工业冷却水上塔泵的节能调控技术的研究

王蓉晖 刘 钢

(1:吉林建筑大学电气与电子信息工程学院,长春 130118； 2:空军航空大学基础部实验中心,长春 130000)

1 概述

工业循环冷却水系统是广泛应用于冶金、陶瓷和建材等热加工行业中的一种主要冷却方式,其具体冷却过程是供水泵将冷水池中低温冷水加压输送至工艺设备,低温冷水吸收工艺设备的热量完成冷却后变成高温热水回流到热水池,再经由上塔泵将热水池中高温热水提升到冷却塔进行强制风冷,使高温热水的热量散发到大气中变成低温冷水流入冷水池,从而完成一个冷却水的循环过程[1](如图1所示).

工业循环冷却水系统是按能满足生产工艺最大热负荷和工业生产线设计运行时间内可能出现的最高气温进行设计,而在其实际运行期间,大气温度可由夏季的+40℃变化到冬季的负温度,在我国的北方可能会更低,而生产产品和工艺的变化也会导致散热量的多少产生变化.实际上，在这种低散热量工艺和低大气温度情况下,只需将冷却循环水中较高温度热水的一部分，经由冷却塔冷却就能达到工艺所要求的冷水温度；而现有的冷却循环水工艺却是不管工况和温度如何,都是将全部较高温热水，经由上塔泵通过耗费大量电能提升到冷却塔后再回流到冷水池,从而造成上塔泵能源的大量浪费.因此有必要研制“冷却上塔节能综合调控技术和设备”,达到在保证生产工艺冷却要求的基础上,实现大幅度节能的目的.

2 系统介绍

本文介绍的工业冷却水上塔泵的成套节能技术,包括安装的热水池1、冷水池2的第一液位仪9、第二液位仪10、第一温度变送器11、第二温度变送器12、压力变送器13、变频器14和节能控制器15.其中,在原循环冷却水系统的热水池1和冷水池2之间开通连通孔7或连通管道8,热水池1上部设有第一液位仪9,热水池1内设有第一温度变送器11,在冷水池2上部设有第二液位仪10,冷水池2内设有第二温度变送器12,热水池1底部设有热水上塔泵6,热水上塔泵6的出水管装有压力变送器13,热水上塔泵6上设有变频器14,热水上塔泵6通过管道连接冷却塔5,冷却塔5位于冷水池2上方;第一液位仪9、第二液位仪10、第一温度变送器11、第二温度变送器12、压力变送器13和变频器14分别与节能控制器15相连;节能控制器15通过测得的热水和冷水温度和工艺要求的冷却冷水温度要求按调控模型自动调控热水池水位高度或热水池和冷水池的水位高度差,控制由热水池直接流入冷水池冷却水的流量,从而达到减少上塔泵流量实现节能降耗的目的.

具体思路是在冷却水系统中的热水池和冷水池之间,新加开一个冷却水的自然溢流通道,在实际冷却水温度低于工艺要求温度时,可以较好地定量调控自然流过溢流通道的流量,相应地就可以减少上塔泵的实际流量,从而实现大幅度降低上塔泵的实际电能消耗,达到节约电能的目的[2-3](如图2所示).

图2 经节能改造后的工业冷却水循环系统

图3 节能调控方法的算法模型

3 具体的节能调控技术和设备

3.1 节能调控方法的算法模型

在节能调控方法的算法模型上，可以根据受工艺散热和大气温度影响的冷却热水的实际温度和工艺要求的冷却冷水温度差来确定热水池水位的高度或热水池和冷水池水位的高度差,通过水位差达到定量调控热水池热水通过溢流孔直接流到冷水池水量的目的.

通过调控水位高度差,实现定量调控热水通过溢流孔直接流到冷水池的水量,建立系统模型(如图3所示),形成“上塔节能综合调控技术”[4-5].

3.2 具体技术实现

具体技术实现如下:冷水池2中低温冷水由冷水供水泵3加压,通过管道输送到工艺设备4,吸收工艺设备4散发热量,完成工艺冷却后的高温冷却水回流到热水池1 中,热水池1中高温热水由热水上塔泵6提升到冷却塔5,经冷却塔5强制风冷却降温变成低温冷水流入冷水池2,完成一个冷却循环;节能控制器15上设置一组上下限温度和下上限水位或水位差,建立(高温回水最低温度,最高水位或水位差),(高温回水最高温度,最低水位或水位差)的调控模型定义(如图2);节能控制器15实时监测冷却循环水系统中的热水池1和冷水池2的水位和温度等参数,根据调控模型通过变频器14控制热水上塔泵6转速,调控热水池1水位或热水池1和冷水池2的水位差,从而实现根据工艺对冷却水温度的要求,准确调控由热水池1自流到冷水池2的水量,减少热水上塔泵6的流量,达到热水上塔泵6大幅度节能降耗目的.

4 结语

我国的冶金、陶瓷和建材工业中,这种上塔冷却系统装机多达几万台,总装机容量在100万kW以上,保守估计全部应用“冷却上塔节能综合调控技术和设备”后平均节电率可达35%以上,年节电总额可达29400万kW.因此,本项目具有技术先进、实用性强、节电效果显著的特点,具有非常广阔的市场空间.

参 考 文 献

[1] Xing Shaobang,Zhao Keyou,Research on A Novel SVPWM Algorithm[C].2007 Second IEEE Conference on Industrial Electroics and Application,2007.

[2] Ying-Shieh Kung and Chang-Ming Liaw.A Fuzzy Controller Improving a Linear Model Following Controller for Motor Drives[C].IEEE TRANSACTIONS ON FUZZY SYSTEMS,1994.

[3] 许正亚.电力系统自动装置[M].北京:电力工业出版社,1980:21-24.

[4] 姜淑忠.空间矢量PWM算法的理解[J].伺服控制,2006(1):38-41.

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