专利名称：一种节能式循环冷却水系统的设计方法
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ATmin、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
权利要求
1. 一种节能式循环冷却水系统的设计方法，其特征在于主体设计步骤包括(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ATmin、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辦=ZctH1)(1. Dj ..... . ..... .式中ΔΗ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( 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^P1 =KptllAM-5+Kpt2X5N1(1.2)物料在壳程时的压降计算方法为^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为常数；V为体积流率(m3/S) ； t为年操作时间；ce为电费单价(元/kWh) ；α, β，Y为泵成本系数；h为传热系数；N为壳程数，COSTl为整个系统的泵电费；C0ST2为整个系统的泵投资成本；(4)通过对换热设备性能标定，分析判断并确定高能耗原因；其高能耗原因包括1)热回收不充分，或换热网络的冷却器、加热器布置不合理，增加冷却水量；幻局部冷却器老化或结垢严重致使换热效能低下，形成瓶颈，增加泵送流量；幻设计、改造或扩建不合理，致使管网各支回路的管路特性差异较大，管网水力失衡严重，增加泵送流量及抬升整体压头； 4)管网存在局部堵塞或内漏现象，增加能耗力)管网严重依赖闭伐调节，管网运行效率低下；6)回水势能未能充分利用，增加能耗；7)回水总管高位点真空度控制不合理，形成严重扰流或非满管流，增加能耗；8)处于大流量、低温差运行，增加能耗；9)冷却塔换热效能低下，增加泵送流量；10)未能根据负荷及环境温度变化有效调节风机的风量；11)水泵本身效率性能缺陷(或长期使用老化原因)，水泵效率不高，泵组运行效率偏低；1 水泵存在较严重汽蚀现象，降低运行效率；1 泵站优化设计及运行管理均缺少必要的节能技术手段，导致运行模式不合理或未能按负荷变化(或气候变化)有效调节流量，增加能耗；(5)通过上述的换热网络优化、高能耗原因的诊断与分析，判断配水管网布局的合理性，获得各分支回路的管路特性及局部阻力异常节点，同时通过优化分析，如通过局部不利因素整改、增加水力平衡提升调节装置和阀门开度重新调节的手段，设计改造出低阻力且流量平衡调节优良的配水管网，进而确定水泵的工作点的流量和扬程参数；(6)根据优化后的流量、扬程、效率和装置汽蚀余量工作点参数，采用三元流技术方法计算设计出水泵叶轮，从而个性化设计定制高效节能泵，替换原有不匹配、低效率的水泵， 确保每套循环水系统的水泵均处于高效运行。
全文摘要
本发明属于循环冷却水节能技术领域，涉及一种节能式循环冷却水系统的设计方法，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；再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；同时分析判断并确定高能耗原因；通过优化、高能耗原因的诊断与分析，判断配水管网布局的合理性，获得各分支回路的管路特性及局部阻力异常节点；采用三元流技术方法计算设计出水泵叶轮；其设计路线合理，设计参数计算科学性好，数据准确，运行热效率高，节省费用和能量成本，经济价值高，社会效益好。
文档编号G06F17/50GK102542120SQ20121001347
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者林永辉, 贾小平 申请人:浙江科维节能技术有限公司