工業循環水恒溫變頻控制系統節能技術

藍鵬

（重慶賽迪冶煉裝備系統集成工程技術研究中心有限公司，重慶401122）

工業循環水恒溫變頻控制系統節能技術

藍鵬

（重慶賽迪冶煉裝備系統集成工程技術研究中心有限公司，重慶401122）

主要針循環水系統運行特點，進水溫度隨季節等因素變化，而設備要求進水溫度條件沒有變化，從系統節能考慮調整循環水泵運行機制。

循環水系統；恒溫；變頻；節能

1 前言

工業循環冷卻水系統一般按照冷卻水用戶進水溫度要求運行，為保證用戶設備安全一方面對進水最高溫度做出了限制，另一方面對供水水量范圍做了要求。事實上，從設備冷卻效果既循環水帶走熱量的關系式中可以發現循環水量和進出水溫差呈線性關系，即進出水溫差與循環水量兩者均對冷卻效果產生影響。著手于此在設備冷卻效果不變且對系統不產生其他影響的前提下通過對進出水溫差的控制和水量的控制達到最佳的節能運行效果。

2 原理分析

工業循環水系統設備冷卻效果既循環水帶走熱量的關系式：

Q=Δt×m×c

Q——單位時間內循環水帶走熱量；

c——水的比熱容；

Δt——循環水進出水溫升；

m——單位時間內循環水質量。

可見循環水系統在單位時間內溫升越高或水量越大，帶走熱量越高既冷卻效果越好，而循環水進出水溫升隨氣候條件、設備運行狀態等多方面影響，不便精確控制，在此我們僅對循環水用戶所要求的進水最高溫度做為限制條件，以循環水量做變頻控制。

在冷卻任務不變（即帶走的總熱量不變）的前提下，進水溫度較低時只需要較少的冷卻水量就可以完成冷卻任務。而常規循環水冷卻系統在進水溫度較低時循環水量仍然不變，進出水溫升較低，過大的水量造成了能量浪費。本恒溫變頻節能技術以限制特定進水水溫為前提，變頻調節循環水量，通過與環境溫度相適應達到最佳的節能效果。

3 技術方案

以某循環水系統2用1備泵組為例，單臺水泵流量3200 m3/h，揚程65 m，正常情況下系統供水量6400 m3/h，出口壓力0.65 MPa。循環水系統用戶要求進水溫度低于42℃，正常運行工況，進水溫度22～40℃，夏季極端條件41℃。我們以滿足用戶最低水溫要求為節能限制條件，更換一臺水泵為變頻泵，程序設定變頻頻率隨水溫變化，為防止變頻頻率過小影響水泵壽命，設定變頻最低限制條件為20 Hz，程序流程圖如圖1。

圖1程序流程圖

系統通過對用戶進水溫度檢測判斷水溫是否高于42℃，若高于42℃轉而判斷變頻水泵頻率是否達到了最高變頻量50 Hz，如果達到最高變頻則這時系統發出報警，表示進水溫度超過了用戶的最高水溫要求，提示操作人員采取相應措施。相反如果變頻泵仍有變頻空間，則通過提高水泵頻率增加水量的方式來降低用戶進水溫度。若進水溫度低于42℃，程序轉而判斷變頻電機頻率是否達到了我們所規定的最低運行頻率，如果不低于20 Hz則繼續降低水泵頻率減少水量達到更好的節能效果，如果已低于20 Hz則維持現有運行狀態不變。

4 效益分析

我們通過收集此循環水系統一年的運行數據得出年平均進水溫度曲線圖如圖2。

通過數據分析得出：

普通循環水用戶進出水年平均溫差Δt1=5.28℃

節能循環水系統運行年平均溫差Δt2=7.68℃

圖22012年每月平均進出水曲線圖

根據熱量公式：Q=Δt×m×c假設冷卻量Q不變，對應乘以一個0.8的轉換系數，得出兩種循環水系統平均水量差1600 m3/h。最終按24 h運行制度年運行330天計算得出年耗電量見表1。

表1 改造前后耗電量表

從表1可以看出節能系統年節省電耗297萬kWh，按一般工業用電電費0.7元/kWh計算，年共計節約電費208萬元，大大降低了運行成本。

5 其他因素

由于循環水系統還可能受到用戶對冷卻壁水側溫度、腐蝕、結垢、運行壽命等多種因素影響，因此系統控制時還需考慮這些因素作為限制條件。如已知循環水系統結垢受循環水水質、循環水水溫、加藥類型、流速等綜合因素影響，本節能系統由于改變了流速和水溫，因此就應把結垢速率作為附加限制條件，在系統合適位置設置結構掛片模擬裝置，隨時判斷系統結垢情況并相應調整控制程序。同樣，循環水進水溫度限制條件的設定可通過監控設備或冷卻用戶內部溫度的是否在正常范圍內的方式作為依據。

6 結語

循環水恒溫變頻控制系統通過程序自動控制實現了高度自動化運行，系統還可以根據實際運行情況調整程序限制條件做到與系統相匹配，具有控制靈活、運行穩定的特點。在環境溫度較低、冷卻塔冷卻效果較好的情況下通過系統對循環水量的降低得到了較好的節能效果。但是由于循環水系統穩定運行的限制條件多且暫時無法確定，本節能技術所涉及的控制條件是否全面還需要進一步研究。

[1]廉樂明，工程熱力學（第五版）[M].北京∶中國建筑工業出版社，2007

[2]姜乃昌，泵與泵站（第五版）[M].北京∶中國建筑工業出版社，2007

Energy Saving Technology for Constant Temperature Frequency -conversion Control System of Industrial Circulating Water

LAN Peng
(Chongqing Saidi Metallurgical Equipment Integration Engineering Technology Research Center,Chongqing 401122,China)

Based on the operation characteristics of circulating water system that inlet water temperature is affected by factors such as seasonal change while the equipment requires constant inlet water temperature,the operation system of the circulating water pump was modified to save energy.

circulating water system;constant temperature;frequency conversion;energy saving

TF085

B

1006-6764（2014）05-0064-02

2013-12-11

藍鵬（1986-），男，大學本科，給排水助理工程師，現從事給排水設計工作。