CN111238132A - 一种节能工业循环水系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能工业循环水系统，涉及循环水系统及其运行方法技术领域，为解决目前国内循环水系统均按满足或超过每条机组产量最大、品种规格最高、气温最高等最不利条件调试运行，循环水供回水温差小，带来大量的能源浪费的问题。所述集水罐的上方设置有补水管，所述集水罐的下方设置有排污管，所述集水罐的一侧设置有冷却塔，所述冷却塔与集水罐之间通过回水管密封连接，所述冷却塔的一侧设置有换热器，所述换热器与集水罐之间通过集水罐出水管密封连接，所述换热器与冷却塔之间通过换热器出水管密封连接，所述回水管上安装有自清洗过滤器，所述回水管的一侧密封安装有旁流管。

Description

一种节能工业循环水系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及循环水系统及其运行方法技术领域，具体为一种节能工业循环水系统及其运行方法。

背景技术

工业循环水主要用在冷却水系统中，所以也叫循环冷却水。因为工业冷却水占总用水量的90%以上。循环冷却水分为封闭式(密闭式)和敞开式两种。封闭式冷却水系统中，冷却水不暴露于空气中，水量损失很少，水中各种矿物质和离子含量一般不发生变化。敞开式循环水系统中，水的再冷却是通过冷却塔进行的，因此冷却水再循环过程中要与空气接触，部分水在通过冷却塔时还会不断被蒸发损失掉，因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。

循环水用水量随着季节、同一天不同时间、机组生产状态、品种、产能等因数的变化而变化，目前国内循环水系统均按满足或超过每条机组产量最大、品种规格最高、气温最高等最不利条件调试运行，循环水供回水温差小，带来大量的能源浪费，因此市场上急需一种基于网络的电表显示屏来解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能工业循环水系统及其运行方法，以解决上述背景技术中提出的目前国内循环水系统均按满足或超过每条机组产量最大、品种规格最高、气温最高等最不利条件调试运行，循环水供回水温差小，带来大量的能源浪费的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种节能工业循环水系统，包括集水罐和plc控制机构，所述集水罐的上方设置有补水管，所述集水罐的下方设置有排污管，所述集水罐的一侧设置有冷却塔，所述冷却塔与集水罐之间通过回水管密封连接，所述冷却塔的一侧设置有换热器，所述换热器与集水罐之间通过集水罐出水管密封连接，所述换热器与冷却塔之间通过换热器出水管密封连接，所述回水管上安装有自清洗过滤器，所述回水管的一侧密封安装有旁流管，且旁流管的两端分别位于自清洗过滤器的两侧，所述旁流管上安装有旁通阀，所述自清洗过滤器的一侧设置有第二流速传感器，所述第二流速传感器的一侧设置有回水阀，所述集水罐出水管上安装有变频水泵，所述集水罐出水管靠近换热器的一侧设置有水温传感器。

优选的，所述集水罐出水管靠近集水罐的一侧和换热器出水管的中间位置处均安装有供水泵，所述供水泵和变频水泵的出水端一侧均安装有微阻缓闭止回阀，所述集水罐出水管上微阻缓闭止回阀的一侧和换热器出水管上供水泵的一侧均设置有第一流速传感器，且plc控制机构的输出端与plc控制机构的接收端电性连接，所述第一流速传感器和第二流速传感器的型号为938-18XXAE30。

优选的，所述第二流速传感器的输出端与供水泵的接收端电性连接，所述水温传感器的输出端与plc控制机构的接收端电性连接，所述plc控制机构的输出端与供水泵的接收端电性连接，所述plc控制机构的输出端与微阻缓闭止回阀的接收端电性连接，所述plc控制机构的输出端与变频水泵的接收端电性连接。

