[发明专利]一种节能式循环冷却水系统的设计方法

说明书

技术领域：

本发明属于循环冷却水节能技术领域，涉及一种通过优化设计实现循环冷却水系统节能的技术方案，特别是一种节能式循环冷却水系统的设计方法。

背景技术：

目前，循环冷却水系统在工业和日常生活中普遍使用，这些系统的耗能，特别是耗电能比较大，现有的循环冷却水系统以水为介质主要用于工艺过程的冷或热量的交换和传送，在钢铁冶金、石油石化、化工、生化制药、热电、机械、建材、集中供暖、中央空调等领域，是必不可少的基本环节。循环冷却水系统一般以水泵为动力源，其电能消耗较大，通常占社会总用电量的16％左右。目前在该技术领域，我国比先进国家和技术的水泵单机效率低5％以上，系统运行效率低20％以上。通过对已检测的1000余套空调采暖系统，950余套工业冷却循环水系统的节电潜力分析、及已成功实施的700余套系统的节电效果统计来看，节电率都非常高，从20％到85％不等。同时也有大量的文献资料对循环水高能耗现象进行论述，以上这些数据表明，循环冷却水系统普遍存在高能耗现象，节能潜力很大。引起循环冷却水系统高能耗的原因有很多方面，诸如设计规范的引用、设计参数的选取、管网及换热装置的布置、产品质量、工程安装质量、运行管理与负荷变化调节等等。从系统层面上进行节能，将工艺过程、冷热公用工程看成一个系统进行设计和优化，而不是将生产过程中的各个单元分别独立地看待。以合理利用能量为目标，把工艺过程、换热网络和公用工程一同考虑，从全局过程系统的能量供应关系进行分析，综合利用能源。由于蒸汽和冷却水的需求量减少，也减少了废水排放。因此，循环冷却水系统节能对减少投资费用和提高效益的作用越来越明显。归结起来，现有的循环冷却水系统从节能角度来分析，普遍存在着结构设计复杂，运行原理简单，控制性能差，工程造价高，运行成本高，耗电量大，循环效率低。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计和提供一种能从冷却水系统的全过程角度合理解决循环水系统高能耗问题，减少循环水用量的循环水系统节能优化技术方法，通过优化设计和科学计算确定一种节能式循环冷却水系统的设计方法。

为了实现上述目的，本发明的主体设计步骤包括：

(1)绘制循环冷却水系统及换热网络流程图，采集各换热设备技术参数及热负荷值，确定采集点的运行工况及环境参数并采集，分别对循环冷却水系统的换热设备或含冷却塔、分支回路和单元区域的各环节的供回水运行的压力、流量、温度工况参数及泵站各号位水泵的运行参数进行标定；

(2)选用过程系统工程的夹点方法，借助计算机软件的数值分析，判断换热设备或换热网络布局的合理性，计算取得最小换热量，以降低循环水量的需求；

根据最小传热推动力或最小温差值▲T_min、冷却塔对水温的要求、腐蚀和结垢因素确定每个冷却器冷却水的极限进出水温度，再根据极限进出口温度和传热量，在温焓图上作出各冷却水的极限温焓曲线；然后根据各冷却器冷却水的极限进出口温度划分各温区，在各温区中的总传热量为：

ΔHi=ΣjCPj(Ti-Ti+1)---(1.1)]]>

式中：ΔH为焓差；CP为热容流率；T为温度；j为第i温区的物流数；

最后确定系统的极限复合温焓曲线并计算出最小循环水供水曲线；

(3)在第(2)步的基础上，确定换热网络压降目标值，改变目标值与现有的泵压降限制相适应，同时考察换热设备的温度、热负荷和压降，通过权衡压降费用或泵操作费用即电费、公用工程费用和换热器费用，计算确定优化的换热网络压降分配值；

其中，物料在管程时的压降计算方法为：