工業(yè)儀表與自動化裝置2013年第2期工業(yè)循環(huán)水WECS改造技術的應用探討唐長忠,湯中彩,沈新榮(1.酒鋼集團動力廠,甘肅酒泉735100;2.杭州哲達科技股份有限公司,杭州310012;3.浙江大學流體工程研究所,杭州310027摘要:闡述了酒鋼集團不銹鋼二期軟環(huán)泵站引進的改造技術——工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運行技術( Water Energy Conservation System,WECS),在對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)進行WECS改造后,系統(tǒng)節(jié)能率達到62%,并在改造后的近兩年時間內,一直安全順利運行。關鍵詞:WECS;系統(tǒng);節(jié)能;改造;優(yōu)化中圖分類號:TP23文獻標志碼:A文章編號:1000-0682(2013)02-0058-04Application of WECS in the industrial circulation cooling water system improvementTANG Changzhong, TANG Zhongcai", sHen Xinrong(1. Power Plant, Jiuquan iron Steel Group, Gansu Jiuquan 735100, China;2. Hangzhou ZETA Tech Co, Lad, Hangzhou 310012, China3. Institute of Fluid Engineering Research, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract: Illustrate a new industrial circulation cooling water improvement technology used in Jiuan ron and Steel Group. In the WECS transformation of the circulation cooling water system, the system energy saving rate reached 62%, and the syetem has been operating safely and smoothly for nearlytwo years since the transformationKey words: WECS; system; energy -saving; improvement; optimization0引言改造前,系統(tǒng)運行主要存在以下幾個問題1)采用關小水泵出口閥門開度的方式進行流國家《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》顯示,水泵的用電量調節(jié),缺乏節(jié)能的調節(jié)方式,水泵工頻運行量約占全國用電量的20.9%,我國2006年水泵的2)管網存在水力失調現(xiàn)象,不能實現(xiàn)終端按需運行電耗就已高達5900億度,而一家中型的鋼鐵分配終端換熱效率低下;企業(yè),循環(huán)水泵年耗電量可高達3億度以上。我國4)水泵運行偏離高效點,直接導致系統(tǒng)能耗泵的設計效率較低,比國際先進水平低5%,系統(tǒng)增加運行效率低了近20%。工業(yè)循環(huán)水流程普遍存在4)整個循環(huán)水系統(tǒng)管理方式粗放,不能根據(jù)工低效運行現(xiàn)象,其能耗成本直接制約企業(yè)的可持續(xù)藝及季節(jié)變化進行相應的調節(jié)。性發(fā)展,因此進行系統(tǒng)優(yōu)化運行勢在必行。2WECS技術原理1不銹鋼二期循環(huán)水現(xiàn)狀工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運行技術(WECS)通酒鋼集團不銹鋼二期循環(huán)水改造前配有3臺離過對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中的各項流體參數(shù)(流量、壓心泵,采用2用1備的方式運行,單臺水泵電機功率力、溫度)、各閥門開度、水泵運轉速度等,進行在線為630kW;終端為4組共14臺板式換熱器;共10檢測,按照流體力學與熱交換等原理根據(jù)循環(huán)水的臺冷卻塔。