工業(yè)循環(huán)水恒溫變頻控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

藍(lán)鵬

（重慶賽迪冶煉裝備系統(tǒng)集成工程技術(shù)研究中心有限公司，重慶401122）

工業(yè)循環(huán)水恒溫變頻控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

藍(lán)鵬

（重慶賽迪冶煉裝備系統(tǒng)集成工程技術(shù)研究中心有限公司，重慶401122）

主要針循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，進(jìn)水溫度隨季節(jié)等因素變化，而設(shè)備要求進(jìn)水溫度條件沒有變化，從系統(tǒng)節(jié)能考慮調(diào)整循環(huán)水泵運(yùn)行機(jī)制。

循環(huán)水系統(tǒng)；恒溫；變頻；節(jié)能

1 前言

工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)一般按照冷卻水用戶進(jìn)水溫度要求運(yùn)行，為保證用戶設(shè)備安全一方面對進(jìn)水最高溫度做出了限制，另一方面對供水水量范圍做了要求。事實(shí)上，從設(shè)備冷卻效果既循環(huán)水帶走熱量的關(guān)系式中可以發(fā)現(xiàn)循環(huán)水量和進(jìn)出水溫差呈線性關(guān)系，即進(jìn)出水溫差與循環(huán)水量兩者均對冷卻效果產(chǎn)生影響。著手于此在設(shè)備冷卻效果不變且對系統(tǒng)不產(chǎn)生其他影響的前提下通過對進(jìn)出水溫差的控制和水量的控制達(dá)到最佳的節(jié)能運(yùn)行效果。

2 原理分析

工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備冷卻效果既循環(huán)水帶走熱量的關(guān)系式：

Q=Δt×m×c

Q——單位時間內(nèi)循環(huán)水帶走熱量；

c——水的比熱容；

Δt——循環(huán)水進(jìn)出水溫升；

m——單位時間內(nèi)循環(huán)水質(zhì)量。

可見循環(huán)水系統(tǒng)在單位時間內(nèi)溫升越高或水量越大，帶走熱量越高既冷卻效果越好，而循環(huán)水進(jìn)出水溫升隨氣候條件、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等多方面影響，不便精確控制，在此我們僅對循環(huán)水用戶所要求的進(jìn)水最高溫度做為限制條件，以循環(huán)水量做變頻控制。

在冷卻任務(wù)不變（即帶走的總熱量不變）的前提下，進(jìn)水溫度較低時只需要較少的冷卻水量就可以完成冷卻任務(wù)。而常規(guī)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)在進(jìn)水溫度較低時循環(huán)水量仍然不變，進(jìn)出水溫升較低，過大的水量造成了能量浪費(fèi)。本恒溫變頻節(jié)能技術(shù)以限制特定進(jìn)水水溫為前提，變頻調(diào)節(jié)循環(huán)水量，通過與環(huán)境溫度相適應(yīng)達(dá)到最佳的節(jié)能效果。

3 技術(shù)方案

以某循環(huán)水系統(tǒng)2用1備泵組為例，單臺水泵流量3200 m3/h，揚(yáng)程65 m，正常情況下系統(tǒng)供水量6400 m3/h，出口壓力0.65 MPa。循環(huán)水系統(tǒng)用戶要求進(jìn)水溫度低于42℃，正常運(yùn)行工況，進(jìn)水溫度22～40℃，夏季極端條件41℃。我們以滿足用戶最低水溫要求為節(jié)能限制條件，更換一臺水泵為變頻泵，程序設(shè)定變頻頻率隨水溫變化，為防止變頻頻率過小影響水泵壽命，設(shè)定變頻最低限制條件為20 Hz，程序流程圖如圖1。

