CN102155613B - 二氧化碳冷量回收系统及方法 - Google Patents

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本发明涉及节能环保及其自动化控制技术领域，具体的说是一种二氧化碳冷量回收系统及方法，其特征在于二氧化碳输送管道通过一个阀门连接1#盘管交换器左上孔输入端，1#盘管交换器右上孔输出端连接2#盘管交换器的左上孔输入端，2#盘管交换器的左下孔输出端连接板式交换器左上孔输入端，板式交换器左下孔输出端通过管道与阀门及三通分别连接二氧化碳储罐的出气管道及蒸汽加热器右下孔输入端，蒸汽加热器的左上孔输出端连接净化装置并将气态二氧化碳送往生产车间；本发明与现有技术相比不需要通过蒸汽换热，节约了生产蒸汽所需能源并减少了环境污染，通过常温水和二氧化碳热交换生产冷冻水，节约了电能，而且冷却效果更佳。

Description

二氧化碳冷量回收系统及方法
[技术领域]
本发明涉及节能环保及其自动化控制技术领域，具体的说是一种二氧化碳冷量回收系统及方法。
[背景技术]
蒸汽与液态二氧化碳通过热交换技术使二氧化碳达到生产需要的温度。热能从热流体间接（例如经过间壁）或直接传向冷流体的过程叫做热交换。锅炉产生的蒸汽与液态二氧化碳在热交换器中进行热交换，使液态二氧化碳变为气态二氧化碳并送往生产车间，蒸汽变为汽水混合物返回锅炉重复利用。
[发明内容]
本发明的目的在于通过热交换，对二氧化碳冷量进行回收，不仅使液态二氧化碳吸收热量变为气态，而且使常温介质（水）通过热交换冷却后用于其它设备。从而改进以往通过蒸气对液态二氧化碳加热，使其达到所需温度的生产过程，既节约了蒸气加热所需的能量，又合理地对液态二氧化碳气化所释放的冷量进行回收利用。
为实现上述目的，设计一种二氧化碳冷量回收系统，包括二氧化碳储罐、盘管交换器、蒸汽加热器，水泵、板式交换器，其特征在于：若干个二氧化碳储罐下部设有二氧化碳输送管道，二氧化碳输送管道通过一个阀门连接第一盘管交换器左上孔输入端，第一盘管交换器右上孔输出端连接第二盘管交换器的左上孔输入端， 第二盘管交换器的左下孔输出端连接板式交换器左上孔输入端，板式交换器左下孔输出端通过管道与阀门及三通分别连接二氧化碳储罐的输送管道及蒸汽加热器右下孔输入端，蒸汽加热器的左上孔输出端连接净化装置并将气态二氧化碳送往生产车间； 常温水箱水通过冷冻水泵进入板式交换器输入端a，板式交换器输出端b连接第二盘管交换器的c输入端，第二盘管交换器的输出端d连接第一盘管交换器的输入端e，第一盘管交换器的输出端f经过阀门流向常温水箱或低温冷冻水箱；第一循环水泵通过管道连接第一盘管交换器的g和h端口形成内部水循环；第一盘管交换器输出端i通过第二循环水泵进入第二盘管交换器输入端j形成外循环，从而构成常温水热交换，并将常温水通过热交换冷却，并送往车间，同时液态二氧化碳通过热交换变为气态。
所述的蒸汽加热器为备用装置，系统正常工作时，设备不工作，只有电气自动控制系统发生故障或检修时才使用。
控制目标参数：低温冷冻水箱水温6.1℃，常温水箱水温14.7℃，冷冻水降温至8.1℃，二氧化碳升温至30.6℃，回收制冷量80.0kw/h，TE1温度21.4℃，TE2温度21.3℃，TE3温度-17.2℃，TE4温度6.6℃，TE5温度-4.6℃，TE6温度13.4℃，TE7温度13.3℃，TE8温度6.1℃，TE9温度14.7℃，TE10温度-16.5℃，TE11温度9.2℃。
液态二氧化碳从储罐内流出首先经过第一盘管交换器、第二盘管交换器、板式交换器，再流经蒸汽加热器进入生产车间，常温水从常温水箱出来，流经变频控制的冷冻水泵，通过板式交换器进入第二盘管交换器、第一盘管交换器，流向水箱。通过对水温的判断，来确定流向哪个水箱(水的温度较低时流向低温冷冻水箱；温度较高时流向常温水箱)，冷冻水箱的冷却水通往生产设备，供设备冷却后变成常温水返回常温水箱，以循环利用。
从二氧化碳储罐出来的液态二氧化碳和常温水通过与第一盘管交换器进行一次热交换，再与第二盘管交换器进行二次热交换，与板式交换器中流动的水进行热交换（三次热交换），变成气态，送至生产车间，常温水箱的水通过热交换，并通过冷冻水泵调节水的流量，使水温降到6~7℃，低温冷冻水箱的水送至生产车间。本系统通过全自动控制方式，将生产所需信号采集进入PLC，并编程实现生产自动化：冷冻水泵使用变频电机， PLC采集的温度信号作为PID调节的反馈值，与设定值通过PID计算，输出4~20MA模拟量信号，控制冷冻水泵频率，调节水量大小；循环水泵加速盘管交换器的水的流动，均衡水温。
本发明与现有技术相比达到了节能环保的目的：第一，本发明不需要通过蒸汽换热，节约了生产蒸汽所需能源并减少了环境污染。第二，现有技术通过冷冻机生产冷却水，而本发明通过常温水和二氧化碳热交换生产冷冻水，节约了电能，而且冷却效果更佳；控制方面，则是通过全自动控制方式，将生产信号采集进入PLC，并编程实现生产自动化。
