CN114358417A - 用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法 - Google Patents

用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114358417A
CN114358417A CN202111672704.XA CN202111672704A CN114358417A CN 114358417 A CN114358417 A CN 114358417A CN 202111672704 A CN202111672704 A CN 202111672704A CN 114358417 A CN114358417 A CN 114358417A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circulating water
water pump
total
pump
general assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111672704.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114358417B (zh
Inventor
张本营
毕强
段江龙
张振中
杨世强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Shuanglun Co Ltd
Original Assignee
Shandong Shuanglun Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Shuanglun Co Ltd filed Critical Shandong Shuanglun Co Ltd
Priority to CN202111672704.XA priority Critical patent/CN114358417B/zh
Publication of CN114358417A publication Critical patent/CN114358417A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114358417B publication Critical patent/CN114358417B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法，其解决如何使工业循环冷却水系统节能降耗的技术问题，本发明通过对循环水泵系统特性曲线进行建模，以工艺装置工况负荷作为模型的前置反馈条件，通过优化系统对模型进行求解，求得符合当前工艺装置工况负荷下循环水泵的运行状态，最后通过控制系统对循环水泵系统进行调节，达到循环水泵节能降耗的目的。

Description

用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法
技术领域
本发明涉及泵智能控制系统领域，具体而言，涉及一种用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法。
背景技术
循环冷却水系统是工业生产装置必不可少的基本环节，随着我国经济的发展，工业水泵的应用范围越来越广，在钢铁、冶金、发电、矿山、石油、化工、水泥、制药、化肥、造纸等行业的企业都会大批量的使用离心泵、循环泵等系列产品。根据2018年中国电机行业现状及未来发展趋势分析报告，我国电机装机总容量已达4亿多kW，年耗电量达12000亿kWh，占全国总用电量的60％，占工业用电量的80％，其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿kW，年耗电量达8000亿kWh，占全国总用电量的40％左右，泵耗电量约占全国总用电量的15％，即年耗电量约为1200亿kWh。而目前我国的循环水系统运行效率普遍在50％以下。
因此对整个工业循环水系统进行节能，一方面响应了“绿水青山就是金山银山”的号召，对于近年要求的“碳达峰，碳中和”目标具有前瞻性，另一方面降低生产成本，节能降耗，为企业提供更多的利润，循环水系统的节能改造意义重大。
发明内容
本发明就是为了解决如何使工业循环冷却水系统节能降耗的技术问题，提供了一种用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法。
本发明以工艺装置工况负荷作为模型的前置反馈条件，以功耗最小作为目标函数，使得循环水泵在最小功耗下工作。
本发明公开一种用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法，对循环水泵系统特性曲线进行建模，以工艺装置工况负荷作为模型的前置反馈条件，通过优化系统对模型进行求解，求得符合当前工艺装置工况负荷下循环水泵的运行状态，最后通过控制系统对循环水泵系统进行调节。
本发明还公开一种用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，建立各循环水泵性能函数：通过试验得到循环水泵的特性曲线，并通过多项式拟合：
Hi＝a+b·Qi+c·Qi 2+d·Qi 3+e·Qi 4+f·Qi 5+g·Qi 6+h·Qi 7
ηi＝X0+X1·Qi+X2·Qi 2+X3·Qi 3+X4·Qi 4+X5·Qi 5+X6·Qi 6
上式中，Hi为各循环水泵扬程，Qi为各循环水泵流量，a、b、c、d、e、f、g、h为扬程多项式拟合系数，ηi为效率，X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6为效率多项式拟合系数；
步骤S2，建立循环水泵系统阻力函数，通过二次多项式拟合得到：
Figure BDA0003450371190000021
上式中，Hf为循环水泵系统阻力，f1、f2、f3为阻力拟合系数，hZ为工艺装置到泵出口中心线的高度差，hi为各泵出口至母管的阻力；Q总为工艺装置需求总流量，Q总是Qi的求和，Qi是各泵运行流量；
步骤S3，建立功耗最小目标函数MinP总，总功耗P总通过以下公式计算：
Figure BDA0003450371190000031
P总的计算公式中，n为总的运行泵数，Pi为各泵功耗，Pi通过以下公式计算：
Figure BDA0003450371190000032
