CN217083063U - 一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统 - Google Patents

Abstract

一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，至少包括自由制冷模块，主要由依次闭环连接的冷却塔、循环水泵和换热器组成，其中所述冷却塔用于与大气换热，使循环水达到湿球温度，处于低温状态；所述换热器通设置在制冷机的进水端的并联管路上，用于与制冷机的水源换热，对其降温；同时，换热器还直接连接至高温介质降温设备。本实用新型能够实现稳定的温控效果，且能始终保持较低的能耗，安全节能。

Description

一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统

技术领域

本实用新型涉及一种工艺冷水供应设备，尤其是，应用于化工、焦化、半导体、光伏等行业及其它有大量的低温工艺冷水需求的领域。

背景技术

公知的，在煤化工、炼焦、半导体等行业，存在着大量的工艺冷水需求，主要是用于原料气体和设备的降温，如合成氨的合成气、炼焦的荒煤气等，在被加压输送前，均设有工艺冷水冷却系统，来降低气体的温度，提高压缩机的压缩量，从而降低压缩机电耗。

目前，上述行业中采用的工艺冷水冷却系统均配置制冷机组生产工艺冷水供生产使用，制冷机组有电制冷或吸收式溴化锂制冷等方式。为保障生产的稳定运行，制冷机组一般要常年运行。这种运行方式能耗大，特别是在冬季，尤其是长期严寒的北方，会消耗了大量的电能、热能，节能性有待提高。

此外，通过上述现有技术的工艺冷水对于高温介质的冷却，由于均是直接采用制冷机，在制冷机能够获得较稳定的温控时，可以对高温介质的冷却。但如果不稳定则可能会造成系统问题，比如管道爆裂等等，存在较大的安全隐患。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提供一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，能够实现稳定的温控效果，且能始终保持较低的能耗，安全节能。

本实用新型解决其技术问题采用的一种技术方案是：

一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，包括：

制冷机制冷模块，设有由制冷机和水源储存设备组成的闭合回路，制冷机通过管路提供高温介质降温的工艺冷水，高温介质降温设备的回水作为制冷机的水源通过管路输送至水源储存设备；

自由制冷模块，主要由依次闭环连接的冷却塔、循环水泵和换热器组成，其中所述冷却塔用于与大气换热，使循环水达到湿球温度，处于低温状态；所述换热器通设置在制冷机的进水端的并联管路上，用于与制冷机的水源换热，对其降温；同时，换热器还直接连接至高温介质降温设备；

在制冷机制冷模块的水源储存设备与换热器之间、制冷机制冷模块的水源储存设备与制冷机之间、换热器与制冷机之间、换热器与高温介质降温设备之间分别设有第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和第四调节阀。

通过该技术方案，可以根据不同的季节，对应不同的气温和水温，灵活选择自由制冷模块的使用情况和程度，从而做到充分利用环境中的冷量，单独作用或与制冷机协同作用形成工艺冷水，最终在保证稳定温控的基础上，实现全年最少能耗量，经济效益十分显著。

本实用新型解决其技术问题采用的另一种技术方案是：

一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，包括：

制冷机制冷模块，设有制冷机和水源储存设备组成的闭合回路，制冷机通过管路提供高温介质降温的工艺冷水，高温介质降温设备的回水作为制冷机的水源通过管路输送至水源储存设备；

自由制冷模块，主要由依次闭环连接的冷却塔、循环水泵和换热器组成，其中所述冷却塔用于与大气换热，使循环水达到湿球温度，处于低温状态；所述换热器通设置在制冷机的进水端的并联管路上，用于与制冷机的水源换热，对其降温。

通过该技术方案，能够在春秋季，用自由冷却模块部分替代现有的原制冷机组的制冷机制冷模块，节约制冷机组的电耗或热耗，且可以减少循环水的使用，制冷机组的稳定性也得到控制。

