[发明专利]一种节能式循环冷却水系统的设计方法

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。

主权项

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▲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：ΔPi=Kpt1,iAihi3.5+Kpt2,ihi2.5Ni---(1.2)]]>物料在壳程时的压降计算方法为：ΔPi=Kpe,ihi3.52Ni+Kpc,iAihi5.44+Kpw,iAihi5.77---(1.3)]]>或：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，γ为泵成本系数；h为传热系数；N为壳程数，COST1为整个系统的泵电费；COST2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；2)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；3)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；5)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；12)水泵存在较严重汽蚀现象，降低运行效率；13)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。