本发明既节约了电能又节约了蒸汽,焦耳与千瓦时的换算公式如下：1kWh= =3600000J，则每小时节省电能为25.9KW/H*3600000=93240000J（25.9KW为冷冻机功率），热能计算公式为：Q=G*C*(tg-th)=1200*0.83*(8+24)= =31872J,二氧化碳比热 C=0.83焦耳/千克；二氧化碳每小时流量G=1200千克/小时；二氧化碳加热目标温度tg=8℃；二氧化碳初始温度th=-24℃；因为原来需要蒸汽加热，则每小时节省了蒸汽31872J。
[附图说明]
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的PID控制原理图；
图3为本发明的第二泵控制流程图；
图4为本发明的第三泵控制控制流程图；
图5为本发明的三通水阀控制流程图；
指定图1为摘要附图
图中：11为二氧化碳储罐，12为流量计，13为低温冷冻水箱，14为常温水箱，15为循环水泵(第二泵)，16为第二盘管交换器,17为第一盘管交换器，18为循环水泵(第一泵），19为板式交换器，20为冷冻水泵(第三泵)，21为蒸汽管加热器，22为蒸汽，23为流量计，24为去净化装置。
[具体实施例]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，这种制造技术对本领域的技术人员来说是非常清楚的。
参见图1本系统正常的工作流程：若干个二氧化碳储罐下部设有二氧化碳输送管道，二氧化碳输送管道通过一个阀门连接第一盘管交换器左上孔输入端，第一盘管交换器右上孔输出端连接第二盘管交换器的左上孔输入端， 第二盘管交换器的左下孔输出端连接板式交换器左上孔输入端，板式交换器左下孔输出端通过管道与阀门及三通分别连接二氧化碳储罐的出气管道及蒸汽加热器右下孔输入端，蒸汽加热器的左上孔输出端连接净化装置并将气态二氧化碳送往生产车间； 常温水箱水通过冷冻水泵进入板式交换器输入端a，板式交换器输出端b连接第二盘管交换器的输入端c，第二盘管交换器的输出端d连接第一盘管交换器的输入端e，第一盘管交换器的输出端f经过阀门流向常温水箱或低温冷冻水箱；第一循环水泵通过管道连接第一盘管交换器的g和h端口形成内部水循环；第一盘管交换器输出端i通过第二循环水泵进入第二盘管交换器输入端j形成外循环。从而构成常温水热交换，并将常温水通过热交换冷却，并送往车间，同时液态二氧化碳通过热交换变为气态。
从二氧化碳储罐出来的液态二氧化碳和常温水通过与第一盘管交换器进行一次热交换，再与第二盘管交换器进行二次热交换，与板式交换器中流动的水进行热交换（三次交换），变成气态，送至生产车间，常温水箱的水通过热交换，并通过冷冻水泵调节水的流量，使水温降到6~7℃，低温冷冻水箱的水送至生产车间。
首先，冷冻水泵使用变频电机，PLC采集的温度信号作为PID调节的反馈值，与设定值（人工设定），通过PID计算，输出模拟量信号4~20MA，控制冷冻水泵频率，调节水量大小，参见图2。
第二泵控制：当进板式交换器的CO2温度TE5≤-10℃时，第二泵50HZ全速运行；当进板式交换器的CO2温度TE5≥-10℃时，第二泵延时1分钟，第二泵频率通过PID调节到15HZ运行；进板式交换器的CO2温度TE5≤-10℃时，此时维持当前频率运行第二泵。当进板式交换器的CO2温度TE5≥-10℃，且水温TE4>6.1℃时, 第二泵运行频率小于10HZ时，通过PID调节，将频率调整到15HZ运行；当进板式交换器的CO2温度TE5≥0℃时，延时1分钟后停止第二泵；当进板式交换器的CO2温度TE5≤0℃时，维持当前频率运行；当进板式交换器的CO2温度TE5≤-2℃时，第二泵将直接以固定频率15HZ运行。参见图3
第三泵控制：第三泵运行，CO2 流量>2.2m3/h时，第三泵以50HZ全速运行，当CO2 流量＜2.2m3/h，延时1分钟，将第三泵通过PID调节将频率降到10HZ运行；当第三泵运行，CO2 流量＜2.2m3/h，且水温TE4>6.1℃时，第三泵将通过PID调节频率运行到10HZ运行，条件满足，维持当前运行频率运行；当第三泵运行，CO2 流量＜2.2m3/h，且水温TE4＜5.9℃，且进板式交换器的CO2温度TE5＜-15℃时，第三泵将直接以50HZ全速运行，直到TE5>-15℃时，延时1 分钟后通过PID将第三泵频率调整到10HZ运行；当第三泵运行，CO2 流量＜2.2m3/h，且水温TE4＜5.9℃，且进板式交换器的CO2温度TE5>-15℃时第三泵将通过PID调整到50HZ全速运行，直到TE5>-15℃时，延时1 分钟后通过PID将第三泵频率调整到10HZ运行。参见图4。
三通水阀控制：当水温TE4≥8℃时，三通水阀将水转向常温水箱；当冷冻水温度TE4<8℃时，三通水阀将水转向低温水箱。参见图5。
系统正常运行时，当进板式交换器的CO2温度TE5<-20℃时、CO2 流量>2.2m3/h时系统向车间发出报警信号。
设定值：
TE4:上限温度=6.1
下限温度=5.9
TE5:上限温度1=0.0
上限温度2=-2
下限温度2=-10
下限温度1=-15
报警温度=-20
CO2:报警流量=2.6
上限流量=2.2
第一循环泵：手动（50HZ）
第二循环泵：自动
比例=0.0003
积分=60S
下限频率=15HZ
第三主泵：自动
比例=0.001
积分=30S
下限频率=10HZ
三通阀控制：自动
TE4>8:转向常温水箱
TE5<7.5：转向低温冷冻水箱。