本实用新型解决其技术问题采用的再一种技术方案是：

一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，包括：

自由制冷模块，主要由依次闭环连接的冷却塔、循环水泵和换热器组成，其中所述冷却塔用于与大气换热，使循环水达到湿球温度，处于低温状态；

高温介质降温设备，用于利用工艺冷水对高温介质进行降温，其回水通过换热器换热降温后再连接返回至高温介质降温设备。

通过该技术方案，能够在冬季，用自由冷却模块全部替代现有的制冷机组用自由冷却模块，绝对性节约制冷机组的电耗或热耗，且可以减少循环水的使用。

相比现有技术，本实用新型的上述各技术方案，利用自由制冷模块实现部分或全部自由冷却，即能够充分利用低温环境的冷量，使工艺冷水降温，从而降低制冷机的做功负荷，达到降低电耗或热耗的目的，从而降低企业的经营成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1a是本实用新型第一实施例的结构框图。

图1b是本实用新型第一实施例在夏天模式下的连通结构框图。

图1c是本实用新型第一实施例在春秋模式下的连通的结构框图。

图1d是本实用新型第一实施例在冬天模式下的连通的结构框图。

图2是本实用新型第二实施例的结构框图。

图3是本实用新型第三实施例的结构框图。

图中，1、冷却塔，2、板式换热器，3、制冷机，4、冷却器，5、水箱，6、冷水泵，7、循环水泵，8、第一调节阀，9、第二调节阀，10、第三调节阀，11、第四调节阀。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

图1a、1b、1c和1d示出了本实用新型一个较佳的第一实施例的结构示意图，图中的一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，包括：制冷机制冷模块，设有由制冷机3和水源储存设备组成的闭合回路，制冷机3通过管路提供高温介质降温的工艺冷水，高温介质降温设备的回水作为制冷机3的水源通过管路输送至水源储存设备；自由制冷模块，主要由依次闭环连接的冷却塔1、循环水泵7和换热器组成，其中所述冷却塔1用于与大气换热，使循环水达到湿球温度，处于低温状态；所述换热器通设置在制冷机3的进水端的并联管路上，用于与制冷机3的水源换热，对其降温；同时，换热器还直接连接至高温介质降温设备；在制冷机制冷模块的水源储存设备与换热器之间、制冷机制冷模块的水源储存设备与制冷机3之间、换热器与制冷机3之间、换热器与高温介质降温设备之间分别设有第一调节阀8、第二调节阀9、第三调节阀10和第四调节阀11。

在本实施例中，所述制冷机制冷模块的水源储存设备可以为水箱5，或其他储水装置，例如水池，通过冷水泵6连接至制冷机3，换热器通过并联管路安装在冷水泵6和制冷机3之间。所述换热器采用板式换热器2。所述高温介质降温设备为冷却器4。

本实施例通过控制第一调节阀8、第二调节阀9、第三调节阀10和第四调节阀11的开闭及开度调节，使工艺流程可以随意切换，同时可调节各自所在管道的工艺冷水流量，适应不同的季节和工况的变化。根据季节变化，具体实现以下三种运行方式：

1)夏季，气温较高，环境温度高于工艺冷水回水温度，运行方式为(简称夏季模式)：关闭冷却塔1和循环水泵7，关闭第一调节阀8，打开第二调节阀9，关闭第三调节阀10和第四调节阀11，此时，冷量全部由制冷机3完成。

2)春秋季，当环境的湿球温度低于工艺冷水的回水温度时，可部分替代制冷机组的负荷，运行方式为(春秋模式)：开启冷却塔1和循环水泵7，循环水进入板式换热器2换热，打开第一调节阀8、第二调节阀9和第三调节阀10，关闭第四调节阀11，第一调节阀8和第二调节阀9的开度，视环境温度而定，此时供冷量由环境冷量和制冷机3共同完成。