优选的，所述plc控制机构的型号为FX1N-60MR-001，所述水温传感器的型号为PT100。

优选的，所述一种节能工业循环水系统的运行方法包括以下步骤：

步骤1：首先水通过循环水通过集水罐进行存储，集水罐上方的补水管在集水罐水位不够时开启进行补水，同时下方的排污管在集水罐清理时排出污水；

步骤2：循环水通过供水泵的抽取首先进入集水罐出水管，微阻缓闭止回阀的设置减少供水管路水力损失，为降低供水泵扬程，减少供水能耗创造条件，循环水流经第一流速传感器时，第一流速传感器对此时循环水的流速进行检测并发送给plc控制机构便于后期对流速变化进行对比；

步骤3：循环水经过变频水泵和微阻缓闭止回阀，再经过水温传感器,水温传感器对水温进行检测并发送给plc控制机构；

步骤4：此时循环水进入换热器,循环水与换热器连接的需降温装置的冷却水进行换热,从而实现冷却的作用；

步骤5：吸收了热量的循环水通过供水泵的抽取进入换热器出水管,流经限流阀和第一流速传感器,此时第一流速传感器对此时流速进行检测并发送至plc控制机构,当plc控制机构对比前后两侧水流,当出现流速不够时,plc控制机构便启动变频水泵对水流速机进行补充；循环水通过供水泵微阻缓闭止回阀进入冷却塔；

步骤6：循环水在冷却塔的内部进行有效的散热,再进入回水管,回水管上设置的自清洗过滤器以避免老化填料、树叶进入循环水系统堵塞管路，替代现有管道过滤器功能,自清洗过滤器一侧的第二流速传感器此处的流速进行检测并发送至plc控制机构,当检测plc控制机构检测值流速过慢时,说明自清洗过滤器已被大量杂质堵塞,便可开启旁流管的旁通阀,让水通过旁流管流动,从而绕过自清洗过滤器,水流经回水阀最后进入集水罐,同时让自清洗过滤器进行自清洗作业,从而保持其高效的过滤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明在确保满足用户冷却效果前提下，及时调节各用户点用水量，使循环水供回水温差回归设计值，实现配水系统按需配水、供水系统按需供水，最大限度地节省循环水耗量，减少循环水新水耗量，达到节能减排、降低产品成本的目的。开创全新的智能循环水系统理念、打造循环水系统行业新标杆。

2.将水泵出口止回阀多功能止回阀更换为微阻缓闭蝶式止回阀，同时在出水管增设电动阀，减少供水管路水力损失，为降低供水泵扬程，减少供水能耗创造条件。

3.增设不锈钢滤网：在冷却塔下增设自清洗过滤器，以避免老化填料、树叶等进入循环水系统堵塞管路，替代现有管道过滤器功能，开现有管道过滤器旁通阀，减少供水管路水力损失，为降低供水泵扬程，减少供水能耗创造条件。

4.供水系统：以上改造完成后，测定水泵出口压力，确定改造后水泵实际运行工况，维持现有供水量及管道过滤器出口压力的情况下，更换高效供水泵。同时增设一台变频供水泵，恒压变量供水。

5.控制系统：在保留原有控制系统不变的情况下，增加自清洗过滤器，对装置整体运行进行检测。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2本发明的 A区放大图；

图3 本发明的原理示意图。

图中：1、集水罐；2、补水管；3、排污管；4、供水泵；5、微阻缓闭止回阀；6、第一流速传感器；7、变频水泵；8、冷却塔；9、集水罐出水管；10、换热器；11、换热器出水管；12、限流阀；13、回水管；14、plc控制机构；15、回水阀；16、旁流管；17、旁通阀；18、自清洗过滤器；19、水温传感器；20、第二流速传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1-3，本发明提供的一种实施例：一种节能工业循环水系统，包括集水罐1和plc控制机构14，集水罐1的上方设置有补水管2，集水罐1的下方设置有排污管3，集水罐1的一侧设置有冷却塔8，冷却塔8与集水罐1之间通过回水管13密封连接，冷却塔8的一侧设置有换热器10，换热器10与集水罐1之间通过集水罐出水管9密封连接，换热器10与冷却塔8之间通过换热器出水管11密封连接，回水管13上安装有自清洗过滤器18，回水管13的一侧密封安装有旁流管16，且旁流管16的两端分别位于自清洗过滤器18的两侧，旁流管16上安装有旁通阀17，自清洗过滤器18的一侧设置有第二流速传感器20，第二流速传感器20的一侧设置有回水阀15，集水罐出水管9上安装有变频水泵7，集水罐出水管9靠近换热器10的一侧设置有水温传感器19。

