CN102102962B - 一种工业冷却水上塔泵的节能调控方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业冷却水上塔泵的节能调控方法和装置，本发明在不改变原工业循环冷却水运行工况下，在冷水池和热水池之间开通连通孔，或者加装连通管，在上塔泵加装变频器，在热水池和冷水池安装液位仪和温度变送器，在上塔泵出水管加装压力变送器。变频器、液位仪、温度和压力变送器都连接到节能控制器。本发明采用压力保障下温度控制液位方法对冷却水的上塔过程进行调节和控制，本发明根据热水池和冷水池温度自动调控热水池的水位高度或热水池和冷水池的水位高度差，实现根据热水温度和工艺要求的冷水温度自动调控通过连通孔，或者连通管自然溢流的流量，从而减少上塔泵流量，达到在保证冷却工艺需求的基础上实现大幅度节能降耗的目的。

Description

一种工业冷却水上塔泵的节能调控方法和装置

技术领域

本发明属于工业循环冷却水技术领域，具体涉及一种工业冷却水上塔泵的节能调控方法和装置。

背景技术

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，工业循环冷却水的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，经风冷降温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。

工业循环冷却水系统是按能满足生产工艺可能的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如何，都是将全部较高温热水经由上塔泵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。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业冷却水上塔泵的节能调控方法和装置。

本发明方法可以根据受工艺散热和大气温度影响的冷却热水的温度和工艺要求的冷却冷水温度确定热水池水位的高度或热水池和冷水池水位的高度差，达到调控热水池热水通过连通孔或者连通管直接流到冷水池水量的目的，从而实现在保证工艺要求冷却水冷水温度的基础上减少上塔流量，达到节能降耗的目标。

本发明提出的工业冷却水上塔泵的节能调控方法，具体步骤如下：

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；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。

本发明提出的工业冷却水上塔泵的节能调控装置，包括热水池1、冷水池2、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、或者连通管道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。

本发明中，所述热水池1和冷水池2分别是敞开式水池。

本发明中，所述的连通孔7或连通管道8可以位于热水池1和冷水池2自然水面之下也可以位于自然水面之上。当位于自然水面之下时可以通过控制热水池1和冷水池2的水位差实现精确调控由热水池自流到冷水池的流量；而当位于自然水面之上时，可以通过控制热水池1水位高度实现精确调控由热水池1自流溢流到冷水池2的流量。

本发明是在不改变原工业循环冷却水运行工况下， 在冷水池和热水池之间加装连通孔或、或者连通管，在上塔泵加装变频器，在热水池和冷水池安装液位仪和温度变送器，在上塔泵出水管加装压力变送器。变频器、液位仪、温度和压力变送器都连接到节能控制器。本发明采用压力保障下温度控制液位方法对冷却水的上塔过程进行调节和控制，本发明根据热水池和冷水池温度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，实现根据热水温度和工艺要求的冷水温度调控通过连通孔或连通管自然溢流的流量，从而减少上塔泵流量，达到在保证冷却工艺需求的基础上实现上塔泵大幅度节能降耗的目的。

上述的一种工业冷却循环水上塔部分的节能调控方法，其特征在于所述的热水池和冷水池是敞开式水池。

与现有技术相比，当前工业中普遍使用的工业冷却循环水系统是一个串联恒流量的水系统，无论是在高温的夏季还在低温的冬季，冷水供水泵和热水上塔泵流量总是相等，但实际上，大气处在较低温度以下时，由于较高温度冷却循环水系统受较低的环境温度的影响已经达到了一定程度的自然冷却，因此只需要将冷却循环水的一部分提升到冷却塔进行强制风冷就完全可以达到工艺要求的冷水温度。没有必要再耗费大量电能将循环冷却水的全部都提升到冷却塔去。 在这工况下，本发明可以实时监测冷却循环水的冷水和热水温度，按控制模型（图 3）调整热水池水位高度或热水池冷水池的水位高度差值，从而可以自动调控由热水池通过连通孔或连通管道自然溢流到冷水池的流量，达到减少上塔泵的电能消耗，实现在保证工艺要求基础上大幅度节能的目的。

附图说明

图 1 是本发明的结构示意图。

图 2 是原工业冷却循环水工艺示意图。

图 3 是本发明的调控算法模型。

图中标号：1为热水池，2为冷水池，3为冷水供水泵，4为工艺设备，5为冷却塔，6为热水上塔泵，7为连通孔，8为连通管道，9为第一液位仪，10为第二液位仪，11为第一温度变送器，12为第二温度变送器，13为热水上塔泵出水压力变送器，14为变频器，15为节能控制器。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：本发明的一种工业冷却水上塔冷却的节能调控方如图1所示，图中实线是水管或水道，虚线是电缆。在不改变原工业循环冷却水运行工况下实施本发明时，在热水池1和冷水池2之间开通连通孔7或者加装连通管8，在上塔泵加装变频器14，在热水池1安装第一液位仪9和第一温度变送器11，在冷水池2安装第二液位仪10和第二温度变送器12，在上塔泵6出水管加装压力变送器13。变频器、液位仪、温度和压力变送器都连接到节能控制器15。节能控制器采用压力保障下温度控制液位方法(按图 3模型)对冷却水的上塔过程进行调节和控制，本发明根据热水池和冷水池温度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，从而实现根据热水温度和工艺要求的冷水温度自动调控通过连通孔、或者连通管自然溢流的流量，减少上塔泵流量，达到在保证冷却工艺需求的基础上实现大幅度节能降耗的目的。

