)參數(shù)及熱負(fù)荷值,確定采集點(diǎn)的運(yùn)行工況及環(huán)境參數(shù)并采集,分別對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的換熱設(shè)備或含冷卻塔、分支回路和單元區(qū)域的各環(huán)節(jié)的供回水運(yùn)行的壓力、流量、溫度工況參數(shù)及泵站各號(hào)位水泵的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定;(2)選用過程系統(tǒng)工程的夾點(diǎn)方法,借助計(jì)算機(jī)軟件的數(shù)值分析,判斷換熱設(shè)備或換熱網(wǎng)絡(luò)布局的合理性,計(jì)算取得最小換熱量,以降低循環(huán)水量的需求;根據(jù)最小傳熱推動(dòng)力或最小溫差值A(chǔ)Tmin、冷卻塔對(duì)水溫的要求、腐蝕和結(jié)垢因素確定每個(gè)冷卻器冷卻水的極限進(jìn)出水溫度,再根據(jù)極限進(jìn)出口溫度和傳熱量,在溫焓圖上作出各冷卻水的極限溫焓曲線;然后根據(jù)各冷卻器冷卻水的極限進(jìn)出口溫度劃分各溫區(qū), 在各溫區(qū)中的總傳熱量為
權(quán)利要求
1. 一種節(jié)能式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,其特征在于主體設(shè)計(jì)步驟包括(1)繪制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及換熱網(wǎng)絡(luò)流程圖,采集各換熱設(shè)備技術(shù)參數(shù)及熱負(fù)荷值,確定采集點(diǎn)的運(yùn)行工況及環(huán)境參數(shù)并采集,分別對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的換熱設(shè)備或冷卻塔、分支回路和單元區(qū)域的各環(huán)節(jié)的供回水運(yùn)行的壓力、流量、溫度工況參數(shù)及泵站各號(hào)位水泵的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定;(2)選用過程系統(tǒng)工程的夾點(diǎn)方法,借助計(jì)算機(jī)軟件的數(shù)值分析,判斷換熱設(shè)備或換熱網(wǎng)絡(luò)布局的合理性,計(jì)算取得最小換熱量,以降低循環(huán)水量的需求;根據(jù)最小傳熱推動(dòng)力或最小溫差值A(chǔ)Tmin、冷卻塔對(duì)水溫的要求、腐蝕和結(jié)垢因素確定每個(gè)冷卻器冷卻水的極限進(jìn)出水溫度,再根據(jù)極限進(jìn)出口溫度和傳熱量,在溫焓圖上作出各冷卻水的極限溫焓曲線;然后根據(jù)各冷卻器冷卻水的極限進(jìn)出口溫度劃分各溫區(qū),在各溫區(qū)中的總傳熱量為辦=ZctH1)(1. Dj ..... . ..... .式中ΔΗ為焓差;CP為熱容流率;T為溫度;j為第i溫區(qū)的物流數(shù);最后確定系統(tǒng)的極限復(fù)合溫焓曲線并計(jì)算出最小循環(huán)水供水曲線;(3)在第( 步的基礎(chǔ)上,確定換熱網(wǎng)絡(luò)壓降目標(biāo)值,改變目標(biāo)值與現(xiàn)有的泵壓降限制相適應(yīng),同時(shí)考察換熱設(shè)備的溫度、熱負(fù)荷和壓降,通過權(quán)衡壓降費(fèi)用或泵操作費(fèi)用即電費(fèi)、公用工程費(fèi)用和換熱器費(fèi)用,計(jì)算確定優(yōu)化的換熱網(wǎng)絡(luò)壓降分配值;其中,物料在管程時(shí)的壓降計(jì)算方法為^P1 =KptllAM-5+Kpt2X5N1(1.2)物料在殼程時(shí)的壓降計(jì)算方法為^P1 = Kpe^-52N1 + Kpc^m + Kp^iAiIf1(1.3)COSTl = J ^-XlO-3XtXce或所有物流η(1.4)“.COST2= Yj (a +P(VMi)7).