CN104478137A - 一种工业循环冷却水节能回用组合系统 - Google Patents

一种工业循环冷却水节能回用组合系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业循环冷却水节能回用组合系统，该系统包括密闭式和敞开式两种循环冷却水系统，系统由冷水池、水处理工艺装置、冷却水供水泵、压力传感器、流量传感器、受冷设备、中间水池、提升泵、冷却塔、热泵机组、热水池、液位传感器、电控设备组成，是一种工业循环冷却水节能、节水的优化组合系统。密闭式循环冷却水系统采用串联供水，敞开式循环冷却水系统采用并联供水，最大限度的提高冷却水的利用率，降低冷却水供水量。系统设有水处理工艺装置，改善循环水质，减少排污量，提高循环水浓缩倍数。系统设有热泵机组，有效的对冷却水回水的低温余热进行回收，减少蒸发量且实现热源的有效利用，具有重要的实用价值。

Description

一种工业循环冷却水节能回用组合系统
技术领域
本发明涉及一种工业循环冷却水节能回用组合系统，属于工业循环冷却水回用处理与节能技术领域。
背景技术
在工业生产中，有很多情况要发生能量转换。其中有一部分能量要转换成热能。而热能在生产中有时并不需要，必须将它及时散发才能保证正常生产的进行，这时就需要利用大量的水去冷却，这部分水用来作为散发热量的载热工具，被称为冷却水。中国工业用水存在用水利用率低、用水工艺落后等问题。目前，我国工业用水的重复利用率仅为55%左右，而发达国家平均为75%-85%。据中国水资源公报，我国2011年工业用水量为1461.8亿m3（约占总用水量的23.9%），冷却水在工业生产中用量很大，约占总工业用水量的70%-80%。所以可以看出，节约冷却水是工业节水的关键。目前，大多数企业采用循环利用冷却水的方法来减少冷却水的用量，达到节约冷却水的目的。循环冷却水系统主要包括密闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系统。一般循环冷却水系统中的循环水通过泵输送到受冷设备中，直接或间接冷却热工艺介质，冷却水出水通过二次换热，在冷却塔或换热器中被其他介质间接冷却降温并返回循环系统中使用。受冷设备多为并联使用，循环供水量、补水量比较大，循环水补充水占工业用水70%，浓缩比仅为3-5。另外，钢铁、石化、电力、石油、纺织、化工等行业的生产厂，无不冷却塔林立，大量的热量通过冷却塔蒸发到大气之中，因蒸发损耗占总水量的百分比为1.2%-1.6%，风吹损耗小于0.5%，排污损耗为1%左右；另一方面，以全国工业冷却循环水量为1 亿m3/h，冷却降温Δt=10℃计算，损失的热量为1×1012 千卡/h，折合标准煤为1.4×105 吨煤/h，天然气1.2×105 m3/h，这仅是一小时的热量损失。循环冷却水的利用固然节约了大量新鲜用水，但是大量的循环冷却水使用则反映了生产工艺热能利用率低的问题，这样不仅浪费资源，同时也对大气环境造成不可忽视的热污染。大量的循环冷却水使用量不仅是能量的浪费，也是水资源的极大浪费，因此提高冷却水中的余热利用效率，也是工业节能节水的重要手段。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种工业循环冷却水节能回用组合系统，包括密闭式循环冷却水系统、敞开式循环冷却水系统两种系统。针对现有技术不足，提供一种补水量小、回用率高、能耗低的工业循环冷却水节能回用组合系统，在冷却水充分回用的同时，挖掘利用冬季冷却水回水余热的经济价值，具有设计合理、运行可靠、对工业循环冷却水节能回用具有重要的实用价值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种工业循环冷却水节能回用组合系统，包括密闭式循环冷却水系统、敞开式循环冷却水系统两种系统。