Pi的计算公式中，Hi为各泵运行扬程，ηi为各泵运行效率，Qi为各泵运行流量；
Qi与Q总关系如下：
Figure BDA0003450371190000033
步骤S4，设置工艺装置工况负荷前置反馈条件：工艺装置工况负荷前置反馈条件根据工艺装置冷却系统进口压力P进、出口压力P出、循环水的回水温度T1和供水温度T2以及工艺装置中换热器需求最大热负荷Gmax和换热器需求最小热负荷Gmin，确定循环水泵流量的最大值Q总max和最小值Q总min：
Figure BDA0003450371190000034
Figure BDA0003450371190000035
Q总max和Q总min计算公式中，c表示水的比热容，g1和g2是经验系数；工艺需求总流量Q总需满足以下限定条件：
Q总min＜Q总＜Q总max；
步骤S5，运用智能优化算法对当前工艺装置工况负荷前置反馈条件下的目标函数MinP总进行求解计算，获得符合当前工况条件下变频器频率数据以及电动阀门开度数据；
步骤S6，控制器根据变频器频率数据调整变频器的频率从而控制各个循环水泵的转速，控制器根据电动阀门开度数据调整各个电动阀门的开度。
本发明的有益效果是，通过对循环水泵系统进行建模，以当前工艺装置工况负荷作为模型的前置反馈条件，通过优化算法对模型进行求解，求得符合当前工艺装置工况负荷前置反馈条件下循环水泵的运行状态，最后经过控制系统对循环水泵系统进行调节，达到循环水泵节能降耗的目的。
本发明进一步的特征和方面，将在以下参考附图的具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。
附图说明
图1是本发明节能降耗运行控制方法的原理图。
附图中符号说明：
1.循环水泵，2.母管。
具体实施方式
如图1所示，工业领域中小型循环水泵智能控制系统包括：循环水泵系统、工艺装置工况负荷和优化系统，运用工艺装置工况负荷与循环水泵运行工况的匹配性，以及通过智能控制系统，保证泵运行在高效区间内，实现节能降耗。
循环水泵系统为循环水泵及其辅助设备以智能控制方式组成的管路系统。循环水泵系统包括循环水泵、变频器、各类传感器、电动阀门，循环水泵用于将循环水加压以满足其工艺生产所需的条件，变频器用于控制循环水泵的转速；各类传感器用于采集流量、压力等信号；电动阀门用于调节冷却水的流量，以及配套控制系统；每个泵出口处的管路设置电动阀门。
工艺装置工况负荷为工业领域中季节变换或生产负荷调整时配套冷却水系统和冷却水系统进出口压力、回水总管压力以及循环水温度监测装置。
优化系统为根据工艺装置工况负荷为前置反馈条件，结合系统模型单元、求解单元和控制系统，用于优化循环水泵的运行，达到节能降耗的目的。
优化算法求解单元用于对优化模型进行求解，得到优化控制方案。
工艺装置工况负荷前置反馈条件：根据工艺装置冷却系统进口压力P进、出口压力P出、循环水的回水温度T1和供水温度T2以及工艺装置中换热器需求最大热负荷Gmax和换热器需求最小热负荷Gmin，确定加压的压力范围与流量范围；进口压力P进是指工艺装置的进水口处的压力，母管与工艺装置的进水口连接；出口压力P出指工艺装置的出水口处的压力，回水管与工艺装置的出水口连接。换热器需求最大热负荷Gmax和换热器需求最小热负荷Gmin是根据生产需求与换热器本身特性决定。
运用智能优化算法对当前工艺装置工况负荷前置反馈条件下的系统模型进行求解计算，获得符合当前工况条件下循环水泵的节能运行转速与阀门开度，并通过控制信号，对循环水泵系统进行调节。具体过程如下：
步骤S1，建立各循环水泵性能函数：通过试验得到循环水泵的特性曲线，并通过多项式拟合：
Hi＝a+b·Qi+c·Qi 2+d·Qi 3+e·Qi 4+f·Qi 5+g·Qi 6+h·Qi 7
ηi＝X0+X1·Qi+X2·Qi 2+X3·Qi 3+X4·Qi 4+X5·Qi 5+X6·Qi 6
上式中Hi为各循环水泵扬程，Qi为各循环水泵流量，对生产的循环水泵成品进行试验得到流量、扬程数据作为多项式拟合的基础数据；a、b、c、d、e、f、g、h为扬程多项式拟合系数，ηi为效率，X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6为效率多项式拟合系数。
步骤S2，建立循环水泵系统阻力函数：通过二次多项式拟合得到：
Figure BDA0003450371190000061
式中Hf为循环水泵系统阻力，f1、f2、f3为阻力拟合系数，hZ为工艺装置到泵出口中心线的高度差，hi为各泵出口至母管的阻力；Q总为工艺装置需求总流量，Q总是Qi的求和，Qi是各泵运行流量。
工业循环冷却水系统运行作用在工艺装置时：Hf＝Hi。
步骤S3，建立功耗最小目标函数：为使得系统功耗最小，采用总功耗作为目标函数MinP总，P总通过以下公式计算：
Figure BDA0003450371190000071
其中P总为总功耗，n为总的运行泵数，Pi为各泵功耗，Pi通过以下公式计算：
Figure BDA0003450371190000072
其中，Hi为各泵运行扬程，ηi为各泵运行效率，Qi为各泵运行流量。Qi与Q总关系如下：
Figure BDA0003450371190000073
步骤S4，设置工艺装置工况负荷前置反馈条件：工艺需求总流量：工艺装置工况负荷前置反馈条件根据工艺装置冷却系统进口压力P进、出口压力P出、循环水的回水温度T1和供水温度T2以及工艺装置中换热器需求最大热负荷Gmax和换热器需求最小热负荷Gmin，确定循环水泵流量的最大值Q总max和最小值Q总min。
Figure BDA0003450371190000074
Figure BDA0003450371190000075
上式中，c表示水的比热容，g1和g2是经验系数。
工艺需求总流量Q总需满足以下限定条件：
Q总min＜Q总＜Q总max
步骤S5，采用智能优化算法对目标函数MinP总进行求解，直到满足判断条件输出最优值。运用智能优化算法对当前工艺装置工况负荷前置反馈条件下的目标函数MinP总进行求解计算，也就是说在满足Q总min＜Q总＜Q总max的条件下，获得符合当前工况条件下变频器频率数据以及电动阀门开度数据。
步骤S6，控制器根据变频器频率数据调整变频器的频率从而控制各个循环水泵的转速。控制器根据电动阀门开度数据调整各个电动阀门的开度。进而使各个循环泵的功耗最小，以达到节能降耗的目的。
通常情况下，电动阀门的开度控制在80％-100％。
以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。

