用于对循环水系统进行变频优化节能的装置和方法
【专利摘要】本发明涉及循环水系统控制领域，具体公开了用于对循环水系统进行变频优化节能的装置和方法。该方法包括：获取至少一个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度；基于所述工艺介质的温度来调节相应支路上的流量控制阀的开度；基于相应支路上的所述流量控制阀的开度来调整变频器的输出频率，所述变频器用于控制所述循环水泵的有功功率。应用本发明能够根据设备的实际运行情况及时调整循环水系统的输出，具有卓越的节能效果，还能够避免出现偏流现象。
【专利说明】
用于对循环水系统进行变频优化节能的装置和方法
技术领域
[0001]本发明涉及循环水系统控制领域，更具体地，涉及一种用于对循环水系统进行变频优化节能的装置和一种用于对循环水系统进行变频优化节能的方法。
【背景技术】
[0002]循环水系统广泛应用于石油化工、钢铁、冶金、建材、楼宇、供水系统等领域。目前，循环水系统一般采用恒压恒流量运行，普遍存在系统余量过大导致耗能过高的缺陷，而且现有循环水系统的自动化程度低。
[0003]目前国内外循环水系统的节能改造主要关注于纠偏，即一般循环水系统设计和设备选型过程中均考虑较大的余量，从而导致大马拉小车的现象，维持需要大量现场运行数据的采集才能确定循环水量和扬程是否有富余及富余多少从而选择合适的较低功率的循环水栗和电机、或将原有非节能循环水栗和电机更换为节能循环水栗和电机、以及回收回水动能以驱动循环水冷却设备(例如凉水塔)风机等。其虽然可以达到一定的节能目的，但仍存在明显缺陷:①如果用水设备结垢较严重，导致换热设备换热效率降低，但还未达到规定的检修清洗时间，可能导致循环水流量和扬程不能满足运行要求;②降低流量和扬程还可能引起偏流现象，进而导致生产故障；(3)需要大量现场数据的采集才能确定循环水量和扬程是否有富余及富余多少，增加较大的现场数据采集量，如果数据采集装置没有运行或运行不正常则无法进行节能优化。
[0004]国内有一些相关循环水系统可基于循环水冷却设备的循环水进水压力或温度来调节循环水栗的电机转速，其虽可以达到一定的节能目的，但其效果仍然难以令人满意，同时该技术依然无法消除流量和扬程降低可能引起的偏流现象。
【发明内容】
[0005]本发明提出了一种实现良好变频优化节能效果的循环水系统控制技术，应用该技术还能够避免出现偏流现象。
[0006]根据本发明的一方面，提出了一种用于对循环水系统进行变频优化节能的装置，该循环水系统包括循环水冷却设备、循环水栗和多个支路，每个支路上设置有换热器，循环水栗将来自所述循环水冷却设备的循环水压入所述多个支路，循环水在换热器中与工艺介质交换热量后再被送回所述循环水冷却设备，该装置包括:第一温度检测器，检测至少一个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度;至少一个流量控制阀，分别设置在所述至少一个支路上;变频器，所述变频器的输出频率用以控制所述循环水栗的驱动电机的有功功率；PLC控制系统，与第一温度检测器、所述流量控制阀以及所述变频器连接，所述PLC控制系统基于所述第一温度检测器检测到的所述工艺介质的温度来调节相应支路上的所述流量控制阀的开度，所述PLC控制系统还基于所述流量控制阀的开度来调整所述变频器的输出频率。
[0007]根据本发明的另一方面，提出了一种用于对循环水系统进行变频优化节能的方法，该循环水系统包括循环水冷却设备、循环水栗和多个支路，每个支路上设置有换热器，循环水栗将来自所述循环水冷却设备的循环水压入所述多个支路，循环水在换热器中与工艺介质交换热量后再被送回所述循环水冷却设备，该方法包括:获取至少一个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度;基于所述工艺介质的温度来调节相应支路上的流量控制阀的开度，以及基于相应支路上的所述流量控制阀的开度来调整变频器的输出频率，所述变频器用于控制所述循环水栗的有功功率。
[0008]本发明中，抓住了整个循环水系统中的关键因素一一关键支路的换热器出口侧的工艺介质的温度，利用该温度来调节相应支路的流量控制阀的开度，并利用该流量控制阀的开度来控制变频器的输出功率，进而实现对于循环水栗的实时变频控制。应用本发明，能够根据设备的实际运行情况及时调整循环水系统的输出，实现卓越的节能效果，还能够避免出现偏流现象。