进一步，集水罐出水管9靠近集水罐1的一侧和换热器出水管11的中间位置处均安装有供水泵4，供水泵4和变频水泵7的出水端一侧均安装有微阻缓闭止回阀5，集水罐出水管9上微阻缓闭止回阀5的一侧和换热器出水管11上供水泵4的一侧均设置有第一流速传感器6，且plc控制机构14的输出端与plc控制机构14的接收端电性连接，第一流速传感器6和第二流速传感器20的型号为938-18XXAE30。

进一步，第二流速传感器20的输出端与供水泵4的接收端电性连接，水温传感器19的输出端与plc控制机构14的接收端电性连接，plc控制机构14的输出端与供水泵4的接收端电性连接，plc控制机构14的输出端与微阻缓闭止回阀5的接收端电性连接，plc控制机构14的输出端与变频水泵7的接收端电性连接。

进一步，plc控制机构14的型号为FX1N-60MR-001，水温传感器19的型号为PT100。

循环水系统设计时均按照最不利如最高湿球温度、最大产量、最不利品种等工艺进行设计，而实际生产过程中循环水用水量会随着产量、不同季节湿球温度、产量的变化而变化，同一天不同时间湿球温度均不一样，而循环水系统。

1）工艺技术

循环水为设备间接冷却水，

Q=cm△t

Q—热量（千卡）

c—水比热（千卡/kg.℃）常数

m—循环水质量（kg）

△t--循环水供回水温差（℃）

由Q=cm△t可知，热量Q一定，质量m与温差△t成反比，通过调节提高循环水供回水温差，减少循环水供水量。

供回水温差3.73℃，而设计供回水温差8℃。

因此，循环水实际运行供回水温差与设计供回水温差及工艺可接受供回水温差相差较大，循环水存在过量供水问题，带来大量的能量浪费，具备较大节能改造空间。

减小循环水供水压力

1）减少用户用水量，降低管网水头损失，管网水力损失：

h=h1+h2

h---管道水力损失m

h1—管道沿程损失

h2—管道局部水头损失

h1=il

h2=ζ×

i=0.00107×

ζ—局部阻力系数

v—流速

d—管道半径

v=

Q：流量

V：流速

d：管道半径

d一定，v与Q成成正比；对于已建成管网，L和ζ为常数，i与V2成正比， h1与V2成正比，h2亦与V2成正比。对于已建成管网，Q减小，管道水力损失减小。对于已建成管网，d一定，流量与流速成正比，沿程水头损失和局部水头损失均与流速成正比。