Claims (1)

1.一种二氧化碳冷量回收系统的方法，其特征在于：
a、液态二氧化碳从储罐内流出首先经过第一盘管交换器、第二盘管交换器、板式交换器，再流经蒸汽加热器进入生产车间，常温水从常温水箱出来，流经变频控制的冷冻水泵，通过板式交换器进入第二盘管交换器、第一盘管交换器，流向水箱，水的温度较低时流向低温冷冻水箱，温度较高时流向常温水箱，冷冻水箱的冷却水通往生产设备，供设备冷却后变成常温水返回常温水箱，以循环利用；
b、从二氧化碳储罐出来的液态二氧化碳和常温水通过与第一盘管交换器进行一次热交换，再与第二盘管交换器进行二次热交换，与板式交换器中流动的水进行热交换，三次热交换，变成气态，送至生产车间，常温水箱的水通过热交换，并通过冷冻水泵调节水的流量，使水温降到6~7℃，低温冷冻水箱的水送至生产车间，本系统通过全自动控制方式，将生产所需信号采集进入PLC，并编程实现生产自动化：冷冻水泵使用变频电机， PLC采集的温度信号作为PID调节的反馈值，与设定值通过PID计算，输出4~20MA模拟量信号，控制冷冻水泵频率，调节水量大小；循环水泵加速盘管交换器的水的流动，均衡水温。
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