改造前系統(tǒng)泵組工頻運轉,循環(huán)水量為供水溫度等參數(shù),結合環(huán)境條件,分析管網循環(huán)水系11000m3/h,耗電量1090萬度。統(tǒng)能量輸配與交換效率,采用先進控制方法與智慧閥門技術,對門管網、冷卻終端等單元,進中國煤化工收稿日期:2012-12-2循環(huán)水系統(tǒng)能作者簡介:唐長忠(1968),男,高級工程師,現(xiàn)任動力廠副廠長,效,達到綜CNM。w小示統(tǒng)組成如圖1負責動力廠水電方面管理工作。所示。2013年第2期工業(yè)儀表與自動化裝置冷卻塔智能控制和網絡通信集成功能,以最小阻力實現(xiàn)壓力無關型的智能流動4。2.2泵閥一體化智能節(jié)能技術在實現(xiàn)終端智能平衡后,可能出現(xiàn)管網雖然達到平衡,但不是最節(jié)能的運行工況,此時需要利用泵循環(huán)水池閥一體化智能節(jié)能技術,來降低管網阻尼水泵組般平衡方案用戶I用戶2用戶3500mh500mh500m3h圖1循環(huán)水系統(tǒng)組成示意圖355%5427%60%1管網智能平衡高效輸配技術聯(lián)輸配方式,這樣的傳輸方式存在2個問題目前工業(yè)循環(huán)水的輸配大多數(shù)采用多支路的并ZETA平衡方案用戶2用戶31)為了滿足遠端(不利端)設備的流量要求,而0-500 m 2500 m/h500m3h造成近端設備的流量遠遠超標,出現(xiàn)“大流量小溫差”現(xiàn)象2)當某些終端用戶運行工況發(fā)生改變,由于流動的連續(xù)性,用戶之間相互影響,出現(xiàn)動態(tài)水力失調圖3滿足終端用戶需求時不同平衡方案和熱力失調。如圖3所示,普通的平衡方案中,閥門開度分別對于上述2個問題,傳統(tǒng)的閥門調節(jié)方法非但為35.5%42.7%和60%;zETA泵閥一體化智能節(jié)不能完全解決還引起能耗的巨大浪費如果調控不能技術下的平衡方案中,閥門開度分別為59%、當,甚至影響工藝正常進行。71%和99.7%。顯然兩種開度情況都能滿足終端智能平衡高效輸配技術能完美地解決上述2個用戶相同流量要求,但ZETA平衡方案損失在閥門問題。利用ZETA的專利產品智慧閥門,通過設定上的揚程會比一般平衡方案的少很多。終端控制的目標:溫差、流量或壓力等,智慧閥門即泵閥一體化智能節(jié)能技術,通過采集管網所有可通過內嵌的高級算法計算出各閥門在當前工況下閥門的開度,在滿足終端工藝需求的前提下,盡量開的開度實現(xiàn)終端用戶水力平衡即實現(xiàn)按需分配,大閥門開度,把管網阻尼降到最低,此時的管網才是把原先近端設備超標的流量節(jié)省下來。當終端有用最節(jié)能的管網。并將此時的所有終端的總工況需求戶工況發(fā)生變化時智慧閥門能很快地重新計算新反饋到上位機系統(tǒng),以此為依據(jù)進行變頻或者更的平衡下各閥門的開度實現(xiàn)新的平衡防止出現(xiàn)動換符合工況的高效節(jié)能水泵。態(tài)水力失調和熱力失調3。2.3泵高效運行技術如圖4所示,在終端工藝發(fā)生變化時,終端閥門重新計算閥門開度后,得到新的平衡,此時的管路阻力曲線與水泵PQ曲線的交點A就是當前水泵的運行工況點6,但此時水泵的運行效率較低,通過泵高效運行技術,智慧調節(jié)終端閥門,不影響平衡狀態(tài)而改變管路阻力曲線,與PQ曲線重新交于點B,使得水泵的運行效率得到顯著提高。圖2智慧閥門實物圖2.4高效智能冷卻技術圖2是智慧閥門的實物圖。其原理是基于嵌入基于母管配水的冷卻樓水管團,其動態(tài)平衡式軟件傳感技術智能控制器調節(jié)閥與執(zhí)行機構高效輸配的智中國煤化工和容量最大化機電一體化的新一代閥門裝置,并具有壓力、流量、的前提?；谙?1,m,效輸配技術基壓差、溫度、溫差、能量等管道流體參數(shù)的智能測量、礎上的智能平衡輸配體系,目標是充分利用各運行60·工業(yè)儀表與自動化裝置2013年第2期冷卻塔的冷卻容量,從而進行冷卻工藝運行優(yōu)化控環(huán)水流程用能分項管理。以上功能的實現(xiàn)需要建立制。實際應用過程中,將原有的冷卻塔管網系統(tǒng)中在一整套先進控制設備的基礎上。各支管的閥門,用智慧閥門替代(替換過程可采用針對不同工藝情況,上述5個子技術可以采用從局部到整體的方式,冷卻工藝持續(xù)運轉)。通過標準模塊組合的方式運行。