專利名稱：一種節(jié)能式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計方法
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)計實現(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)一般以水泵為動力源，其電能消耗較大，通常占社會總用電量的16%左右。目前在該技術(shù)領(lǐng)域，我國比先進(jìn)國家和技術(shù)的水泵單機(jī)效率低 5%以上，系統(tǒng)運行效率低20%以上。通過對已檢測的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、及已成功實施的700余套系統(tǒng)的節(jié)電效果統(tǒng)計來看， 節(jié)電率都非常高，從20%到85%不等。同時也有大量的文獻(xiàn)資料對循環(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)計規(guī)范的引用、設(shè)計參數(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系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化，而不是將生產(chǎn)過程中的各個單元分別獨立地看待。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)能對減少投資費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)計復(fù)雜，運行原理簡單，控制性能差，工程造價高，運行成本高，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，尋求設(shè)計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)計和科學(xué)計算確定一種節(jié)能式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體設(shè)計步驟包括(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，確定采集點的運行工況及環(huán)境參數(shù)并采集，分別對循環(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)的供回水運行的壓力、流量、溫度工況參數(shù)及泵站各號位水泵的運行參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；(2)選用過程系統(tǒng)工程的夾點方法，借助計算機(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)最小傳熱推動力或最小溫差值A(chǔ)Tmin、冷卻塔對水溫的要求、腐蝕和結(jié)垢因素確定每個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)計方法，其特征在于主體設(shè)計步驟包括(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，確定采集點的運行工況及環(huán)境參數(shù)并采集，分別對循環(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)的供回水運行的壓力、流量、溫度工況參數(shù)及泵站各號位水泵的運行參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定；(2)選用過程系統(tǒng)工程的夾點方法，借助計算機(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)最小傳熱推動力或最小溫差值A(chǔ)Tmin、冷卻塔對水溫的要求、腐蝕和結(jié)垢因素確定每個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)衡壓降費用或泵操作費用即電費、公用工程費用和換熱器費用，計算確定優(yōu)化的換熱網(wǎng)絡(luò)壓降分配值；其中，物料在管程時的壓降計算方法為^P1 =KptllAM-5+Kpt2X5N1(1.2)物料在殼程時的壓降計算方法為^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為年操作時間；ce為電費單價(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為整個系統(tǒng)的泵電費；C0ST2為整個系統(tǒng)的泵投資成本；(4)通過對換熱設(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、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)運行效率低下；6)回水勢能未能充分利用，增加能耗；7)回水總管高位點真空度控制不合理，形成嚴(yán)重擾流或非滿管流，增加能耗；8)處于大流量、低溫差運行，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(或長期使用老化原因)，水泵效率不高，泵組運行效率偏低；1 水泵存在較嚴(yán)重汽蝕現(xiàn)象，降低運行效率；1 泵站優(yōu)化設(shè)計及運行管理均缺少必要的節(jié)能技術(shù)手段，導(dǎo)致運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，同時通過優(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的流量和揚程參數(shù)；(6)根據(jù)優(yōu)化后的流量、揚程、效率和裝置汽蝕余量工作點參數(shù)，采用三元流技術(shù)方法計算設(shè)計出水泵葉輪，從而個性化設(shè)計定制高效節(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，確定采集點的運行工況及環(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，計算取得最小換熱量；同時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；采用三元流技術(shù)方法計算設(shè)計出水泵葉輪；其設(shè)計路線合理，設(shè)計參數(shù)計算科學(xué)性好，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，運行熱效率高，節(jié)省費用和能量成本，經(jīng)濟(jì)價值高，社會效益好。
文檔編號G06F17/50GK102542120SQ20121001347
公開日2012年7月4日 申請日期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 申請人:浙江科維節(jié)能技術(shù)有限公司