Claims (2)

1.一种用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法，其特征在于：对循环水泵系统特性曲线进行建模，以工艺装置工况负荷作为模型的前置反馈条件，通过优化系统对模型进行求解，求得符合当前工艺装置工况负荷下循环水泵的运行状态，最后通过控制系统对循环水泵系统进行调节。
2.一种用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，建立各循环水泵性能函数：通过试验得到循环水泵的特性曲线，并通过多项式拟合：
Hi＝a+b·Qi+c·Qi 2+d·Qi 3+e·Qi 4+f·Qi 5+g·Qi 6+h·Qi 7
ηi＝X0+X1·Qi+X2·Qi 2+X3·Qi 3+X4·Qi 4+X5·Qi 5+X6·Qi 6
上式中，Hi为各循环水泵扬程，Qi为各循环水泵流量，a、b、c、d、e、f、g、h为扬程多项式拟合系数，ηi为效率，X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6为效率多项式拟合系数；
步骤S2，建立循环水泵系统阻力函数，通过二次多项式拟合得到：
Figure FDA0003450371180000011
上式中，Hf为循环水泵系统阻力，f1、f2、f3为阻力拟合系数，hZ为工艺装置到泵出口中心线的高度差，hi为各泵出口至母管的阻力；Q总为工艺装置需求总流量，Q总是Qi的求和，Qi是各泵运行流量；
步骤S3，建立功耗最小目标函数MinP总，总功耗P总通过以下公式计算：
Figure FDA0003450371180000021
P总的计算公式中，n为总的运行泵数，Pi为各泵功耗，Pi通过以下公式计算：
Figure FDA0003450371180000022
Pi的计算公式中，Hi为各泵运行扬程，ηi为各泵运行效率，Qi为各泵运行流量；
Qi与Q总关系如下：
Figure FDA0003450371180000023
步骤S4，设置工艺装置工况负荷前置反馈条件：工艺装置工况负荷前置反馈条件根据工艺装置冷却系统进口压力P进、出口压力P出、循环水的回水温度T1和供水温度T2以及工艺装置中换热器需求最大热负荷Gmax和换热器需求最小热负荷Gmin，确定循环水泵流量的最大值Q总max和最小值Q总min：
Figure FDA0003450371180000024
Figure FDA0003450371180000025
Q总max和Q总min计算公式中，c表示水的比热容，g1和g2是经验系数；
工艺需求总流量Q总需满足以下限定条件：
Q总min＜Q总＜Q总max；
步骤S5，运用智能优化算法对当前工艺装置工况负荷前置反馈条件下的目标函数MinP总进行求解计算，获得符合当前工况条件下变频器频率数据以及电动阀门开度数据；
步骤S6，控制器根据变频器频率数据调整变频器的频率从而控制各个循环水泵的转速，控制器根据电动阀门开度数据调整各个电动阀门的开度。
CN202111672704.XA 2021-12-31 2021-12-31 用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法 Active CN114358417B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111672704.XA CN114358417B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111672704.XA CN114358417B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114358417A true CN114358417A (zh) 2022-04-15
CN114358417B CN114358417B (zh) 2023-06-20