所有物流式中K為常數(shù);V為體積流率(m3/S) ; t為年操作時(shí)間;ce為電費(fèi)單價(jià)(元/kWh) ;α, β,Y為泵成本系數(shù);h為傳熱系數(shù);N為殼程數(shù),COSTl為整個(gè)系統(tǒng)的泵電費(fèi);C0ST2為整個(gè)系統(tǒng)的泵投資成本;(4)通過對(duì)換熱設(shè)備性能標(biāo)定,分析判斷并確定高能耗原因;其高能耗原因包括1)熱回收不充分,或換熱網(wǎng)絡(luò)的冷卻器、加熱器布置不合理,增加冷卻水量;幻局部冷卻器老化或結(jié)垢嚴(yán)重致使換熱效能低下,形成瓶頸,增加泵送流量;幻設(shè)計(jì)、改造或擴(kuò)建不合理,致使管網(wǎng)各支回路的管路特性差異較大,管網(wǎng)水力失衡嚴(yán)重,增加泵送流量及抬升整體壓頭; 4)管網(wǎng)存在局部堵塞或內(nèi)漏現(xiàn)象,增加能耗力)管網(wǎng)嚴(yán)重依賴閉伐調(diào)節(jié),管網(wǎng)運(yùn)行效率低下;6)回水勢(shì)能未能充分利用,增加能耗;7)回水總管高位點(diǎn)真空度控制不合理,形成嚴(yán)重?cái)_流或非滿管流,增加能耗;8)處于大流量、低溫差運(yùn)行,增加能耗;9)冷卻塔換熱效能低下,增加泵送流量;10)未能根據(jù)負(fù)荷及環(huán)境溫度變化有效調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量;11)水泵本身效率性能缺陷(或長(zhǎng)期使用老化原因),水泵效率不高,泵組運(yùn)行效率偏低;1 水泵存在較嚴(yán)重汽蝕現(xiàn)象,降低運(yùn)行效率;1 泵站優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理均缺少必要的節(jié)能技術(shù)手段,導(dǎo)致運(yùn)行模式不合理或未能按負(fù)荷變化(或氣候變化)有效調(diào)節(jié)流量,增加能耗;(5)通過上述的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、高能耗原因的診斷與分析,判斷配水管網(wǎng)布局的合理性,獲得各分支回路的管路特性及局部阻力異常節(jié)點(diǎn),同時(shí)通過優(yōu)化分析,如通過局部不利因素整改、增加水力平衡提升調(diào)節(jié)裝置和閥門開度重新調(diào)節(jié)的手段,設(shè)計(jì)改造出低阻力且流量平衡調(diào)節(jié)優(yōu)良的配水管網(wǎng),進(jìn)而確定水泵的工作點(diǎn)的流量和揚(yáng)程參數(shù);(6)根據(jù)優(yōu)化后的流量、揚(yáng)程、效率和裝置汽蝕余量工作點(diǎn)參數(shù),采用三元流技術(shù)方法計(jì)算設(shè)計(jì)出水泵葉輪,從而個(gè)性化設(shè)計(jì)定制高效節(jié)能泵,替換原有不匹配、低效率的水泵, 確保每套循環(huán)水系統(tǒng)的水泵均處于高效運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明屬于循環(huán)冷卻水節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種節(jié)能式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,繪制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及換熱網(wǎng)絡(luò)流程圖,采集各換熱設(shè)備技術(shù)參數(shù)及熱負(fù)荷值,確定采集點(diǎn)的運(yùn)行工況及環(huán)境參數(shù)并采集;再判斷換熱設(shè)備或換熱網(wǎng)絡(luò)布局的合理性,計(jì)算取得最小換熱量;同時(shí)分析判斷并確定高能耗原因;通過優(yōu)化、高能耗原因的診斷與分析,判斷配水管網(wǎng)布局的合理性,獲得各分支回路的管路特性及局部阻力異常節(jié)點(diǎn);采用三元流技術(shù)方法計(jì)算設(shè)計(jì)出水泵葉輪;其設(shè)計(jì)路線合理,設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算科學(xué)性好,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,運(yùn)行熱效率高,節(jié)省費(fèi)用和能量成本,經(jīng)濟(jì)價(jià)值高,社會(huì)效益好。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102542120SQ20121001347
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者林永輝, 賈小平 申請(qǐng)人:浙江科維節(jié)能技術(shù)有限公司