随着循环水供水量的大幅下降，管网水头损失也随着下降，在工艺要求TOP点压力不变的情况下，水泵所需扬程下降，供水量不变，水泵消耗功率减小，达到节能降耗的目的。

2）减少管网局部阻力系数，降低管网水头损失

停循环水供水总管自清洗过滤器，更换小阻力止回阀，降低管网局部阻力系数，减少管网局部阻力，在工艺要求TOP点压力不变的情况下，水泵所需扬程下降。

5.2.2.3提高水泵效率

1）工艺技术

N=

N—水泵轴功率kW

Q—水泵流量l/s

H—水泵扬程m

η—水泵效率

由上式可知，Q、H一定，N与η成反比，水泵效率提高，电机消耗功率减少，达到节能降耗的目的。

现供水泵效率约87%，通过更换高效水泵，使水泵效率提高至90%以上。

由N=QH/102η可知，H、η一定，N与Q成正比，循环水用水量减少，水泵消耗功率减少，从而达到节省电耗的目的。

通过更换高效供水泵，提高水泵效率，减少水泵电耗，达到节能降耗的目的。

更换循环水供水泵 2台，Q=5980 m3/h，H=25m，N=560kW，U=10kV

水泵效率90.5%

5.2.2.4变频供水

1）工艺技术

水泵相似理论：

n—水泵转速r/min

Q—水泵流量L/s

H—水泵扬程m

N—水泵轴功率kW

水泵转速比与流量比成正比，与扬程的平方比成正比，与功率的立方成比正比，

用户用水量随着季节、各机组生产的产品品种和产量的变化而变化，采用变频供水，恒压变量，循环水系统可根据用户循环水量的变化自动调节循环水供水量，避免过量供水，达到节省能耗的目的。

进一步，一种节能工业循环水系统的运行方法包括以下步骤：

步骤1：首先水通过循环水通过集水罐1进行存储，集水罐1上方的补水管2在集水罐1水位不够时开启进行补水，同时下方的排污管3在集水罐1清理时排出污水；

步骤2：循环水通过供水泵4的抽取首先进入集水罐出水管9，微阻缓闭止回阀5的设置减少供水管路水力损失，为降低供水泵4扬程，减少供水能耗创造条件，循环水流经第一流速传感器6时，第一流速传感器6对此时循环水的流速进行检测并发送给plc控制机构14便于后期对流速变化进行对比；

步骤3：循环水经过变频水泵7和微阻缓闭止回阀5，再经过水温传感器19,水温传感器19对水温进行检测并发送给plc控制机构14；

步骤4：此时循环水进入换热器10,循环水与换热器10连接的需降温装置的冷却水进行换热,从而实现冷却的作用；

步骤5：吸收了热量的循环水通过供水泵4的抽取进入换热器出水管11,流经限流阀12和第一流速传感器6,此时第一流速传感器6对此时流速进行检测并发送至plc控制机构14,当plc控制机构14对比前后两侧水流,当出现流速不够时,plc控制机构14便启动变频水泵7对水流速机进行补充；循环水通过供水泵4微阻缓闭止回阀5进入冷却塔8；

步骤6：循环水在冷却塔8的内部进行有效的散热,再进入回水管13,回水管13上设置的自清洗过滤器18以避免老化填料、树叶进入循环水系统堵塞管路，替代现有管道过滤器功能,自清洗过滤器18一侧的第二流速传感器20此处的流速进行检测并发送至plc控制机构14,当检测plc控制机构14检测值流速过慢时,说明自清洗过滤器18已被大量杂质堵塞,便可开启旁流管16的旁通阀17,让水通过旁流管16流动,从而绕过自清洗过滤器18,水流经回水阀15最后进入集水罐1,同时让自清洗过滤器18进行自清洗作业,从而保持其高效的过滤。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种节能工业循环水系统，包括集水罐（1）和plc控制机构（14），其特征在于：所述集水罐（1）的上方设置有补水管（2），所述集水罐（1）的下方设置有排污管（3），所述集水罐（1）的一侧设置有冷却塔（8），所述冷却塔（8）与集水罐（1）之间通过回水管（13）密封连接，所述冷却塔（8）的一侧设置有换热器（10），所述换热器（10）与集水罐（1）之间通过集水罐出水管（9）密封连接，所述换热器（10）与冷却塔（8）之间通过换热器出水管（11）密封连接，所述回水管（13）上安装有自清洗过滤器（18），所述回水管（13）的一侧密封安装有旁流管（16），且旁流管（16）的两端分别位于自清洗过滤器（18）的两侧，所述旁流管（16）上安装有旁通阀（17），所述自清洗过滤器（18）的一侧设置有第二流速传感器（20），所述第二流速传感器（20）的一侧设置有回水阀（15），所述集水罐出水管（9）上安装有变频水泵（7），所述集水罐出水管（9）靠近换热器（10）的一侧设置有水温传感器（19）。