Family

ID=81104647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111672704.XA Active CN114358417B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114358417B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117234071A (zh) * 2023-11-16 2023-12-15 中控技术股份有限公司 一种基于温压控制的循环水系统节能优化方法与装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104131983B (zh) * 2014-07-24 2016-06-08 扬州大学 石化循环冷却水系统泵阀最优组合运行方案确定方法
WO2016197849A1 (zh) * 2015-06-09 2016-12-15 邻元科技（北京）有限公司 控制方法、冷机系统、冷机控制器、冷却塔系统、冷却塔控制器、水泵系统和水泵控制器
CN108320042B (zh) * 2017-12-05 2022-06-24 浙江中控软件技术有限公司 循环水系统的优化方法与装置
CN111402074B (zh) * 2018-12-17 2023-11-24 中国科学院沈阳自动化研究所 一种循环水系统质能综合优化方法
CN112228329A (zh) * 2020-10-22 2021-01-15 西安热工研究院有限公司 一种自动优化调整循环水泵运行频率的系统、装置及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117234071A (zh) * 2023-11-16 2023-12-15 中控技术股份有限公司 一种基于温压控制的循环水系统节能优化方法与装置
CN117234071B (zh) * 2023-11-16 2024-01-26 中控技术股份有限公司 一种基于温压控制的循环水系统节能优化方法与装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN114358417B (zh) 2023-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105020845B (zh) 一种空调系统联动节能控制系统及方法
CN101865613B (zh) 基于动力合成器的冷却塔综合节能系统及其控制方法
CN102542120B (zh) 一种节能式循环冷却水系统的设计方法
CN101413709B (zh) 一种优化制冷机与冷却水泵总能耗的冷却水流量控制方法
CN110392515A (zh) 一种基于历史数据的冷热源机房节能控制方法及系统
CN109325255B (zh) 基于定功率的湿冷汽轮机最佳真空在线指导系统
CN202734154U (zh) 中央空调自寻优智能模糊控制装置
CN102094801A (zh) 基于输送能耗最低的泵组优选方法
CN104501421A (zh) 一种变频双级压缩热泵热水器的控制方法
CN108564210B (zh) 冷却水循环系统阻力优化调试方法
CN115823706B (zh) 一次泵自适应变压差节能控制系统及方法
CN107560255B (zh) 热泵机组及其控制方法
CN109682019B (zh) 一种中央空调冷冻水换热器二次侧出水温度在线优化方法
CN113701321B (zh) 一种中央空调水泵节能变频控制方法
CN208952510U (zh) 一种改进型恒压供水工业冷却水循环系统
CN203443473U (zh) 一种开式工业冷却水系统能效控制装置
CN114358417B (zh) 用于工业循环冷却水系统的节能降耗运行控制方法
CN110966170A (zh) 一种间接空冷发电机组冷端背压的实时控制方法
CN101008475A (zh) 一种在线流体系统的纠偏方法
CN110953922B (zh) 间接空冷系统基于最低防冻允许背压下的最小循环水流量调控方法
CN2886393Y (zh) 智能换热机组
CN108664702B (zh) 提升多级离心凝结水泵设计点扬程的方法
CN103307446A (zh) 一种稳定流量水系统的节能方法
CN105805906B (zh) 集中供冷供热站多级泵远距离输送系统
CN113188341A (zh) 一种凝汽器最佳真空多维度在线优化控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant