本發(fā)明涉及工業(yè)能耗評價指標(biāo)與方法，尤其是一種工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比能耗綜合評價指標(biāo)與方法，屬于工業(yè)節(jié)能減排領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要分布于石化、冶金、熱電等高能耗國家壟斷行業(yè)。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，一般由換熱設(shè)備、循環(huán)水泵、輸水管道和散熱設(shè)備組成，系統(tǒng)運行過程中需要消耗大量的能量。以循環(huán)水泵效率為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗評價指標(biāo)的傳統(tǒng)評價方法，存在以下問題：首先，以循環(huán)水泵效率為評價指標(biāo)的方法，僅能反映水泵本身對水體加壓做功的能源利用率，當(dāng)水泵效率高時，如果供給的循環(huán)冷卻水流量大于冷卻最小需要流量，由于循環(huán)水泵大都采用離心泵和比轉(zhuǎn)速較低的混流泵，水泵流量增大時水泵軸功率增大，結(jié)果造成系統(tǒng)能源浪費。另一方面，即使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)實際向工作設(shè)備各冷卻部位提供的冷卻水流量等于或稍大于冷卻最小需要流量，并且循環(huán)水泵效率高，如果此時循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及其輸水管路設(shè)計布置不合理，冷卻塔位置過高、輸水管路過長、管徑過小等，都會造成循環(huán)冷卻水系統(tǒng)過大的能源浪費。第三，以循環(huán)水泵效率為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能耗評價指標(biāo)的方法，僅能代表具體某一個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的特定環(huán)節(jié)的能源利用率，不能反映整個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、不同大小或不同組成的同一類或不同類的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能源利用成效，更不能反映循環(huán)冷卻水系統(tǒng)一年中考慮不同條件和環(huán)境溫度的能源綜合利用成效，無法進行系統(tǒng)的橫向比較和判斷優(yōu)劣。由于缺少統(tǒng)一合理的、適用于同一類和不同類的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗綜合評價指標(biāo)與方法，設(shè)計部門和工業(yè)企業(yè)對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗指標(biāo)重視不夠，工程設(shè)計、建設(shè)、驗收和運行無權(quán)威合理的能耗指標(biāo)依據(jù)，對系統(tǒng)能耗指標(biāo)無要求、要求不高、或要求不合理，導(dǎo)致循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計不合理、設(shè)備選型不當(dāng)、運行管理粗放，系統(tǒng)效率低、能耗高。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是為了克服目前石化、冶金等工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)缺少統(tǒng)一、合理的能耗綜合評價指標(biāo)與方法，造成系統(tǒng)設(shè)計不合理、設(shè)備選型不當(dāng)、運行管理粗放，系統(tǒng)效率低、能耗高的缺點，提出一種工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比能耗綜合評價指標(biāo)與方法。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比能耗綜合評價指標(biāo)與方法，包括以下步驟：A.提出工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻能效比概念及其計算方法。將冰箱和空調(diào)的能效比應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的“冷卻能效比”CTIR(CoolingThermalloadInputpowerRatio)是指，在實際運行工況和規(guī)定條件下(包括外環(huán)境溫度、濕度和工作設(shè)備發(fā)熱量及最高允許溫度等)，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)對工作設(shè)備進行冷卻運行時的實際去熱流量Φ(kW)與實際耗電功率P(kW)之比。