TWI795279B

TWI795279B - 冰水機節能操作調控方法

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Publication number: TWI795279B
Application number: TW111115959A
Authority: TW
Inventors: 張鈞程; 陳丁碩; 李銘偉; 蔡文誠; 俞天峻
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2023-03-01
Also published as: TW202342924A

Abstract

一種冰水機節能操作調控方法，包括以下步驟：建立低壓蒸汽用量與冰水溫度關係，建立冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型；分析冰水機組效能，計算出冰水機性能係數；估計低壓蒸汽用量，計算所需低壓蒸汽用量；計算中壓蒸汽補償量，當所需低壓蒸汽用量不足時，透過中壓蒸汽降壓補充，達到所需低壓蒸汽用量；以及依據中壓蒸汽補償量建立智能調整邏輯，為使冰水機組維持於高能源效率運轉，避免供過於求情形，設計調整邏輯，依據中壓蒸汽補償量與冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型決定調整各冰水機組的操作。

Description

冰水機節能操作調控方法

本發明為一種冰水機節能操作調控方法，尤其是關於調控多台單雙效冰水機提供穩定蒸汽且符合需求，優化蒸汽使用效率，達到最經濟負載組合提供冷能的節能調控方法。

吸收式冰水機功能為提供冰水至製程熱交換器，類型可進一步細分為單效式與雙效式，雙效吸收式冰水機直接採用中壓蒸汽管網提供中壓蒸汽作為動力源；單效吸收式冰水機動力來源為低壓蒸汽，其來源為中壓蒸汽於其他製程如汽輪機、蒸餾塔做功後的剩餘蒸汽。而當低壓蒸汽不足時，必須由中壓蒸汽直接降壓補充，當低壓蒸汽過多時則必須排放，單效與雙放吸收式冰水機產出冰水經匯集一起後，送至各製程使用。因此吸收式冰水機在操作上，面臨兩個難題包括如何調配單雙效負載降低中壓蒸汽補充量與低壓蒸汽排放量；以及如何有效配置多台單效冰水機負載，以最經濟負載組合提供冷能。

又，科學家Felli在1983年針對吸收器、發生器、冷凝器、蒸發器以及熱交換器五個主要元件內部的熱容量與各元件的溫度，定義出水機的性能參數，並對各元件彼此溫度關係作討論以求得到最佳的COP(性能係數)值。(見文獻M.Felli，”Absorption refrigeration thermodynamics”，ASHRAE Trans.,89,189-204,1983.)

由過去的研究可以得知可由能量與質量方程式建立冰水機模型，了解冰水機效率與冰水機各元件的關聯，透過不同操作條件之下對冰水機效率改變，但是整體的控制調整技術，僅說明冰水機單機操作，並未考量多台機組及不同動力來源之冰水機操作搭配。

於是，為解決習知多台冰水機整體的控制調整技術，建立多機組多動力源的吸收式冰水機組節能操作模式，可依據運轉機組性能與能源供需情形提供負載調整建議，提高能源使用效率。

為達成上述目的，本發明提供一種冰水機節能操作調控方法，用於建立單雙效冰水機組節能操作模式，其方法包括以下步驟：建立一低壓蒸汽用量與一冰水溫度關係，應用一製程數據分析並建立一冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型；分析冰水機組效能，依據至少一冰水機組中的冰水散熱量以及該低壓蒸汽用量計算出一冰水機性能係數；估計該低壓蒸汽用量，依據該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型及該冰水機性能係數計算所需該低壓蒸汽用量；計算一中壓蒸汽補償量，當所需該低壓蒸汽用量不足時，透過一中壓蒸汽降壓補充，達到所需該低壓蒸汽用量；以及依據該中壓蒸汽補償量建立智能調整邏輯，為使該些冰水機組維持於高能源效率運轉，避免供過於求情形，設計調整邏輯，依據該中壓蒸汽補償量與該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型決定調整該些冰水機組的各別操作；其中，該些冰水機為一單效冰水機組、一雙效冰水機組或其組合。

在一些實施方案中，該製程數據分析及計算各空壓機組的該冰水機性能係數，與該低壓蒸汽用量，調整該中壓蒸汽補償量，可提高能源效率。

在一些實施方案中，該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型依據冰水機的一冰水入口溫度、一冷卻水入口溫度、一冰水產量、以及一蒸氣消耗量，透過多元回歸分析方式預測出一冰水出口溫度，用以建構該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型。