3)冬季，环境的湿球温度低于工艺冷水的上水温度，全部替代制冷机3组的负荷，运行方式为(冬季模式)：开启冷却塔1和循环水泵7，循环水进入板式换热器2换热，打开第一调节阀8，关闭第二调节阀9和第三调节阀10，打开第四调节阀11，此时供冷量由环境冷量独立完成。

在图2所示的第二实施例中，一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，包括：制冷机制冷模块，设有制冷机和水源储存设备组成的闭合回路，制冷机3通过管路提供高温介质降温的工艺冷水，高温介质降温设备的回水作为制冷机3的水源通过管路输送至水源储存设备；自由制冷模块，主要由依次闭环连接的冷却塔1、循环水泵7和换热器组成，其中所述冷却塔1用于与大气换热，使循环水达到湿球温度，处于低温状态；所述换热器通设置在制冷机3的进水端的并联管路上，用于与制冷机3的水源换热，对其降温。

在本实施例中，所述制冷机制冷模块的水源储存设备可以为水箱5，或其他储水装置，例如水池，通过冷水泵6连接至制冷机3，换热器通过并联管路安装在冷水泵6和制冷机3之间。所述换热器采用板式换热器2。所述高温介质降温设备为冷却器4。

本实施例的系统是春秋季部分替代制冷机3：冷却塔1中循环水与大气进行换热，降低循环水的温度，然后让循环水与工艺冷水在板式换热器2中进行换热，降低工艺冷水的温度，工艺冷水进入制冷机3进一步降温，然后再与高温介质在冷却器4中换热，达到给高温介质冷却的效果。

在图3所示的另一个第三实施例中，一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，包括：自由制冷模块，主要由依次闭环连接的冷却塔1、循环水泵7和换热器组成，其中所述冷却塔1用于与大气换热，使循环水达到湿球温度，处于低温状态；高温介质降温设备，用于利用工艺冷水对高温介质进行降温，其回水通过换热器换热降温后再连接至高温介质降温设备。

在本实施例中，所述换热器采用板式换热器2。所述高温介质降温设备为冷却器4。从冷却塔1出来的低温的循环水与工艺冷水在板式换热器2中换热，将工艺冷水的温度进一步降低。

该实施例的系统是冬季全替代制冷机3：冷却塔1中循环水与大气进行换热，降低循环水的温度，然后让循环水与工艺冷水在板式换热器2中进行换热，降低工艺冷水的温度，工艺冷水再与高温介质在冷却器4中换热，达到给高温介质冷却的目的。循环水和工艺冷水，由各自的泵进行加压输送。

本实用新型以上各实施例，为了保证了系统的稳定性以及整体联动/连锁性，还包括DCS控制器，所述第一调节阀8、第二调节阀9、第三调节阀10、第四调节阀11、循环水泵7、冷水泵6和制冷机3都通过DCS控制器进行联控，实现自动化控制，根据季节变化，调节水量和温度。具体地，实现第一调节阀8、第二调节阀9、第三调节阀10、第四调节阀11开闭、开度等状态可控性，对工艺冷水的温度进行自动调节、感测等控制，循环水量采用变频控制。进一步地，还可以在各设备和或其连接管路中设置监测装置，具体可以是循环水、工艺冷水的流量、温度、压力等的检测仪表。

考虑到设备及管道布置尽可能紧凑，减少管道的长度，从而降低建设成本。本实用新型各实施例可新建，亦可与已有的制冷装置改建。

在所有实施例中，冷却塔1可以选用多种具体种类，只有满足在冷却塔1中能够实现循环水和大气充分换热即可。而所述的制冷机3也可以包含多种类型，例如吸收式制冷机(如溴化锂)、电-热制冷机型(即半导体制冷器)，工艺冷水温度一般控制在7℃以上。

作为所有实施例的优选设计方案，所述冷水泵6的电机采用变频控制，即选用变频泵，在不使用自由冷却的季节降低系统耗电，达到节能效果。所述循环水泵7的电机采用变频控制，即选用变频泵，在冬季时，可根据环境温度调节循环水量，降低系统耗电，达到节能效果。