【附图说明】
[0009]通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0010]图1示出了根据本发明的一个实施例的用于对循环水系统进行变频优化节能的装置的示意图。
[0011]图2示出了根据本发明的一个实施例的用于对循环水系统进行变频优化节能的方法的流程图。
[0012]图3示出了本发明的一个具体应用示例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0014]实施例1
[0015]图1示出了根据本发明的一个实施例的用于对循环水系统进行变频优化节能的装置的示意图。该循环水系统包括循环水冷却设备(例如凉水塔)、循环水栗和多个支路，每个支路上设置有换热器。循环水栗将来自循环水冷却设备的循环水压入该多个支路，循环水在换热器中与工艺介质交换热量后再被送回该循环水冷却设备。在本实施例中，该装置包括第一温度检测器101、流量控制阀10 2、变频器10 3和？1^(:(?^8^111111&13 16 LogicController，可编程逻辑控制器)控制系统104。第一温度检测器101检测至少一个支路(例如关键支路)的换热器出口侧的工艺介质的温度。本领域技术人员可以根据需要设置第一温度检测器101，例如，可以在所述至少一个支路中的每个支路的换热器出口侧的工艺介质流通管路上设置一个温度传感器，也可通过一个温度检测总成来检测所述至少一个支路中的每个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度。至少一个流量控制阀102分别设置在所述至少一个支路上，用于调节流经相应支路的循环水流量。流量阀102可以安装在换热器的入口侧或出口侧。变频器13的输出频率用以控制所述循环水栗的驱动电机的有功功率。PLC控制系统104分别与第一温度检测器101、流量控制阀102以及变频器103连接。PLC控制系统104接收表示第一温度检测器101检测到的所述工艺介质的温度的信号，并基于所述工艺介质的温度来调节相应支路上的流量控制阀102的开度。PLC控制系统104还接收表示流量控制阀102的开度的信号，并基于流量控制阀102的开度来调整所述变频器的输出频率。例如，当所述至少一个支路中任意支路的流量控制阀102的开度小于预设阈值，则可能表示栗的输出功率偏大、循环水进水温度偏低或者换热设备污垢小，PLC控制系统104可调整变频器103的输出功率，以降低循环水栗的驱动电机的有功功率;反之，当所述至少一个支路中任意支路的流量控制阀102的开度大于预设阈值，则可能表示栗的输出功率偏小、循环水进水温度偏高或者换热设备污垢多，PLC控制系统104可调整变频器103的输出功率，以提高循环水栗的驱动电机的有功功率。
[0016]本实施例通过利用关键温度参数来调节相应支路的流量控制阀的开度，并利用该支路的流量控制阀的开度来控制变频器，进而实现对于循环水栗的实时变频控制。本实施例能够利用少量关键参数来及时调整循环水系统的输出，具有良好的节能效果，还能够避免出现偏流现象。
[0017]在一个可能的实施方式中，上述装置还可包括参数选取单元。在一些较为复杂的工艺中，循环水系统中可能包括上千个支路，如果在调整变频器时考虑到每一个支路，实现极为复杂。本实施例方式中的参数选取单元可以基于所述多个支路中每个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度容差从所述多个支路中选出所述至少一个支路中的部分或全部，和/或可以基于所述多个支路中每个支路的循环水流量占循环水总量的比例选出所述至少一个支路中的部分或全部。温度容差小意味着对该处温度的要求严格，该处的温度对于工艺参数有较为重要的影响。大流量支路对循环水总量的影响较为显著，例如可选出其循环水流量占循环水总量25%以上的大流量支路。本领域技术人员可以根据需要选择关键支路来对变频器进行调整。例如，可以选择温度容差最小的两个支路和占循环水总量25 %以上的支路组成关键支路组，即上述的至少一个支路;第一温度检测器可以检测关键支路组中每个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度;然后PLC控制系统可以基于该关键支路组中每个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度来调节相应支路上的流量控制阀的开度，PLC控制系统还可以基于该关键支路组中每个支路上的流量控制阀的开度来调整变频器的输出频率。