所述的密闭式循环冷却水系统，由冷水池、水处理工艺装置、冷却水供水泵、压力传感器、流量传感器、受冷设备冷却器、中间水池、提升泵、闭式冷却塔、热泵机组、热水池、液位传感器、电控设备组成。系统为采用封闭式冷却设备，受冷设备对水质要求较高，严格减少循环水系统中冷却水与外界接触的机会，循环水在管中流动，除换热设备的物料泄漏外，没有其他因素改变循环水的水质。在满足受冷设备对水流量、压力、水质要求的基础上，冷却水经冷却水供水泵加压通过冷却水供水管路先进入对温度限制严格的受冷设备冷却器，间接对受冷设备进行冷却，出水通过管道串联进入对温度限制宽松的受冷设备冷却器，根据需要也可以串联更多的受冷设备冷却器，最后通过冷却水回水管路回到中间水池。如果热水池液位传感器显示低，提升泵将中间水池中的冷却水提升至热泵机组，通过热泵机组吸收冷却水中的低品位低温余热源，转化为可利用的高品位热水，热水通过管道流到热水池，用于采暖、洗浴、工艺等，冷却后的冷却水流到冷水池中循环使用。如果热水池液位传感器显示高，提升泵将中间水池中的冷却水提升至闭式冷却塔，散热后的冷却水流到冷水池循环使用。
所述的敞开式循环冷却水系统，由冷水池、水处理工艺装置、冷却水供水泵、受冷设备、压力传感器、中间水池、提升泵、冷却塔、热泵机组、热水池、液位传感器、电控设备组成。系统受冷设备采用并联，冷却水经冷却水供水泵加压进入受冷设备，直接冷却受冷设备，出水经过管道回到中间水池。如果热水池液位传感器显示低，提升泵将中间水池中的冷却水提升至热泵机组，通过热泵机组吸收冷却水中的低品位低温余热源，转化为可利用的高品位热水，热水通过管道流到热水池，用于采暖、洗浴、工艺等，冷却后的冷却水则流到冷水池中循环使用。如果热水池液位传感器显示高，提升泵将中间水池中的冷却水提升至冷却塔，散热后的冷却水流到冷水池中循环使用。
所述的密闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系统中的电控设备，主要用于采集压力传感器、流量传感器、液位传感器和提升泵的信号，根据运行信号对他们之间的联动关系进行控制，并设置控制检测装置，事故报警装置及备用水泵自投装置。
所述的密闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系统中的冷却水供水泵，采用变频电机，并且配合变频器使用，根据设定的供水管道压力值对供水泵实行变频调速。
所述的密闭式循环冷取水系统中的水处理工艺装置，包括旁滤水泵、自动反清洗过滤器、机械过滤器、精密过滤器、加压泵、除盐设备、加药装置。冷水池中的冷却水利用旁滤水泵加压依次进入自动反清洗过滤器、机械过滤器、精密过滤器，其中过滤器出水的浊度小于1 NTU且SDI小于5，过滤器出水再经过加压泵加压后进入除盐设备，并在除盐设备和冷水池之间的管路安装加药装置，最后出水回到冷水池循环使用。
所述的敞开式循环冷却水系统中的水处理工艺装置，因水流与受冷设备直接接触，所以受冷设备表面的污染物、灰尘、微生物等进入循环水，所以设旁滤水泵、自动反清洗过滤器、机械过滤器、加药装置。冷水池中的冷却水利用旁滤水泵加压依次进入自动反清洗过滤器、机械过滤器，过滤出水回流至冷水池循环使用，在机械过滤器和冷水池这段管路中安装加药装置。
所述的密闭循环冷却水系统中的除盐设备，可以选用离子树脂过滤器或反渗透装置，除盐设备用于除掉循环水中的盐，防止由于循环水浓缩而引起结垢和满足受冷设备对水质的需要。
