[发明专利]基于最大温差的高炉冷却水系统变阀优化运行与选泵方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种保证高炉各部位循环冷却水系统支路进出水温差同时等于(或接近)各部位最大允许进出水温差的支路出水管调节阀门阻力计算及优化选泵方法，达到节省循环冷却水系统运行费用的目的。属于工业节能减排技术领域。

背景技术

随着国民经济的快速发展，能源的需求量和消耗量越来越大。目前，我国不仅是世界第三大能源生产国，更是世界第二大能源消耗国。我国能源利用率低，能源浪费严重。

钢铁工业作为我国六大高能耗行业之一，能源消耗巨大，节能减排任务艰巨。我国钢铁总产能11.5亿吨左右，其中，高炉年产能达到10.4亿吨。循环冷却水系统是钢厂高炉重要的配套设施，其运行情况关系到设备的安全、产品的质量和产率及系统能耗。在冷却水输送和冷却处理的过程中需要消耗大量的电能。据统计，循环冷却水系统的用电量约占钢铁企业总用电量的20％～30％。

高炉炉缸、风口、炉腹、炉腰、炉身各部位，由供水总管分成5条支路供水冷却，各支路冷却水经过冷却部位后，一般出水通大气。相关设计手册要求各部位循环冷却水支路进出水温差不超过允许值。由于各部位冷却水供水高差及压力要求差异很大，在循环冷却水系统设计和运行时，通常都是按照最不利支路来选择系统的水泵性能参数和台数，这就造成了系统各支路不能同时达到最大允许进出水温差，除最不利支路外的其他部位冷却水支路流量过大，进出水温差远小于相应部位的最大允许进出水温差，系统供水能力高于实际需求，存在过度冷却，增大了循环冷却水系统的流量和水泵功率，造成能源的严重浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于最大进出水温差的高炉循环冷却水系统变阀优化运行与选泵方法，本发明通过分析高炉循环冷却水系统的组成、布局、运行和能耗，在保证冷却要求的前提下，对系统实施变阀优化运行，并重新选泵，使循环冷却水系统能耗最小。

本发明的机理是，钢厂高炉稳态运行时，高炉炉缸、风口、炉腹、炉腰、炉身各部位热负荷一定。对某一部位，随着支路冷却水流量减小，进出水温差增大，而不同部位有最大允许进出水温差的要求。当某一支路进出水温差达到最大允许温差时，该支路冷却水流量为最小需要流量，恰好满足冷却要求。本发明首先对高炉循环冷却水系统原运行方案，联立方程组求解各支路流量；在高炉循环冷却水系统各支路出水管上设置调节阀门，针对系统不换泵运行台数不变、不换泵运行台数优化(减少)与换泵(系统供水泵、增压泵和上塔泵更换)三种方案，分别联立方程组，以各支路通过最小需要流量代入，计算各支路需要的出水管调节阀门阻力，调节阀门开度，满足阻力要求，统筹协调各支路的流量，在保证各部位供水压力的前提下，使各部位冷却水支路流量同时达到(或接近)最小需要流量(对应各部位支路最大允许进出水温差)，整个循环冷却水系统流量最小。其中，循环冷却水系统换泵，按各支路通过最小需要流量计算各支路最小需要扬程，按各支路最小需要扬程选择水泵，要求水泵在高效区运行。高炉循环冷却水系统采用离心泵，离心泵轴功率随流量减小而减小。因此，当循环冷却水系统流量最小，并依此选泵使水泵在高效区运行时，系统能耗最小，达到节能的目的。比较分析循环冷却水系统原运行方案、不换泵运行台数不变变阀优化运行方案、不换泵运行台数优化(减少)变阀优化运行方案和换泵变阀优化运行方案四种运行方案的能耗情况。

本发明的技术方案包括以下步骤：

A.高炉循环冷却水系统原运行方案参数确定。

对确定的循环冷却水系统和系统中水泵运行台数与方式，可以联立高炉所有部位冷却水支路的水力平衡方程和供水泵、增压泵流量-扬程曲线，求解各支路的流量、压力和水泵流量，进而计算整个循环冷却水系统的能耗。

设高炉共有m个部位需要供水冷却。所有支路出口通大气，第i支路出口与水泵进水侧凉水池水面高差为H_{st i}(m)，体积流量为Q_i(m³/s)，(i＝1，2，…，m)。例如，设高炉循环冷却水系统有2级水泵串联，第1级供水泵扬程为H₁，第2级增压泵扬程为H₂。第1级水泵直接向高炉供水压力要求较低的n个部位支路供水；第1级水泵与第2级水泵串联向高炉供水压力要求较高的m-n个部位支路供水。系统各管段和冷却水支路阻力系数已知，联立各支路从凉水池、经水泵、被冷却部位，到支路出口通大气的能量平衡方程(需要扬程曲线方程)和水泵性能曲线方程组(1)共m+2个方程，可以求解出系统各支路流量Q_i(i＝1，2，…，m)和第1级与第2级水泵扬程，并进而计算确定水泵流量、功率和效率。