[0018]在一种可能的实施方式中，该装置还可包括第一压力检测器。第一压力检测器可以检测所述至少一个支路的换热器出口侧的循环水的压力。PLC控制系统可以与所述第一压力检测器连接。所述PLC控制系统还可以基于所述第一压力检测器检测到的所述循环水的压力来调整变频器的输出频率。
[0019]在一种可能的实施方式中，该装置还可包括第二温度检测器。第二温度检测器可以检测所述循环水冷却设备的进水和回水的温度。所述PLC控制系统可以与所述第二温度检测器连接。所述PLC控制系统还可以基于所述循环水冷却设备的进水和回水的温度的差值来调整所述变频器的输出频率。
[0020]在一种可能的实施方式中，该装置还可以包括第二压力检测器。第二压力检测器可以检测所述循环水栗输出的循环水压力。所述PLC控制系统可以与所述第二压力检测器连接。PLC控制系统还可以基于所述第二压力检测器检测到的所述循环水压力来调整所述变频器的输出频率。
[0021]实施例2
[0022]图2示出了根据本发明的一个实施例的用于对循环水系统进行变频优化节能的方法的流程图。该循环水系统包括循环水冷却设备(例如凉水塔)、循环水栗和多个支路，每个支路上设置有换热器。循环水栗将来自循环水冷却设备的循环水压入该多个支路，循环水在换热器中与工艺介质交换热量后再被送回该循环水冷却设备。在本实施例中，该方法包括:
[0023]步骤201，获取至少一个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度；
[0024]步骤202，基于所述工艺介质的温度来调节相应支路上的流量控制阀的开度；
[0025]步骤203，基于相应支路上的所述流量控制阀的开度来调整变频器的输出频率，所述变频器用于控制所述循环水栗的有功功率。
[0026]在一种可能的实施方式中，所述至少一个支路可以是通过下列方式选出的:可以基于所述多个支路中每个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度容差从所述多个支路中选出所述至少一个支路中的部分或全部;和/或可以基于所述多个支路中每个支路的循环水流量占循环水总量的比例选出所述至少一个支路中的部分或全部。
[0027]在一种可能的实施方式中，该方法还可以包括:可以获取至少一个支路的换热器出口侧的循环水的压力;可以基于所述至少一个支路的换热器出口侧的循环水的压力来调整变频器的输出频率。
[0028]在一种可能的实施方式中，该方法还可以包括下列中的至少一者:
[0029]a，可以获取所述循环水冷却设备的进水和回水的温度，以及可以基于所述循环水冷却设备的进水和回水的差值来调整所述变频器的输出频率；
[0030]b，可以获取所述循环水栗输出的循环水压力，以及可以基于所述循环水压力来调整所述变频器的输出频率。
[0031]在一种可能的实施方式中，该方法可以在PLC中实施。
[0032]应用示例
[0033]为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
[0034]图3示出了本发明的一个具体应用示例的结构示意图。如图所示，可以获取换热器311、312、313出口侧的工艺介质1、2、3的温度T1、T2、T3，并基于温度T1、T2、T3来调节流量调节阀？112、？3的开度1(1、1(2、1(3，进一步基于开度1(1、1(2、1(3来调整变频器的输出频率，以控制循环水栗320的驱动电机的有功功率。
[0035]本应用示例中，还可基于凉水塔330的进口侧的循环水温度Τ4和出口侧的循环水温度Τ5，并基于Τ4 一 Τ5的差值来调整变频器的输出频率。
[0036]本应用示例中，还可基于循环水栗320输出的循环水压力Pl来调整变频器的输出频率。
[0037]以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
【主权项】