在一些實施方案中，該單效冰水機組動力源為低壓蒸汽，該雙效冰水機組動力源為中壓蒸汽

在一些實施方案中，該中壓蒸汽補償量為低壓蒸汽使用量總合減去低壓蒸汽產生量總合。

在一些實施方案中，該中壓蒸汽補償量大於0時，表示低壓蒸汽使用量總和大於低壓蒸汽產生量總合，降載該單效冰水機組，並升載該雙效冰水機組。

在一些實施例中，該中壓蒸汽補償量小於0時，表示低壓蒸汽使用量總和小於低壓蒸汽產生量總合，升載該單效冰水機組，並降載該雙效冰水機組。

在一些實施例中，依據該中壓蒸汽補償量以及一雙效冰水機組運轉界限值，計算出一蒸汽調節量，並依據該蒸汽調節量透過該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型，計算出該雙效冰水機組的一出口水溫設定值。

為達成上述目的，本發明更提供另一種冰水機節能操作調控方法，用於建立單效冰水機組節能操作模式，其方法包括以下步驟：建立一低壓蒸汽用量與一冰水溫度關係，應用一製程數據分析並建立一冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型；分析冰水機組效能，依據至少一冰水機組中的冰水散熱量以及該低壓蒸汽用量計算出相對應的一冰水機性能係數；以及依據該冰水機性能係數建立智能調整邏輯，為使該些冰水機組維持於高能源效率運轉，避免供過於求情形，設計調整邏輯，依據該冰水機性能係數與該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型決定調整該些冰水機組的各別操作；其中，該些冰水機為一單效冰水機組。

在一些實施例中，該單效冰水機組動力源為低壓蒸汽。

本發明建立冰水機節能操作調控，為維持提供至下游冷能不變，自動平衡單雙效冰水機負載，減少低壓蒸汽排放量，亦避免中壓蒸氣的浪費，有效達到節能目標。

S110~S230:步驟

圖1為本發明一實施例之單雙效冰水機節能操作調控方法的流程圖；圖2為本發明一實施例之單效冰水機節能操作調控方法的流程圖；圖3為本發明一實施例之單雙效冰水機節能操作調控方法的調整邏輯示意圖；圖4為本發明一實施例之單效冰水機節能操作調控方法的調整邏輯示意圖；圖5為本發明一實施例之建模結果與預測結果示意圖。

茲配合圖式將本發明實施例詳細說明如下，其所附圖式主要為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本發明之基本結構，因此在該等圖式中僅標示與本發明有關之元件，且所顯示之元件並非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態有可能更為複雜。

以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可據以實施的特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本申請，而非用以限制本申請。另外，在說明書中，除非明確地描述為相反的，否則詞語“包括”將被理解為意指包括所述元件，但是不排除任何其它元件。

圖1為本發明一實施例之單雙效冰水機節能操作調控方法的流程圖。請參照圖1所示，本案揭露一種冰水機節能操作調控方法，用於建立單雙效冰水機組節能操作模式，其方法包括以下步驟：步驟S110：建立一低壓蒸汽用量與一冰水溫度關係，應用一製程數據分析並建立一冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型；步驟S120：分析冰水機組效能，依據至少一冰水機組中的冰水散熱量以及該低壓蒸汽用量計算出一冰水機性能係數；步驟S130：估計該低壓蒸汽用量，依據該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型及該冰水機性能係數計算所需該低壓蒸汽用量；步驟S140：計算一中壓蒸汽補償量，當所需該低壓蒸汽用量不足時，透過一中壓蒸汽降壓補充，達到所需該低壓蒸汽用量；以及步驟S150：依據該中壓蒸汽補償量建立智能調整邏輯，為使該些冰水機組維持於高能源效率運轉，避免供過於求情形，設計調整邏輯，依據該中壓蒸汽補償量與該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型決定調整該些冰水機組的各別操作。

其中，該些冰水機為一單效冰水機組、一雙效冰水機組或其組合。

在本發明的一些實施例中，該製程數據分析及計算各空壓機組的該冰水機性能係數，與該低壓蒸汽用量，調整該中壓蒸汽補償量，可提高能源效率。

其中，冰水機性能係數計算公式為：

其中，F _steam為蒸汽流量(kg/h)，h _steam為蒸汽熱焓，取值590kcal/kg。

由於冰水機透過遠端控制，僅能從控制室調整冰水出口溫度，冰水出口溫度設定越低，表示負載越大，需要越多的蒸汽，反之冰水出口溫度設定越高，表示負載越小。

該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型依據冰水機的一冰水入口溫度、一冷卻水入口溫度、一冰水產量、以及一蒸氣消耗量，在一定數據範圍內，以一小時平均為一比數據的時間間格，透過多元回歸分析方式預測出一冰水出口溫度，用以建構該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型。

其中，該冰水出口溫度的預測公式為：T _{冰水出口溫度=} C ₁×T _{冰水入口溫度}+C ₂×T _{冷卻水入口溫度}+C ₃×T _冰水產量+C ₄×T _蒸汽消耗+C ₅