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻能效比用下式計算：CTIR＝Φ/P(1)冷卻能效比反映了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行過程中單位輸入功率的去熱量。相同工作設(shè)備、工作狀況和環(huán)境條件下，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行時的冷卻能效比越大，說明去除相同熱量所耗費的電能就越少，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計和運行就越好。B.工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進水溫度一定時，不同工況下的水泵效率、耗電功率和冷卻能效比等能耗評價指標(biāo)計算對比分析。包括以下6種工況：(1)原運行工況。(2)水泵運行臺數(shù)優(yōu)化工況。(3)水泵運行臺數(shù)與變閥優(yōu)化工況--以滿足最小需要揚程為目標(biāo)。(4)水泵運行臺數(shù)與變閥優(yōu)化工況--以滿足最小需要流量為目標(biāo)。(5)水泵運行臺數(shù)與變閥、變頻調(diào)速優(yōu)化工況--以同時滿足最小需要流量、最小需要揚程為目標(biāo)。(6)按最小需要流量、最小需要揚程重新選泵，水泵運行臺數(shù)與變閥、變頻調(diào)速優(yōu)化工況--以同時滿足最小需要流量、最小需要揚程為目標(biāo)。C.提出工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比概念及其計算方法。定義“年均冷卻能效比”CTIRavg，作為工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗指標(biāo)，用于評價其能耗性能的優(yōu)劣，即：CTIRavg=ΣimΦi·TiΣjmPj·Tj=QaWa---(2)]]>其中循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年運行時間為：Ta=ΣimTi=ΣjmTj---(3)]]>式中：CTIRavg為系統(tǒng)年均冷卻能效比；m為系統(tǒng)全年去熱量大小的種數(shù)；Φi為系統(tǒng)全年第i種去熱流量，kW；Ti為系統(tǒng)全年第i種去熱量的運行時數(shù)，h；n為系統(tǒng)全年運行工況數(shù)或運行方案數(shù)；Pj為系統(tǒng)全年第j種運行工況耗費電功率，kW；Tj為系統(tǒng)全年第j種工況的運行時間，h；Qa為系統(tǒng)年去熱量，kW·h；Wa為系統(tǒng)年耗電量，kW·h。D.工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比能耗評價指標(biāo)的合理性分析。(1)進水溫度和移熱負荷一定的情況下，采用冷卻能效比的合理性分析。工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)對工作設(shè)備進行冷卻，要求在工作設(shè)備一定環(huán)境和工作負荷下去除發(fā)熱量，保證工作設(shè)備性能和安全，保證不超過最高允許溫度。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的總能耗包括循環(huán)水泵機組輸入電能和冷卻設(shè)備中的通風(fēng)機能耗，即式中：ρ為冷卻水密度；g為重力加速度；Qi為第i臺水泵運行流量；Hi為第i臺水泵運行揚程；η泵i、η傳i和η機i分別為第i臺水泵運行效率、機組傳動效率和電動機運行效率；m為系統(tǒng)運行水泵的臺數(shù)。Qj為第j臺風(fēng)機運行通風(fēng)量；pj為第j臺風(fēng)機運行全壓；η風(fēng)機j、η傳j和η機j分別為第j臺風(fēng)機運行效率、機組傳動效率和電動機運行效率；n為系統(tǒng)冷卻設(shè)備中的運行通風(fēng)機臺數(shù)。如果采用變頻調(diào)速運行，式中還需除以變頻器效率。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，如果冷卻設(shè)備冷卻效果好，則需要的通風(fēng)量小，通風(fēng)機能耗小。在系統(tǒng)設(shè)計和運行中，加大通風(fēng)量能夠降低冷卻水進水溫度，從而能夠減小冷卻水流量，降低水泵機組能耗。但另一方面，加大通風(fēng)量增大了通風(fēng)機能耗。因此，需要對通風(fēng)機風(fēng)量和水泵流量進行權(quán)衡，達到總能耗最低。一般情況下，通風(fēng)機能耗占系統(tǒng)能耗比例較小，有些冷卻設(shè)備無需設(shè)置通風(fēng)機，循環(huán)水泵機組能耗占系統(tǒng)能耗的主要部分。