按照上述的一种冷却水上塔冷却的节能调控方法构建的冷却循环水上塔节能调控装置如图-1所示，图中实线是水管，虑线是电缆，进行节能改造时，在原冷却水循环系统在热水池1和冷水池2之间开通连通孔7 或者加装连通管8，在上塔泵加装变频器14，在热水池1安装第一液位仪9和第一温度变送器11，在冷水池2安装第二液位仪10和第二温度变送器12，在上塔泵6出水管加装压力变送器13。变频器、液位仪、温度和压力变送器都连接到节能控制器15。

具体实现时，是在原工业冷却循环系统的基础上进行节能改造，原工业循环冷却水系统如图2所示，图中实线是水管或水道，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。

本发明的关键如图-1所示，图中实线是水管，虑线是电缆，进行节能改造时，在原冷却水循环系统在热水池1和冷水池2之间开通连通孔7 或者加装连通管8，在上塔泵加装变频器14，在热水池1安装第一液位仪9和第一温度变送器11，在冷水池2安装第二液位仪10和第二温度变送器12，在上塔泵6出水管加装压力变送器13。变频器、液位仪、温度和压力变送器都连接到节能控制器15。节能控制器实时监测冷却循环水系统中的热水池和冷水池的水位、温度等参数，根据工艺要求设置的如图-3的调控模型，通过变频器控制上塔泵转速而调控热水池水位或热水池和冷水池的水位差，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自流到冷水池的水量，减少上塔泵的流量，达到上塔泵大幅度节能降耗目的。

具体调控方法

工业冷却循环水系统一般是按最大冷却负荷设计，即工艺最大散热量和最高的大气温度，并且还预留一定的余量。然而，一年中可能达到最高大气温度的机会非常少，可能只有几天的时间，其余的绝大多数时间都工作在较低温度工况下，尤其还有较低温度的夜晚和阴雨天气和更低温度的春、秋和极低温度的冬季。在这种较低或很低温度的工况下，由于冷却热水和周围环境的较大的温差，自然就散发了一定的热量，所以上塔冷却存在一定量的富余，大气温度越低则富余量就越大。另一方面，工业循环冷却水系统的冷水温度并不是越低越好，工艺要求冷却水的温度应控制在一个合理的温度范围之内。原因是过低温度的冷却水可能造成工艺设备的过冷却，工艺设备的过冷却就需要过量消耗一次能源来维持工艺设备的温度。从而造成一次能源的浪费。

因此，本发明的目的一是能维持冷却水满足工艺要求温度；二是能实现大幅度降低冷却循环水系统中上塔泵的电能消耗。具体调控方法如下：

在冬季的极低大气温度时，冷却循环水的自然冷却效果最大，由工艺设备4回流的冷却热水的温度可能达到最低，在这种工况下，根据实际的工艺要求，在节能控制器15上设置一组下限温度和上限水位或水位差（热水池水位越高或热水池冷水池水位差越大则由热水池自流到冷水池的水量就会越大）；

在夏季的最高大气温度时，冷却循环水的自然冷却效果最小，由工艺设备4回流的冷却热水的温度可能达到最高，在这种工况下，根据实际的工艺要求，在节能控制器15上设置一组上限温度和下限水位或水位差（热水池水位越低或热水池冷水池水位差越小则由热水池自流到冷水池的水量就会越小）；

当处在冬季的极低大气温度和夏季的最高大气温度时，冷却循环水的自然冷却效果随大气温度的变化而变化，温度高时，冷却效果差，由工艺设备4回流的冷却热水的温度就高一些；温度低时，冷却效果好，由工艺设备4回流的冷却热水的温度就低一些；同时，工艺设备4的散热在大小也会相应影响工艺冷却回水的温度，因此，冷却回水的温度就基本上反应了需要上塔冷却强度的大小。所以，根据（回水最低温度，最高水位或水位差）；（回水最高温度，最低水位或水位差）的调控模型定义就可以确定在满足工艺要求的在不同回水温度工况下的不同水位或水位差了。

不同的水位或水位差就决定了不同的由热水池自流到冷水池的水量，相应也就减少了上塔泵的流量而降低了上塔泵的能耗。

Claims (1)

1.一种工业冷却水上塔泵的节能调控方法，其特征在于具体步骤如下：

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，建立回水最低温度-最高水位或水位差，回水最高温度-最低水位或水位差的调控模型定义；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) 通过连通孔(7)或连通管道(8)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。

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