在本發明的一些實施例中，該單效冰水機組動力源為低壓蒸汽，雙效冰水機組動力源為中壓蒸汽。

其中，中壓蒸氣透過中壓蒸氣管網直接提供，低壓蒸汽來源為其他製程單元使用後之剩餘蒸汽，當低壓蒸汽不足時，可以由中壓蒸氣管網直接降壓補充，當低壓蒸汽過剩時則由排放閥排放。

該中壓蒸汽補償量為低壓蒸汽使用量總合減去低壓蒸汽產生量總合。

計算公式為：F _steam-makeup=Σ F _steam-use-Σ F _steam-prod；其中F _steam-makeup為中壓蒸氣補償量(kg/h)，F _steam-use為各低壓蒸汽使用量，F _steam-prod為各低壓蒸汽產生量。

當中壓蒸汽補償量為正值表示低壓蒸汽使用量總合大於低壓蒸汽產生量總合，需從中壓蒸汽管網補充；反之，負值代表低壓蒸汽產生量總合大於低壓蒸汽使用量總合，低壓蒸汽管網會排放，以穩定壓力。

在本發明的一些實施例中，該中壓蒸汽補償量大於0時，表示低壓蒸汽使用量總和大於低壓蒸汽產生量總合，降載單效冰水機組，並升載雙效冰水機組。

在本發明的一些實施例中，該中壓蒸汽補償量小於0時，表示低壓蒸汽使用量總和小於低壓蒸汽產生量總合，升載單效冰水機組，並降載雙效冰水機組。

在本發明的一些實施例中，更依據該中壓蒸汽補償量以及一雙效冰水機組運轉界限值，計算出一蒸汽調節量，並依據該蒸汽調節量透過該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型，計算出該雙效冰水機組的一出口水溫設定值。

圖2為本發明一實施例之單效冰水機節能操作調控方法的流程圖。請參照圖2所示，本案更揭露一種冰水機節能操作調控方法，用於建立單效冰水機組節能操作模式，其方法包括以下步驟：步驟S210：建立一低壓蒸汽用量與一冰水溫度關係，應用一製程數據分析並建立一冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型；步驟S220：分析冰水機組效能，依據至少一冰水機組中的冰水散熱量以及該低壓蒸汽用量計算出相對應的一冰水機性能係數；以及步驟S230：依據該冰水機性能係數建立智能調整邏輯，為使該些冰水機組維持於高能源效率運轉，避免供過於求情形，設計調整邏輯，依據該冰水機性能係數與該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型決定調整該些冰水機組的各別操作。

其中，該些冰水機為一單效冰水機組。

在本發明的一些實施例中，該單效冰水機組動力源為低壓蒸汽。

為使單雙效冰水機能維持於高能源效率運轉，避免蒸汽供過於求情形，設計智慧化運轉調整邏輯，依據中壓蒸汽補償量決定單雙效冰水機升降載操作。圖3為本發明一實施例之單雙效冰水機節能操作調控方法的調整邏輯示意圖，首先由低壓蒸汽使用量與低壓蒸汽產生量計算當下的中壓蒸氣補償量，假如該中壓蒸汽補償量大於0時，表示低壓蒸汽使用量總和大於低壓蒸汽產生量總合，若未即時調整機組負載，則必須由中壓蒸汽補充至低壓蒸汽，然而中壓蒸汽用於雙效機組其效率遠大於用於單效機組，由於單效與雙效冰水機產出冰水後經匯集再送往下游製程使用，因此，在維持輸送呈下游冰水溫度不變之下(維持提供相同冷能)，可適度降載單效機組，升載雙效機組，降低中壓蒸汽補充量。

同樣的，當該中壓蒸汽補償量小於0時，表示低壓蒸汽使用量總和小於低壓蒸汽產生量總合，若未調整冰水機負載，則低壓蒸汽必須排放，因此可適度升載單效機組以增加低壓蒸汽使用量，但要維持提供至下游冷能不變之下，必須同時降載雙效機組，此調整方法可減少低壓蒸汽排放量。

圖4為本發明一實施例之單效冰水機節能操作調控方法的調整邏輯示意圖。如圖4所示在單效冰水機組中，由多台單效冰水機組成，各台冰水機的性能係數不同，因此，可藉由調整負載，降低整體低壓蒸汽耗用。

在本發明的一些實施例中，在多台單效冰水機運轉時，透過比較性能係數(COP)與冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型調整各台單效冰水機負載。