根據(jù)計算公式，影響循環(huán)水泵機組能耗的主要因素有：水泵運行臺數(shù)及流量、水泵運行揚程和運行效率等。①當(dāng)工作設(shè)備各部位的冷卻水流量超過需要流量時，能夠保證工作設(shè)備的性能和安全，恰好保證工作設(shè)備不超過最高允許溫度的冷卻水流量為最小需要流量。水泵工況在較大范圍內(nèi)變化時，電機效率變化較?。凰脵C組大多采用直聯(lián)傳動，傳動效率100％。根據(jù)式(4)，系統(tǒng)流量越大，在單臺水泵運行揚程、流量和效率不變的情況下，水泵運行臺數(shù)越多，水泵機組電機輸入功率之和越大。另一方面，工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)大都采用離心泵或比轉(zhuǎn)速較小的混流泵，水泵軸功率隨泵流量增大而增大，因而，在水泵運行臺數(shù)不變的前提下，系統(tǒng)流量越大，單臺水泵流量越大，則單臺水泵軸功率越大，水泵機組電機總輸入功率越大。②水泵運行揚程取決于系統(tǒng)冷卻水回路阻力與回水高度。如果冷卻水回水高度大，冷卻水回路布置不合理，長度長、管徑小，水流阻力大，就會增大水泵運行揚程，由式(4)知，在水泵流量和效率不變的情況下，水泵機組電機輸入功率增大。③由式(4)知，系統(tǒng)循環(huán)水泵機組能耗，除與水泵機組運行臺數(shù)、流量、揚程有關(guān)外，還與水泵效率有關(guān)。如果水泵不在高效區(qū)運行，水泵效率低，就會增大電機輸入功率。如果水泵揚程選擇過大，水泵不在高效區(qū)運行，通過在出水管路加裝閥增大回路阻力，保證水泵在高效區(qū)運行，這樣雖然水泵效率提高了，但水泵揚程的增大會引起水泵軸功率的增大。水泵效率高，系統(tǒng)能耗不一定小。因此，在一定環(huán)境、條件和工作設(shè)備去熱量下，首先確定能夠保證工作設(shè)備性能和安全的系統(tǒng)最小需要流量，按最小需要流量設(shè)計循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，要求冷卻水回路布置合理、長度短、管徑大--按經(jīng)濟管徑確定。按最小需要流量和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)布置及運行要求，計算確定系統(tǒng)最小需要揚程。按系統(tǒng)冷卻水最小需要流量和最小需要揚程選擇循環(huán)水泵，要求水泵在高效區(qū)運行，才能在保證工作設(shè)備性能和安全的前提下，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗最小，即去熱量與耗電功率之比——冷卻能效比最大。此時，系統(tǒng)能耗最小與冷卻能效比最大是一致的；另一方面，系統(tǒng)能耗是絕對量，只能用于相同工作設(shè)備在相同移熱負荷和相同工作環(huán)境下的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗情況的比較；而冷卻能效比是相對量，可用于不同環(huán)境、不同移熱負荷、不同形式、不同規(guī)模、不同性質(zhì)的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗情況的橫向比較與評價；因此，本發(fā)明提出的冷卻能效比全面反映了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)產(chǎn)生能耗的各個部分自身及其組合的合理性，是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗的綜合評價指標(biāo)，用于評價工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗更為合理。(2)考慮一年中，由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進水溫度和移熱負荷變化，采用年均冷卻能效比的合理性分析。考慮到在不同季節(jié)，一方面，工作設(shè)備的運行工況不同，發(fā)熱量不同，則循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的移熱負荷或去熱量也不同。另一方面，不同季節(jié)環(huán)境溫度不同，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻設(shè)備冷卻效果不同，冷卻水進水溫度不同，則工作設(shè)備各部位冷卻水最小需要流量也不同，即工作設(shè)備冷卻水最小需要流量與工作設(shè)備運行工況和外環(huán)境溫度有關(guān)。因此，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計和運行時，采取以下措施：①在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計時，既要滿足全年最不利情況下冷卻水大流量、高揚程的工作設(shè)備冷卻要求，又要滿足一年中較長時間的中小流量和中低揚程的系統(tǒng)高效運行的要求，系統(tǒng)設(shè)計時，一般設(shè)置多臺同型號、大小水泵并聯(lián)和變閥、變頻設(shè)施，運行時根據(jù)工作設(shè)備運行工況和環(huán)境溫度的變化，在滿足冷卻要求的前提下，調(diào)整循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水泵運行臺數(shù)和工況，達到節(jié)省系統(tǒng)能耗的目標(biāo)。②在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行時，運行環(huán)境和移熱負荷隨一年中的不同季節(jié)時間變化，在具體的運行環(huán)境和移熱負荷確定的某一段時間內(nèi)，系統(tǒng)應(yīng)該實施水泵機組運行臺數(shù)組合和工況的優(yōu)化運行，以節(jié)省能耗。以一年為周期，不同時間的系統(tǒng)冷卻能效比不同。因此，應(yīng)該采用式(2)系統(tǒng)全年移熱量除以系統(tǒng)全年耗費總電功，計算系統(tǒng)年均冷卻能效比，作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能耗綜合評價指標(biāo)更為合理。E.工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比分級評定。對于同一行業(yè)，綜合考慮循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不同規(guī)模和類別，以年均冷卻能效比作為能耗指標(biāo)，將其分為五個等級，即：1級、2級、3級、4級和5級，1級最好，5級最差。能效等級為1級時，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計和運行最為合理，能源利用充分，系統(tǒng)節(jié)電已達到國際先進水平。能效等級為2級時，系統(tǒng)設(shè)計和運行較為合理，能源利用比較充分，系統(tǒng)比較節(jié)電，但仍有一定的改進余地。能效等級為3級時，系統(tǒng)設(shè)計和運行不夠合理，能源利用不夠充分，系統(tǒng)節(jié)電達到我國的平均水平。能效等級為4級時，系統(tǒng)設(shè)計和運行不合理，能源浪費較為嚴重。當(dāng)能效等級為5級時，系統(tǒng)設(shè)計和運行嚴重不合理，能源浪費嚴重。針對具體某一類循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，其年均冷卻能效比分級數(shù)值需要由專家研究確定。分級數(shù)值確定的原則是，1級、2級指標(biāo)，必須通過對系統(tǒng)的每一個環(huán)節(jié)優(yōu)化和整體統(tǒng)籌協(xié)調(diào)才能達到，目前大部分工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比屬于后三級，即3級、4級和5級，有較大的改進余地。F.工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比驗收標(biāo)準。年均冷卻能效比評級標(biāo)準是考核工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗情況的綜合指標(biāo)，系統(tǒng)設(shè)計和運行時，應(yīng)遵守相關(guān)能效標(biāo)準。工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)工程建設(shè)或改造完成后，需要對工程年均冷卻能效比能耗指標(biāo)進行驗收，用以檢驗系統(tǒng)能耗是否達到設(shè)計和運行指標(biāo)。根據(jù)以上所述年均冷卻能效比的等級，要求：新建工程，必須考慮系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計和優(yōu)化運行，要求達到1～2級標(biāo)準；改造工程，無法對管路系統(tǒng)進行大的改造調(diào)整，通過重新選泵、設(shè)置變閥、變頻調(diào)速等措施，要求達到2～3級標(biāo)準；目前正在應(yīng)用的工程，如果年均冷卻能效比僅能達到4級標(biāo)準，建議限期整改。對于僅能達到5級標(biāo)準的系統(tǒng)，建議立即整改。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)整改，包括工程系統(tǒng)組成的合理改造、關(guān)鍵設(shè)備重選和實施優(yōu)化運行兩個方面。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)驗收標(biāo)準分為三個等級，即優(yōu)良、合格和不合格。