本发明的有益效果是：（1）本发明中密闭式循环冷却水系统采用串联供水，最大限度提高冷却水的利用率，能有效降低供水流量，降低供水泵能耗以及水泵、输配水管网投资，并且能够提高冷却水回水水温，有利于余热回收。
（2）本发明在循环冷却水系统中设有旁滤装置，实现循环水就近处理，提高了循环冷却水的回用率。（3）本发明在循环冷却水系统中设有除盐装置，提高了循环水浓缩倍数，减少循环水排污量，有效节约水资源。（4）本发明中循环冷却水系统的冷却水供水泵采用变频调节，能够实时根据供水管网的压力变频调节水泵供水量，实现水泵节能。（5）本发明中循环冷却水系统中设有热泵机组，能够回收冷却水回水中的低温余热，制取高温水，用于工厂采暖、洗浴、工艺等，这样既减少由于冷却塔带来的水分蒸发和热能浪费，又为工厂制造热水节省了大量成本。总之通过本系统的应用：冷却水水质明显改善，冷却水回用率达99%以上；系统排污量、蒸发量减少，导致补水量显著减少，冷却塔的浓缩倍数可达到10以上，节水率提高98％以上；系统余热得到有效回收，以2000m3/h系统为例，假设年平均运行热泵机组3600h，冷却水中可利用温差Δt=10℃计算，回收的热量为7.2×109 千卡/年，折合标准煤为1008吨煤/年。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1是本发明密闭式循环冷却水系统工艺流程图。
图2是本发明敞开式循环冷却水系统工艺流程图。
图3是图1的水处理工艺装置工艺流程图。
图4是图2的水处理工艺装置工艺流程图。
附图标记
1、冷水池  2、水处理工艺装置  3、冷却水供水泵  4、压力传感器
5、流量传感器   6、受冷设备冷却器A   7、受冷设备冷却器B
8、中间水池  9、提升泵  10、闭式冷却塔  11、热泵机组  12、热水池
13、液位传感器  14、电控设备  15、冷水池  16、水处理工艺装置
17、冷却水供水泵  18、压力传感器  19、受冷设备A  20、受冷设备B
21、中间水池  22、提升泵  23、冷却塔  24、热泵机组  25、热水池
26、液位传感器  27、电控设备 201、旁滤水泵 202、自动反清洗过滤器
203、机械过滤器  204、精密过滤器  205、加压泵  206、除盐设备
207、加药装置  1601、旁滤水泵  1602、自动反清洗过滤器
1603、机械过滤器  1604、加药装置。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1、图3，一种冶金工业密闭式循环冷却水系统，由冷水池1、水处理工艺装置2、冷却水供水泵3、压力传感器4、流量传感器5、受冷设备冷却器A 6、受冷设备冷却器B 7、中间水池8、提升泵9、闭式冷却塔10、热泵机组11、热水池12、液位传感器13、电控设备14组成。冷却水由冷水池1经冷却水供水泵3加压通过冷却水供水管路先进入受冷设备冷却器A 6，受冷设备冷却器A 6可以是空压机、液压站、水泵、换热器等设备的冷却器，间接冷却受冷设备，出水再作为水源通过管道串联进受冷设备冷却器B 7，受冷设备冷却器B 7可以是真空泵或电炉等设备的冷却器，根据需要也可以串联更多的受冷设备冷却器，最后通过回水管路回到中间水池8。在冷却水供水管路中安装压力传感器4和流量传感器5，并将数据信号传入到电控设备14中，通过对压力传感器4设定压力来控制冷却水供水泵3的调速变频运行，保证系统的可靠稳定运行。如果热水池12液位传感器13显示低，提升泵9将中间水池8中的冷却水提升至热泵机组11，经过余热转化，热水通过管道流到热水池12，热水用于采暖、洗浴、工艺等，冷却后的冷却水流到冷水池1循环使用。如果热水池12液位传感器13显示高，提升泵9将中间水池8中的冷却水提升至闭式冷却塔10，散热后的冷却水流到冷水池1循环使用。