閥門所設定的策略,實現(xiàn)水力動態(tài)平衡的就地或遠程控制。3改造內容在不銹鋼二期的節(jié)能改造中,完整應用了WECS技術,對水泵、管網、終端換熱器、冷卻塔等單元進行優(yōu)化控制,提高系統(tǒng)整體能效,達到高效節(jié)能目標。主要的改造內容為:各水泵出口、各換熱終端水泵效率曲線、支管和冷卻塔的上塔支管安裝智慧閥門;水泵電機配備變頻器;由中央控制系統(tǒng)收集所有運行參數(shù),通不同頻率下的P曲線過上位機系統(tǒng)反饋給用戶可視化的信息,建立能效管路阻力曲線分析系統(tǒng)。圖4水泵運行曲線圖通過檢測終端用戶換熱效果,設定智慧閥門開度,為終端合理分配流量,在滿足工藝需求的前提2.5能效分析與智慧管控技術下,實現(xiàn)“小流量大溫差”的節(jié)能運行模式,消除水現(xiàn)有工業(yè)一般只對各設備的基本運行參數(shù)(如力失調和熱力失調現(xiàn)象。利用泵閥一體化技術,通流量、溫度和壓力等)進行實時監(jiān)控,無法作為分析過對智慧閥門的智慧調節(jié),配合變頻器使水泵運行整個系統(tǒng)的運行能效狀態(tài)的依據(jù)。為了克服上述問在高效區(qū)間。合理分配各個冷卻塔的上塔流量,以題,專門進行了水系統(tǒng)能效分析,并研發(fā)了智慧管控及開啟的冷卻風機臺數(shù),最大程度的發(fā)揮冷卻塔的技術,其功能包括:1)循環(huán)水流程動態(tài)水力和熱力效能。改造后系統(tǒng)流程如圖5所示。狀態(tài)監(jiān)控;2)循環(huán)水流程運行能效智能監(jiān)測;3)循鋼不銹鋼二期工程wCS系統(tǒng)解密解ma三之滿黑《式掃圖5改造后系統(tǒng)流程圖4改造效果示。穩(wěn)定運行后,泵組運行效率提升5%~15%以上;不同終中國煤化工設定值1.5℃;進行WECS系統(tǒng)改造后,水泵電機轉速大幅度不銹鋼二期CNMH345度/天,實降低,并伴隨著工藝的變化進行實時調節(jié),如圖6所施節(jié)能改造后,現(xiàn)平均用電為11353.85度/天,節(jié)2013年第2期工業(yè)儀表與自動化裝置電率達到62%,年節(jié)電量在660萬度以上。消鋼不銹鋼二期工程vCs系統(tǒng)4圖6電機轉速監(jiān)控圖參考文獻5總結[1]王杰,張生安,燕增偉論循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能技術的應用利用杭州哲達科技股份有限公司的WECS節(jié)[J].化工裝備技術,2011,32(1):54-582]付祥釗,肖益民流體輸配管網[M].北京:中國建筑能技術對不銹鋼二期軟環(huán)水進行系統(tǒng)改造后,節(jié)能工業(yè)出版社,2010效果顯著。從2011年9月改造后至今,各改造部分[3]單力鈞流體管網系統(tǒng)的水力平衡優(yōu)化研究[D]浙江運行穩(wěn)定,智慧閥門實現(xiàn)了各終端之間水力平衡和大學,2009流量的按需分配,實現(xiàn)整個系統(tǒng)的水力優(yōu)化,滿足主[4]湯中彩,麻劍鋒,沈新榮.一種新型恒流量控制閥的研究[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2012(1):10-12線負荷變化和溫度變化時主線工藝需求溫度的要[5]朱燕變頻節(jié)能在循環(huán)水系統(tǒng)中的應用[J醫(yī)藥工程求。整個系統(tǒng)改變了以前的粗曠管理模式,實現(xiàn)了設計,2010,31(4):53-57精細化管理。[6]張文鋼,黃劉琦.水泵的節(jié)能技術[M].上海:上海交通大學出版社,2010(上接第57頁)參考文獻[J].電氣應用,2005,24(7):45-47[1]孫興麗,劉曙光一種開關柜智能操控裝置的設計與[7]李宏剛低壓配電智能化監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].電力電實現(xiàn)[J].高壓電器,2009,45(1):76-80氣化,2006(11):84-85[2]黃紹平,金國斌,李玲.成套開關設備實用技術[M].[8]TMs320F28x和TMs320F28 Xx DSCs的硬件設計指南北京:機械工業(yè)出版社,2008:29-74[Z]. 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