能效等級達到1級、2級的為優(yōu)良，達到3級及4級較好的為合格，僅達到4較差的和5級的為不合格。本發(fā)明提出的采用年均冷卻能效比作為工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能耗評價指標(biāo)，提出能效等級與驗收標(biāo)準的劃分原則和方法。本發(fā)明應(yīng)用于制定各類石化、冶金等工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗評價指標(biāo)與驗收標(biāo)準。特別地，對于發(fā)電行業(yè)，由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行工況直接影響電廠發(fā)電量，因此，不能僅以循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的年均冷卻能效比作為評價系統(tǒng)能耗指標(biāo)優(yōu)劣的標(biāo)準，而需要首先考慮電廠發(fā)電量扣除循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的能耗后所得凈收益的大小，以凈收益作為考核的首要標(biāo)準，以電廠年凈收益最大為目標(biāo)，考慮工程上的可行性與安全可靠性，對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計、改造和優(yōu)化運行。在此基礎(chǔ)上，制定電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗指標(biāo)及其評級方法與驗收標(biāo)準。實施例石化企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)計算結(jié)果表明，按提高年均冷卻能效比為目標(biāo)，對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計和優(yōu)化運行，可顯著節(jié)省系統(tǒng)能耗，具有重大的經(jīng)濟效益。附圖說明圖1本發(fā)明實施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)布局簡化圖。圖2本發(fā)明實施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)原方案單泵運行--工況二確定與揚程判別。圖3本發(fā)明實施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)原方案單泵變閥優(yōu)化運行--工況三、工況四確定。圖4本發(fā)明實施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)原方案單泵變頻變閥運行—工況五確定。圖5本發(fā)明實施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)原方案換泵后變頻變閥運行—工況六確定。圖6本發(fā)明實施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)方案一。圖7本發(fā)明實施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)方案二。圖8本發(fā)明實施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)方案三。圖9本發(fā)明實施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)方案四。具體實施方式下面結(jié)合附圖并通過實施例對本發(fā)明作進一步說明：某3萬噸苯胺、5萬噸硝基苯生產(chǎn)設(shè)備循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，如圖1。系統(tǒng)有兩座GBNF-800型冷卻塔，配有三臺并聯(lián)的循環(huán)水泵，型號為350S44A，兩臺運行，一臺備用。單泵流量1116m3/h，揚程36m，轉(zhuǎn)速1450r/min。水泵配套西門子Y315L-4型電機，額定功率160kW，額定電流288A，電機效率91.9％，額定轉(zhuǎn)速1486r/min。設(shè)備按層分布，系統(tǒng)相當(dāng)于有五個并聯(lián)的換熱用戶組，其中第一、第二、第三層每層設(shè)備并聯(lián)連接。第四層有三臺設(shè)備，次高點的兩臺設(shè)備并聯(lián)，最高點的設(shè)備單獨成為一條支路，都與下面三層設(shè)備并聯(lián)。為方便計算，對原系統(tǒng)按層簡化，實測換熱性能相關(guān)參數(shù)如表1：表1實測換熱用戶簡化參數(shù)A.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能效比計算以循環(huán)冷卻水系統(tǒng)被冷卻設(shè)備進水溫度為10℃、出水最高溫度控制在45℃以內(nèi)為例，計算比較系統(tǒng)不同運行工況的水泵效率和冷卻能效比等參數(shù)。