本实用新型各实施例的一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，能够通过自由制冷模块与环境中的冷量进行热交换来形成工艺冷水，一方面通过自由制冷模块，另一方面利用换热器与制冷机制冷模块协同，在春秋季尤其是冬季，可全部或部分替代现有的制冷机组，节约制冷机组的电耗或热耗，且可以减少或不用循环水。煤及下游产业主要集中在我国的北方，冬季气温低，环境中存在极大的冷量。经过初步估算，在冬季全部替代制冷机组的时候，每kWh的冷量，节约耗电约0.1887kWh(此值为制冷机组COP的倒数，以COP 5.3计)，而我国北方地区，每年低温天气长达4个月以上，综合经济效益十分显著。同时，借由自由制冷模块与制冷机制冷模块的协调或替代作用，还很大程度降低了不稳定情况的发生，系统安全性大幅提升。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，其特征是，包括：

制冷机制冷模块，设有由制冷机(3)和水源储存设备组成的闭合回路，制冷机(3)通过管路提供高温介质降温的工艺冷水，高温介质降温设备的回水作为制冷机(3)的水源通过管路输送至水源储存设备；

自由制冷模块，主要由依次闭环连接的冷却塔(1)、循环水泵(7)和换热器组成，其中所述冷却塔(1)用于与大气换热，使循环水达到湿球温度，处于低温状态；所述换热器通设置在制冷机(3)的进水端的并联管路上，用于与制冷机(3)的水源换热，对其降温；同时，换热器还直接连接至高温介质降温设备；

在制冷机制冷模块的水源储存设备与换热器之间、制冷机制冷模块的水源储存设备与制冷机(3)之间、换热器与制冷机(3)之间、换热器与高温介质降温设备之间分别设有第一调节阀(8)、第二调节阀(9)、第三调节阀(10)和第四调节阀(11)。

2.根据权利要求1所述的一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，其特征是：还包括DCS控制器，用于控制所述第一调节阀(8)、第二调节阀(9)、第三调节阀(10)和或第四调节阀(11)的开闭及开度调节，或者用于调控循环水泵(7)、冷水泵(6)和制冷机(3)工况。

3.根据权利要求2所述的一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，其特征是：还包括监测装置，设置在各设备和或其连接管路中，用于监测循环水、工艺冷水的流量、温度和压力。

4.根据权利要求2所述的一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，其特征是：所述循环水泵(7)和冷水泵(6)均选用变频泵。

5.根据权利要求1所述的一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，其特征是：所述制冷机制冷模块的水源储存设备为水箱(5)，通过冷水泵(6)连接至制冷机(3)，换热器通过并联管路安装在冷水泵(6)和制冷机(3)之间。

6.一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，其特征是，包括：

制冷机制冷模块，设有由制冷机(3)和水源储存设备组成的闭合回路，制冷机(3)通过管路提供高温介质降温的工艺冷水，高温介质降温设备的回水作为制冷机(3)的水源通过管路输送至水源储存设备；

自由制冷模块，主要由依次闭环连接的冷却塔(1)、循环水泵(7)和换热器组成，其中所述冷却塔(1)用于与大气换热，使循环水达到湿球温度，处于低温状态；所述换热器通设置在制冷机(3)的进水端的并联管路上，用于与制冷机(3)的水源换热，对其降温。

7.一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，其特征是，包括：

自由制冷模块，主要由依次闭环连接的冷却塔(1)、循环水泵(7)和换热器组成，其中所述冷却塔(1)用于与大气换热，使循环水达到湿球温度，处于低温状态；

高温介质降温设备，用于利用工艺冷水对高温介质进行降温，其回水通过换热器换热降温后返回。

8.根据权利要求1或6或7所述的一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，其特征是：所述换热器采用板式换热器(2)。

9.根据权利要求1或6或7所述的一种基于自由冷却的北方工艺冷水供应系统，其特征是：所述高温介质降温设备为冷却器(4)。

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