1.一种用于对循环水系统进行变频优化节能的装置，该循环水系统包括循环水冷却设备、循环水栗和多个支路，每个支路上设置有换热器，循环水栗将来自所述循环水冷却设备的循环水压入所述多个支路，循环水在换热器中与工艺介质交换热量后再被送回所述循环水冷却设备，该装置包括: 第一温度检测器，检测至少一个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度； 至少一个流量控制阀，分别设置在所述至少一个支路上； 变频器，所述变频器的输出频率用以控制所述循环水栗的驱动电机的有功功率； PLC控制系统，与第一温度检测器、所述流量控制阀以及所述变频器连接，所述PLC控制系统基于所述第一温度检测器检测到的所述工艺介质的温度来调节相应支路上的所述流量控制阀的开度，所述PLC控制系统还基于所述流量控制阀的开度来调整所述变频器的输出频率。2.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括: 参数选取单元，基于所述多个支路中每个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度容差从所述多个支路中选出所述至少一个支路中的部分或全部，和/或基于所述多个支路中每个支路的循环水流量占循环水总量的比例选出所述至少一个支路中的部分或全部。3.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括: 第一压力检测器，检测所述至少一个支路的换热器出口侧的循环水的压力； 其中，所述PLC控制系统与所述第一压力检测器连接，所述PLC控制系统还基于所述第一压力检测器检测到的所述循环水的压力来调整所述变频器的输出频率。4.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括: 第二温度检测器，检测所述循环水冷却设备的进水和回水的温度； 其中，所述PLC控制系统与所述第二温度检测器连接，所述PLC控制系统还基于所述循环水冷却设备的进水和回水的温度的差值来调整所述变频器的输出频率。5.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括: 第二压力检测器，检测所述循环水栗输出的循环水压力； 其中，所述PLC控制系统与所述第二压力检测器连接，所述PLC控制系统还基于所述第二压力检测器检测到的所述循环水压力来调整所述变频器的输出频率。6.—种用于对循环水系统进行变频优化节能的方法，该循环水系统包括循环水冷却设备、循环水栗和多个支路，每个支路上设置有换热器，循环水栗将来自所述循环水冷却设备的循环水压入所述多个支路，循环水在换热器中与工艺介质交换热量后再被送回所述循环水冷却设备，该方法包括: 获取至少一个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度； 基于所述工艺介质的温度来调节相应支路上的流量控制阀的开度； 基于相应支路上的所述流量控制阀的开度来调整变频器的输出频率，所述变频器用于控制所述循环水栗的有功功率。7.根据权利要求6所述的方法，所述至少一个支路是通过下列方式选出的: 基于所述多个支路中每个支路的换热器出口侧的工艺介质的温度容差从所述多个支路中选出所述至少一个支路中的部分或全部； 和/或基于所述多个支路中每个支路的循环水流量占循环水总量的比例选出所述至少一个支路中的部分或全部。8.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括: 获取所述至少一个支路的换热器出口侧的循环水的压力； 基于所述至少一个支路的换热器出口侧的循环水的压力来调整所述变频器的输出频率。9.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括下列中的至少一者: a，获取所述循环水冷却设备的进水和回水的温度，以及基于所述循环水冷却设备的进水和回水的温度的差值来调整所述变频器的输出频率； b，获取所述循环水栗输出的循环水压力，以及基于所述循环水压力来调整所述变频器的输出频率。10.根据权利要求6所述的方法，其中，该方法在PLC中实施。
【文档编号】E03B5/00GK105862983SQ201610172752
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】严义忠
【申请人】严义忠