系統(tǒng)總熱負荷為18454.82kW。根據(jù)冷卻熱負荷和熱平衡方程，計算得系統(tǒng)冷卻水最小需要流量為0.1258m3/s。系統(tǒng)三臺并聯(lián)水泵，型號為350S44A，單泵額定流量0.31m3/s，揚程36m，水泵效率84％，轉(zhuǎn)速1450r/min，單泵流量-揚程性能曲線為H＝-148.15q2+3.3026q+48.986，水泵配套電機效率91.9％。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管路需要揚程特性曲線為Hr＝4.8+167.76q2。為保證系統(tǒng)最高點正壓運行，要求系統(tǒng)最高點壓力滿足Hk＝30.3+44.31q2。按以下六種運行工況計算系統(tǒng)水泵效率和冷卻能效比等參數(shù)。B.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進水溫度為10℃時不同工況不同能耗評價指標(biāo)實例計算對比分析。(1)工況一：兩臺泵并聯(lián)運行。正常情況下，系統(tǒng)水泵兩臺運行，一臺備用。兩臺水泵并聯(lián)流量-揚程性能曲線為H＝-37.038q2+1.5163q+48.986，與管路特性曲線Hr＝4.8+167.76q2聯(lián)立求解，得到水泵并聯(lián)運行工況點流量q＝0.472m3/s，揚程H＝41.5m，水泵效率η＝79.66％。保證系統(tǒng)正壓需要揚程曲線Hk＝30.3+44.31q2，本例滿足此流量處正壓的最低揚程40.1m，故揚程滿足系統(tǒng)正壓需求。此時，單泵運行q＝0.236m3/s，H＝41.5m，η＝79.66％，配套電機輸入功率P=ρgqH100ηηm=1000×9.8×0.236×41.51000×79.66%×91.9%=131.11kW]]>兩臺泵配套電機總輸入功率為262.22kW。則系統(tǒng)冷卻能效比為CTIR=ΦP=18454.82262.22=70.38]]>(2)工況二：一臺泵運行。如圖2，聯(lián)立求解單臺水泵流量-揚程性能曲線方程H＝-148.15q2+3.3026q+48.986和管路特性曲線方程Hr＝4.8+167.76q2，得到水泵單臺運行工況點流量q＝0.372m3/s，揚程H＝29.6m，效率η＝79.51％。依據(jù)系統(tǒng)正壓需要揚程曲線Hk＝30.3+58.85q2，在流量q＝0.372m3/s時，要求揚程不低于35.9m，故單臺水泵直接運行，揚程不能滿足系統(tǒng)正壓需求。(3)工況三：一臺泵變閥運行滿足系統(tǒng)正壓要求如圖3，聯(lián)立單臺水泵流量-揚程性能方程H＝-148.15q2+3.3026q+48.986和保證系統(tǒng)正壓需要曲線Hk＝30.3+58.85q2，求得兩條曲線交點B的流量：q＝0.308m3/s，H＝35.9m，η＝83.6％。計算得水泵配套電機輸入功率141.04kW，求得通過B點的管路需要曲線為H′r＝4.8+327.84q2,調(diào)閥使管路阻力系數(shù)S增加了160.08s2/m5。則系統(tǒng)冷卻能效比CTIR=ΦP=18454.82141.04=130.85]]>(4)工況四：一臺泵變閥運行滿足系統(tǒng)最小需要流量要求。如圖3，一臺泵變閥按照最小需要流量q＝0.1258m3/s運行，此時運行工況在C點：q＝0.1258m3/s，H＝47.06m，η＝55％。計算得電機輸入功率為P＝114.79kW，管路特性曲線H″r＝4.8+2669.93q2,調(diào)閥使管路阻力系數(shù)S增加了2502.17s2/m5。在此工況下，系統(tǒng)冷卻能效比為CTIR=ΦP=18454.82114.79=160.77]]>(5)工況五：一臺泵變閥變頻運行同時滿足系統(tǒng)最小需要流量和最小需要揚程要求。一臺泵降速運行，能夠滿足系統(tǒng)最小需要流量要求，但揚程不能滿足系統(tǒng)正壓要求。通過變閥和變頻，使一臺水泵的運行工況同時滿足系統(tǒng)最小需要流量和最小需要揚程，即在圖4中的A點運行。將A點流量qA＝0.1258m3/s代入保證系統(tǒng)正壓需要揚程曲線Hk＝30.3+58.85q2，求得A點揚程流量HA＝31.2m。此時，管路需要揚程曲線為Hr'＝4.8+1669.81q2，調(diào)閥使管路阻力系數(shù)S增加了1502.05s2/m5。求得過A點的相似工況拋物線HS＝1973q2，與水泵原轉(zhuǎn)速下的流量-揚程性能曲線H＝-148.15q2+3.3026q+48.986相交于點B，求得B點工況：qB＝0.1527m3/s，HB＝46m，ηB＝65％，由于A點工況與B點工況相似，所以ηA＝65％。水泵在A點運行時的變速比Kn＝qA/qB＝0.824。變頻器的變頻效率為97.5％，計算得到配套電機輸入功率P＝66.05kW。