圖5為本發明一實施例之建模結果與預測結果示意圖。如圖5所示建棋結果顯示其r-sq(判定係數)均大於90%，且平均絕對誤差小於0.2℃，經由新數據進行驗證，預測結果也顯示平均絕對誤差小於0.2℃，此結果說明，所建立之冰水機出口水溫模型準確性高，可用於出口水溫預測。

在本發明的一些實施例中，下表1為例說明單雙效冰水機系統測試結果，由建立的單雙效冰水機負載調整技術進行現場測試，依據蒸汽補償量的計算結果，調整單雙效冰水機的負載，表1說明負載改變前後的差異。改善前：中壓蒸汽補充量=1.52t/hr*386hr/(386hr+334hr)=0.815t/h，改善後：中壓蒸汽補充量=0.32t/hr*13hr/(13hr+203hr)=0.02t/h，降低中壓蒸汽補充量0.795ton/h。

在本發明的一些實施例中，下表2為例說明單效冰水機系統測試結果，依據負載計算建議，比較未調整負載與調整負載的兩種操作模式差異，結果顯示單位蒸汽製造冷凍噸可增加1.12%。

綜上所述，本冰水機節能操作調控方法建立冰水機節能操作調控，為維持提供至下游冷能不變，自動平衡單雙效冰水機負載，減少低壓蒸汽排放量，亦避免中壓蒸氣的浪費，有效達到節能目標。

上述揭示的實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

S110~S150:步驟

Claims

一種冰水機節能操作調控方法，用於建立單雙效冰水機組節能操作模式，其方法包括以下步驟：建立一低壓蒸汽用量與一冰水溫度關係，應用一製程數據分析並建立一冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型；分析冰水機組效能，依據至少一冰水機組中的冰水散熱量以及該低壓蒸汽用量計算出相對應的一冰水機性能係數；估計該低壓蒸汽用量，依據該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型及該冰水機性能係數計算所需該低壓蒸汽用量；計算一中壓蒸汽補償量，當所需該低壓蒸汽用量不足時，透過一中壓蒸汽降壓補充，達到所需該低壓蒸汽用量；以及依據該中壓蒸汽補償量建立智能調整邏輯，為使該些冰水機組維持於高能源效率運轉，避免供過於求情形，設計調整邏輯，依據該中壓蒸汽補償量與該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型決定調整該些冰水機組的各別操作；其中，該些冰水機為一單效冰水機組、一雙效冰水機組或其組合。
如請求項1所述之冰水機節能操作調控方法，其中該製程數據分析及計算各空壓機組的該冰水機性能係數，與該低壓蒸汽用量，調整該中壓蒸汽補償量，可提高能源效率。
如請求項1所述之冰水機節能操作調控方法，其中該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型依據冰水機的一冰水入口溫度、一冷卻水入口溫度、一冰水產量、以及一蒸氣消耗量，透過多元回歸分析方式預測出一冰水出口溫度，用以建構該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型。
如請求項1所述之冰水機節能操作調控方法，其中該單效冰水機組動力源為低壓蒸汽，該雙效冰水機組動力源為中壓蒸汽。
如請求項4所述之冰水機節能操作調控方法，其中該中壓蒸汽補償量為低壓蒸汽使用量總合減去低壓蒸汽產生量總合。
如請求項5所述之冰水機節能操作調控方法，其中該中壓蒸汽補償量大於0時，表示低壓蒸汽使用量總和大於低壓蒸汽產生量總合，降載該單效冰水機組，並升載該雙效冰水機組。
如請求項5所述之冰水機節能操作調控方法，其中該中壓蒸汽補償量小於0時，表示低壓蒸汽使用量總和小於低壓蒸汽產生量總合，升載該單效冰水機組，並降載該雙效冰水機組。
如請求項1所述之冰水機節能操作調控方法，其中依據該中壓蒸汽補償量以及一雙效冰水機組運轉界限值，計算出一蒸汽調節量，並依據該蒸汽調節量透過該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型，計算出該雙效冰水機組的一出口水溫設定值。
一種冰水機節能操作調控方法，用於建立單效冰水機組節能操作模式，其方法包括以下步驟：建立一低壓蒸汽用量與一冰水溫度關係，應用一製程數據分析並建立一冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型；分析冰水機組效能，依據至少一冰水機組中的冰水散熱量以及該低壓蒸汽用量計算出相對應的一冰水機性能係數；以及依據該冰水機性能係數建立智能調整邏輯，為使該些冰水機組維持於高能源效率運轉，避免供過於求情形，設計調整邏輯，依據該冰水機性能係數與該冰水機出口水溫與蒸汽用量關係模型決定調整該些冰水機組的各別操作；其中，該些冰水機為一單效冰水機組。
如請求項9所述之冰水機節能操作調控方法，其中該單效冰水機組動力源為低壓蒸汽。