热水池12装有液位传感器13，且设有高高液位、低低液位报警，高液位和低液位与提升泵9进行联动控制，实现对中间水池8水流向的控制。为保证冷却水循环回用水的水质，在系统中设置水处理工艺装置2，水处理工艺装置2通过管路与冷水池1连通，循环进行水质处理去除冷却水中污染物。所述的水处理工艺装置2由旁滤水泵201、自动反清洗过滤器202、机械过滤器203、精密过滤器204、加压泵205、除盐设备206、加药装置207构成。冷水池1中的冷却水利用旁滤水泵201加压依次进入自动反清洗过滤器202、机械过滤器203、精密过滤器204，过滤出水浊度小于1，且SDI小于5，过滤器出水经过加压泵205加压后进入除盐设备206，出水回流至冷水池1循环使用。所述的除盐设备206，可以选用离子树脂过滤器，作用为除掉循环水中的盐，防止由于循环水浓缩而引起结垢和满足受冷设备对水中含盐量的要求，并在除盐设备206和冷水池1之间的管路安装加药装置207，采用突击加药的方式，所加药品为杀菌剂，可以有效防止循环水中的细菌滋生，并设置树脂过滤器的加药再生装置，保证树脂过滤器的稳定持久运行，延长过滤器的使用寿命。
实施例2
请参阅图2、图4，一种冶金工业敞开式循环冷却水系统，由冷水池15、水处理工艺装置16、冷却水供水泵17、压力传感器18、受冷设备A 19、受冷设备B 20、中间水池21、提升泵22、冷却塔23、热泵机组24、热水池25、液位传感器26、电控设备27组成。冷却水由冷水池15经冷却水供水泵17加压通过冷却水供水管路并联直接进入受冷设备A 19和受冷设备B 20，这个系统中的受冷设备主要用于炼铁、炼钢、连铸、热轧等单元的煤气清洗、冲渣、火焰切割、喷雾冷却、淬火冷却、精炼除尘等，出水经过管道回到中间水池21。在冷却水供水管路中安装压力传感器18，并将数字信号传入到电控设备27中，通过对压力传感器18设定压力来控制冷却水供水泵17的运行，保证系统的可靠稳定运行。如果热水池25液位传感器26显示低，提升泵22将中间水池21中的冷却水提升至热泵机组24，热水通过管道流到热水池25，热水用于采暖、洗浴、工艺等，冷却后的冷却水流到冷水池15循环使用。如果热水池25液位传感器26显示高，提升泵22将中间水池21中的冷却水提升至冷却塔23，散热后的冷却水流到冷水池15循环使用。热水池25装有液位传感器26，且设有高高液位、低低液位报警，高液位和低液位与提升泵22进行联动控制，实现对中间水池21水流向的控制。在系统中同样设有水处理工艺装置16，所述的水处理工艺装置16由旁滤水泵1601、自动反清洗过滤器1602、机械过滤器1603、加药装置1604构成。冷水池15中的冷却水利用旁滤水泵1601加压依次进入自动反清洗过滤器1602、机械过滤器1603，过滤出水回流至冷水池15循环使用，并在机械过滤器1603和冷水池15之间的管路中安装加药装置1604，所加药剂为阻垢剂和杀菌剂，阻垢剂能够加大水中离子的溶解度，防止循环冷却水的结垢，杀菌剂能够有效组织循环冷却水中滋生细菌。

Claims (5)

1.一种工业循环冷却水节能回用组合系统，其特征在于：包括密闭式循环冷却水系统、敞开式循环冷却水系统；所述的密闭式循环冷却水系统，由冷水池(1)、水处理工艺装置(2)、冷却水供水泵(3)、压力传感器(4)、流量传感器 (5)、受冷设备冷却器A (6)、受冷设备冷却器B (7)、中间水池(8)、提升泵(9)、闭式冷却塔(10)、热泵机组(11)、热水池(12)、液位传感器(13)、电控设备(14)组成；冷却水由冷水池(1)经冷却水供水泵(3)加压通过冷却水供水管路先进入对温度限制严格的受冷设备冷却器A (6)，间接冷却受冷设备，出水再作为冷却水源通过管道串联进入对温度限制宽松的受冷设备冷却器B (7)，最后通过冷却水回水管路回到中间水池(8), 在冷却水供水管路中安装压力传感器(4)和流量传感器(5)，并将数据信号传入到电控设备(14)中，热水池(12)装有液位传感器(13)并与提升泵(9)进行联动控制，如果热水池(12)液位传感器(13)显示低，提升泵(9)将中间水池(8)中的高温冷却水提升至热泵机组(11)，热水通过管道流到热水池(12)，冷却后的冷却水流到冷水池(1)循环使用,如果热水池(12)液位传感器(13)显示高，提升泵(9)将中间水池(8)中的高温冷却水提升至闭式冷却塔(10)，散热后的冷却水流到冷水池(1)循环使用；所述的敞开式循环冷却水系统，由冷水池(15)、水处理工艺装置(16)、冷却水供水泵(17)、压力传感器(18)、受冷设备A (19)、受冷设备B (20)、中间水池(21)、提升泵(22)、冷却塔(23)、热泵机组(24)、热水池(25)、液位传感器(26)、电控设备(27)组成；冷却水由冷水池(15)经冷却水供水泵(17)加压并联进入受冷设备A (19)和受冷设备B (20)，直接冷却受冷设备，出水经过管道回到中间水池(21), 在冷却水供水管路中安装压力传感器(18)，并将数字信号传入到电控设备(27)中，热水池(25)装有液位传感器(26)并与提升泵(22)进行联动控制，如果热水池(25)液位传感器(26)显示低，提升泵(22)将中间水池(21)中的高温冷却水提升至热泵机组(24)，热水通过管道流到热水池(25)，冷却后的冷却水流到冷水池(15)循环使用,如果热水池(25)液位传感器(26)显示高，提升泵(22)将中间水池(21)中的高温冷却水提升至冷却塔(23)，散热后的冷却水流到冷水池(15)循环使用。
2.根据权利要求1所述的密闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系统，其特征在于：密闭式循环冷却水系统的冷却水供水泵(3)和敞开式循环冷却水系统的冷却水供水泵(17)均采用变频电机，并且配合变频器使用，根据设定的供水管道压力值对供水泵实行变频调速。
3.根据权利要求1所述的密闭式循环冷却水系统，其特征在于：水处理工艺装置(2)是由旁滤水泵(201)、自动反清洗过滤器(202)、机械过滤器(203)、精密过滤器(204)、加压泵(205)、除盐设备(206)、加药装置(207)构成，冷水池(1)中的冷却水利用旁滤水泵(201)加压依次进入自动反清洗过滤器(202)、机械过滤器(203)、精密过滤器(204)，再经过加压泵(205)加压后进入除盐设备(206)，并在除盐设备(206)和冷水池(1)的管路上安装加药装置(207)，最后出水回到冷水池(1)循环使用。
4.根据权利要求1所述的敞开式循环冷却水系统，其特征在于：水处理工艺装置(16)是由旁滤水泵(1601)、自动反清洗过滤器(1602)、机械过滤器(1603)、加药装置(1604)构成，冷水池(15)中的冷却水利用旁滤水泵(1601)加压依次进入自动反清洗过滤器(1602)、机械过滤器(1603)，过滤出水回流至冷水池(15)循环使用，在机械过滤器(1603)和冷水池(15)这段管路中安装加药装置(1604)。
5.根据权利要求3所述的密闭循环冷却水系统，其特征在于：所述的除盐设备(206)，可以选用离子交换树脂过滤器或反渗透装置，除盐设备(206)用于除掉循环水中的盐，防止由于循环水浓缩而引起结垢和满足受冷设备对水质的需要。
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