在此工況下，系統(tǒng)冷卻能效比為CTIR=ΦP=18454.8266.05=279.41]]>(6)工況六：按系統(tǒng)最小需要流量和最小需要揚程重新選泵，一臺泵變閥變頻運行，同時滿足最小需要流量和最小需要揚程。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)最小需要流量為0.1258m3/s，最小需要揚程為31.2m。選用新水泵型號KQSN200-M12，單泵額定流量0.126m3/s，揚程44m，水泵效率82.5％，轉(zhuǎn)速2960r/min。水泵流量-揚程性能曲線H＝-1695.1q2+50.4q+62.5。如圖5，通過變閥和變頻，圖中的A點同時滿足系統(tǒng)最小需要流量和最小需要揚程，qA＝0.1258m3/s，HA＝31.2m。求得通過A點的管路需要揚程曲線為H′r＝4.8+1669.81q2，此時，需要調(diào)節(jié)出口管路閥門，使回路阻力系數(shù)S增加1502.05s2/m5。求得過A點的相似工況拋物線HS＝1973q2，與原轉(zhuǎn)速水泵流量-揚程性能曲線H＝-1695.1q2+50.4q+62.5相交于點B，求得B點工況：qB＝0.1376m3/s，HB＝37.36m，ηB＝82.4％，由于A點工況與B點工況相似，所以ηA＝82.4％。水泵在A點運行時的變速比Kn＝qA/qB＝0.91，變頻器的變頻效率為97.5％，計算得到配套電機輸入功率P＝52.27kW。在此工況下，系統(tǒng)冷卻能效比為CTIR=ΦP=18454.8252.27=353.07]]>表2冷卻水進水溫度一定時循環(huán)冷卻水系統(tǒng)原方案不同工況運行參數(shù)比較注：系統(tǒng)最小需要流量0.1258m3/s，最小需要揚程為31.2mC.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比計算(1)系統(tǒng)全年去熱量計算考慮該系統(tǒng)年運行360天，則系統(tǒng)全年去熱量為Qa=Σi-15Φi·Ti=(2831.31+7818.13+6433.16+1117.42+254.80)×360×24=1.5945×108kW·h]]>(2)系統(tǒng)不同方案全年耗電量計算本實施例的系統(tǒng)中，最高供水點高程31.5m，最低供水點高程5.8m，高低供水點高度差較大。采用同一循環(huán)水泵向不同高度供水點供水時，為保證系統(tǒng)壓力最低點正壓運行，循環(huán)水泵的揚程需按該最不利供水點的要求選擇，那么對于低位設(shè)備就造成較大的揚程浪費。為解決低位揚程浪費的問題，本發(fā)明將對實施例進行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)置與優(yōu)化運行，總體思路是將設(shè)備按層劃分高低兩個供水區(qū)域，分別考慮兩種高低位供水方式，采取不同的優(yōu)化運行方法，計算不同系統(tǒng)方案的全年耗電量。實施例系統(tǒng)中將換熱設(shè)備進行高低分區(qū)有2種方案：(1)第一、二層為低揚程區(qū)，第三、四層為高揚程區(qū)；(2)第一、二、三層為低揚程區(qū)，第四層為高揚程區(qū)。同時，高、低位供水區(qū)連接方式也有兩種方案：(1)采用分支接力方式，底部供水泵按低揚程區(qū)和高揚程區(qū)全部需要選擇流量、按低揚程區(qū)需要選擇揚程，在底部供水泵出水管的分支管上串聯(lián)增壓泵為高揚程區(qū)設(shè)備供水，并在回水管路上安裝調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)管路性能，使系統(tǒng)各支路流量合理分配，各回水支路匯合后，送水上冷卻塔。(2)采用高揚程區(qū)、低揚程區(qū)獨立供水，低揚程區(qū)設(shè)備由低揚程水泵單獨供水，高揚程區(qū)設(shè)備由高揚程水泵單獨供水，高、低揚程區(qū)回水支路匯合后由回水總管送水上冷卻塔。因此，本實施例中有兩種分區(qū)方式，每種分區(qū)方式有兩種供水方式，共四種方案，如圖6～圖9，分別為方案一、方案二、方案三和方案四。系統(tǒng)全年運行時，根據(jù)不同進水溫度，對系統(tǒng)實施優(yōu)化運行，計算系統(tǒng)各方案全年累計耗電量。表3給出了系統(tǒng)各方案不同工況調(diào)節(jié)方式年耗電量。表3各方案不同工況調(diào)節(jié)方式年耗電量單位：106kW·h應(yīng)用式(2)，計算各方案不同工況調(diào)節(jié)方式年均冷卻能效比如表4。表4各方案不同工況調(diào)節(jié)方式年均冷卻能效比D.年均冷卻能效比能耗評價指標(biāo)的合理性分析。表2中，工況一流量最大，揚程也較大，盡管水泵效率較高，能夠仍最大，冷卻能效比最?。还r三與工況一相比，流量和揚程均稍有減小，水泵效率也略有提高，因此，能耗大幅度減小，冷卻能效比顯著增大；工況四與工況三相比，揚程最大(由回路阻力系數(shù)增加引起)，但流量降到最小，不到工況三流量的二分之一，因此，雖然水泵效率最低，冷卻比仍有所提高；工況五由于采用了變頻調(diào)速，在最小需要流量時，減小了水泵揚程，水泵效率有所提高，因而冷卻能效比大幅度提高；工況六按照最小需要流量和最小需要揚程重新選泵，并通過變閥、變頻調(diào)節(jié)，使得在最小需要流量和最小需要揚程運行時的水泵效率接近最高效率，進一步大幅度提高了冷卻能效比。