圖1程序流程圖

系統(tǒng)通過對用戶進(jìn)水溫度檢測判斷水溫是否高于42℃，若高于42℃轉(zhuǎn)而判斷變頻水泵頻率是否達(dá)到了最高變頻量50 Hz，如果達(dá)到最高變頻則這時系統(tǒng)發(fā)出報警，表示進(jìn)水溫度超過了用戶的最高水溫要求，提示操作人員采取相應(yīng)措施。相反如果變頻泵仍有變頻空間，則通過提高水泵頻率增加水量的方式來降低用戶進(jìn)水溫度。若進(jìn)水溫度低于42℃，程序轉(zhuǎn)而判斷變頻電機(jī)頻率是否達(dá)到了我們所規(guī)定的最低運(yùn)行頻率，如果不低于20 Hz則繼續(xù)降低水泵頻率減少水量達(dá)到更好的節(jié)能效果，如果已低于20 Hz則維持現(xiàn)有運(yùn)行狀態(tài)不變。

4 效益分析

我們通過收集此循環(huán)水系統(tǒng)一年的運(yùn)行數(shù)據(jù)得出年平均進(jìn)水溫度曲線圖如圖2。

通過數(shù)據(jù)分析得出：

普通循環(huán)水用戶進(jìn)出水年平均溫差Δt1=5.28℃

節(jié)能循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行年平均溫差Δt2=7.68℃

圖22012年每月平均進(jìn)出水曲線圖

根據(jù)熱量公式：Q=Δt×m×c假設(shè)冷卻量Q不變，對應(yīng)乘以一個0.8的轉(zhuǎn)換系數(shù)，得出兩種循環(huán)水系統(tǒng)平均水量差1600 m3/h。最終按24 h運(yùn)行制度年運(yùn)行330天計算得出年耗電量見表1。

表1 改造前后耗電量表

從表1可以看出節(jié)能系統(tǒng)年節(jié)省電耗297萬kWh，按一般工業(yè)用電電費(fèi)0.7元/kWh計算，年共計節(jié)約電費(fèi)208萬元，大大降低了運(yùn)行成本。

5 其他因素

由于循環(huán)水系統(tǒng)還可能受到用戶對冷卻壁水側(cè)溫度、腐蝕、結(jié)垢、運(yùn)行壽命等多種因素影響，因此系統(tǒng)控制時還需考慮這些因素作為限制條件。如已知循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢受循環(huán)水水質(zhì)、循環(huán)水水溫、加藥類型、流速等綜合因素影響，本節(jié)能系統(tǒng)由于改變了流速和水溫，因此就應(yīng)把結(jié)垢速率作為附加限制條件，在系統(tǒng)合適位置設(shè)置結(jié)構(gòu)掛片模擬裝置，隨時判斷系統(tǒng)結(jié)垢情況并相應(yīng)調(diào)整控制程序。同樣，循環(huán)水進(jìn)水溫度限制條件的設(shè)定可通過監(jiān)控設(shè)備或冷卻用戶內(nèi)部溫度的是否在正常范圍內(nèi)的方式作為依據(jù)。

6 結(jié)語

循環(huán)水恒溫變頻控制系統(tǒng)通過程序自動控制實(shí)現(xiàn)了高度自動化運(yùn)行，系統(tǒng)還可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)整程序限制條件做到與系統(tǒng)相匹配，具有控制靈活、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。在環(huán)境溫度較低、冷卻塔冷卻效果較好的情況下通過系統(tǒng)對循環(huán)水量的降低得到了較好的節(jié)能效果。但是由于循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的限制條件多且暫時無法確定，本節(jié)能技術(shù)所涉及的控制條件是否全面還需要進(jìn)一步研究。

[1]廉樂明，工程熱力學(xué)（第五版）[M].北京∶中國建筑工業(yè)出版社，2007

[2]姜乃昌，泵與泵站（第五版）[M].北京∶中國建筑工業(yè)出版社，2007

Energy Saving Technology for Constant Temperature Frequency -conversion Control System of Industrial Circulating Water

LAN Peng
(Chongqing Saidi Metallurgical Equipment Integration Engineering Technology Research Center,Chongqing 401122,China)

Based on the operation characteristics of circulating water system that inlet water temperature is affected by factors such as seasonal change while the equipment requires constant inlet water temperature,the operation system of the circulating water pump was modified to save energy.

circulating water system;constant temperature;frequency conversion;energy saving

TF085

B

1006-6764（2014）05-0064-02

2013-12-11

藍(lán)鵬（1986-），男，大學(xué)本科，給排水助理工程師，現(xiàn)從事給排水設(shè)計工作。