2.根据权利要求1所述的一种节能工业循环水系统，其特征在于：所述集水罐出水管（9）靠近集水罐（1）的一侧和换热器出水管（11）的中间位置处均安装有供水泵（4），所述供水泵（4）和变频水泵（7）的出水端一侧均安装有微阻缓闭止回阀（5），所述集水罐出水管（9）上微阻缓闭止回阀（5）的一侧和换热器出水管（11）上供水泵（4）的一侧均设置有第一流速传感器（6），且plc控制机构（14）的输出端与plc控制机构（14）的接收端电性连接，所述第一流速传感器（6）和第二流速传感器（20）的型号为938-18XXAE30。

3.根据权利要求1所述的一种节能工业循环水系统，其特征在于：所述第二流速传感器（20）的输出端与供水泵（4）的接收端电性连接，所述水温传感器（19）的输出端与plc控制机构（14）的接收端电性连接，所述plc控制机构（14）的输出端与供水泵（4）的接收端电性连接，所述plc控制机构（14）的输出端与微阻缓闭止回阀（5）的接收端电性连接，所述plc控制机构（14）的输出端与变频水泵（7）的接收端电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种节能工业循环水系统，其特征在于：所述plc控制机构（14）的型号为FX1N-60MR-001，所述水温传感器（19）的型号为PT100。

5.根据权利要求1-4所述的一种节能工业循环水系统，其特征在于，所述一种节能工业循环水系统的运行方法包括以下步骤：

步骤1：首先水通过循环水通过集水罐（1）进行存储，集水罐（1）上方的补水管（2）在集水罐（1）水位不够时开启进行补水，同时下方的排污管（3）在集水罐（1）清理时排出污水；

步骤2：循环水通过供水泵（4）的抽取首先进入集水罐出水管（9），微阻缓闭止回阀（5）的设置减少供水管路水力损失，为降低供水泵（4）扬程，减少供水能耗创造条件，循环水流经第一流速传感器（6）时，第一流速传感器（6）对此时循环水的流速进行检测并发送给plc控制机构（14）便于后期对流速变化进行对比；

步骤3：循环水经过变频水泵（7）和微阻缓闭止回阀（5），再经过水温传感器（19），水温传感器（19）对水温进行检测并发送给plc控制机构（14）；

步骤4：此时循环水进入换热器（10），循环水与换热器（10）连接的需降温装置的冷却水进行换热，从而实现冷却的作用；

步骤5：吸收了热量的循环水通过供水泵（4）的抽取进入换热器出水管（11），流经限流阀（12）和第一流速传感器（6），此时第一流速传感器（6）对此时流速进行检测并发送至plc控制机构（14），当plc控制机构（14）对比前后两侧水流,当出现流速不够时，plc控制机构（14）便启动变频水泵（7）对水流速机进行补充；循环水通过供水泵（4）微阻缓闭止回阀（5）进入冷却塔（8）；

步骤6：循环水在冷却塔（8）的内部进行有效的散热，再进入回水管（13），回水管（13）上设置的自清洗过滤器（18）以避免老化填料、树叶进入循环水系统堵塞管路，替代现有管道过滤器功能，自清洗过滤器（18）一侧的第二流速传感器（20）此处的流速进行检测并发送至plc控制机构（14），当检测plc控制机构（14）检测值流速过慢时，说明自清洗过滤器（18）已被大量杂质堵塞，便可开启旁流管（16）的旁通阀（17），让水通过旁流管（16）流动，从而绕过自清洗过滤器（18），水流经回水阀（15）最后进入集水罐（1），同时让自清洗过滤器（18）进行自清洗作业，从而保持其高效的过滤。

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