因此，對于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，不能僅以水泵效率評價能耗指標(biāo)的優(yōu)劣，而應(yīng)該采用冷卻能效比作為能耗的綜合評價指標(biāo)。分析比較循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不同運行工況的流量、揚程、泵效率和冷卻能效比，證明了本發(fā)明提出的采用冷卻能效比作為工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗綜合評價指標(biāo)的合理性。從表3、表4可以看出，系統(tǒng)設(shè)置與工況調(diào)節(jié)方式不同，對系統(tǒng)年均冷卻能效比影響很大。原系統(tǒng)不優(yōu)化運行方案年均冷卻能效比最小，僅為70.09，系統(tǒng)能源浪費嚴重，有巨大的節(jié)能潛力。原系統(tǒng)實施變閥和變頻優(yōu)化運行方案，年均冷卻能效比分別增大到136.87和185.39。采用分區(qū)供水方式。與原系統(tǒng)優(yōu)化運行相比，除方案二外，系統(tǒng)方案一、方案三和方案四年均冷卻能效比均有不同程度的提高，而且變頻效果好于變閥效果。方案四變閥和變頻優(yōu)化運行年均冷卻能效比最大，運行最節(jié)能，與原系統(tǒng)不優(yōu)化運行相比，分別節(jié)能63.0％、74.4％；與原系統(tǒng)優(yōu)化運行相比，分別節(jié)能27.8％、32.3％。方案四節(jié)能效果相當(dāng)顯著。E.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比分級評定。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比能耗指標(biāo)等級劃分的原則是：1級能耗要求系統(tǒng)布置、分區(qū)和水泵選型合理，系統(tǒng)實施變頻優(yōu)化運行；2級能耗要求系統(tǒng)布置、分區(qū)和水泵選型基本合理，系統(tǒng)實施變閥優(yōu)化運行；3級能耗要求系統(tǒng)布置和水泵選型基本合理，系統(tǒng)實施水泵運行臺數(shù)優(yōu)化；4級能耗系統(tǒng)布置和水泵選型不夠合理，系統(tǒng)實施水泵運行臺數(shù)優(yōu)化；5級能耗系統(tǒng)布置和水泵選型不合理，或系統(tǒng)不實施優(yōu)化運行。不同領(lǐng)域、不同規(guī)模的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比的評級劃分，需要眾多專家通過大量調(diào)查研究，才能以標(biāo)準的形式合理確定下來。對于本實施例，雖然不一定很合理，但為說明能效比評級方法，給出了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比等級劃分如表5。表5能效比等級劃分F.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比驗收標(biāo)準。對已有的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗采用年均冷卻能效比指標(biāo)按三個等級進行驗收，即優(yōu)良、合格、不合格。對照表5，能效比等級為1級和2級的為優(yōu)良，能效比等級為3級和4級較好的為合格，能效比等級為4級較差的和5級的為不合格。本發(fā)明采用年均冷卻能效比對工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗指標(biāo)進行評級和驗收更為合理，能夠有效提高系統(tǒng)的設(shè)計和運行水平，系統(tǒng)節(jié)能顯著。本發(fā)明以上確定實施例工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年均冷卻能效比評級與驗收標(biāo)準，目的是提出適用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的年均冷卻能效比指標(biāo)及其等級評價與驗收標(biāo)準的確定過程和方法，為其他循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能效等級和標(biāo)準的制定提供方法和參考。對于眾多行業(yè)不同規(guī)模的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，合理可行的能效等級評價與驗收標(biāo)準，需要經(jīng)過眾多專家論證和更多的工程應(yīng)用驗證才能確定。當(dāng)前第1頁1 2 3