工藝冷凍水供應系統的節能改造

姚廣曉 張 浩

上海大眾祥源動力供應有限公司 南京祥源動力供應有限公司

1 改造前的現狀及分析

板交改造前油漆車間在冬季階段（大約從12月至次年3月）需要供應7℃～12℃左右的工藝冷凍水,根據車間計劃產量的波動，每月消耗的冷量值大約在1 400GJ～1 800GJ之間,工作日為26天左右,每天的用量大約在50GJ～70GJ之間,冷凍站房通過2臺型號為RCU180AHZ1-N的日立風冷機組，額定制冷量為（537×2）1074kW，由水泵加壓送至車間經過熱交換進行工藝換熱后變成溫度較高的冷凍水,回水溫度大約在12℃～16℃之間，經過冷凍機進行制冷處理,冷凍水降至7℃～12℃，如此循環供車間使用。

這種運行模式有很大的弊端，在開啟日立風冷機組進行制冷時，由于末端負載的變化，會使機組長時間處于出工不出力階段，加上風冷日立機組本身的耗電量很高，造成了嚴重的能源浪費。

表1 南京地區月度平均溫度變化

2 改造設想

在冬季時間段（大約從12月到次年3月）環境溫度較低，參見南京地區平均溫度變化表1，最低的環境平均溫度在3℃左右，最高環境平均溫度在10℃左右，有充分的環境冷源可以得到利用。現有動力站房頂有3套冷卻塔，在夏季時段供水冷制冷機組使用，在冬季時段制冷機組停用，冷卻塔處于閑置狀態。在每年的12月到次年的3月，可以開啟冷卻塔，通過循環水泵開啟冷卻水系統循環，與外界的低溫空氣進行換熱，其冷卻后的水溫將低于環境溫度約5℃左右，將該低溫冷卻水通過板式熱交換器，與從車間返回的較高溫度的冷凍水進行換熱，使溫度較高的冷凍水降溫，如此循環達到提供車間工藝使用要求的冷凍水。結合現場的實際條件，歸納以下幾個優點：

（1）南京地區的冬季，環境溫度較低，提供了取之不竭的冷源。

（2）現場冷凍機用的冷卻塔在冬季時處于閑置狀態，能實現吸收環境冷量的能力，減少了投資費用，縮短了項目投資回收周期。

（3）現場冷凍水管道與冷卻塔管道距離較近，根據現有情況制定改造方案，改造工作量小，施工難度不大。

（4）冷凍機基本上可以不開機，僅增加了一套冷卻風機與一臺循環水泵，大大減少了電量的使用，該項目節能環保效果明顯。

（5）減少了冷凍機組的開機時間，不僅可以延長機組的壽命，同時也減少了冷凍機的維保費用。

（6）減少了冷凍機組的開機時間，減少了因冷凍機組故障造成生產事故，提高了持續供冷的穩定性。

3 板式熱交換器的選型

根據車間的實際情況，選擇使用國產板式熱交換器，型號為HU650-MQ-171,板材選用316L，一次側水溫在7℃～12℃,二次側水溫為12℃～16℃左右，功率為1 400kW,熱交換法蘭口徑為DN150。

4 改造前后的運行狀況及理論和實際數據分析

改造前，在冬季時間段（大約從每年12月到次年3月），動力站房通過開啟2臺日立風冷機組和所對應的2臺冷凍水泵，從而將車間的12℃～16℃的工藝回水經過風冷機組降溫后，再由冷凍泵將7℃～12℃冷凍水供應給車間工藝使用，共開啟4臺耗電設備。

表2 理論經濟分析表

系統改造后，需要開啟冷卻塔的循環水泵1臺、冷卻塔冷卻風機1組，2臺冷凍水泵，總計4臺耗能設備，兩種運行模式耗電量對比見表2。較低溫的冷卻水經過冷卻塔降溫后，通過板式熱交換器，將由車間工藝系統出來的較高溫的冷凍水溫度降低，實現了循環提供較低溫冷凍水的目的。表2為理論估算的經濟分析表。

表3為實際運行的經濟性分析（注：表中數據來自二級計量系統，均為實際測量的電量和冷量值）。

表3 實際運行經濟性分析表

從兩個經濟性分析表中可以看出當時的理論估算和實際的運行數據基本上一致（實際運行的數據與車間的產量計劃，生產作息制度，環境溫度和濕度等天氣情況有直接關系），基本達到了我們預期的目的，節能效果明顯。

5 項目推廣價值和經驗總結

該制冷系統的改造項目從立項論證到項目完工經歷了約半年時間，經過幾年冬季的使用，系統穩定，節能效果明顯，達到了改造的預期目的，在類似的工況條件下可以推廣使用，現場改造圖片和監控數據見圖1a和圖1b。

圖1 （a）

圖1 （b）

從表3計量實測數據可以看出在每年的12月和1月效果最為明顯，由于3月份環境溫度回升，在個別高溫時段用板交制冷達不到工藝使用要求，需要冷凍機與板交換熱交替使用，節能效果稍差。根據近幾年的使用經驗及實際運行數據，當環境平均溫度低于10℃即可以使用改造后的冷卻塔制冷系統，每年大約可以使用4個月時間。從實測數據中可以看出只需適合一定的條件，比如每年有一定的時間在環境溫度低于10℃的前提下，冬季有閑置的冷卻塔和循環水泵的場合均可以使用，系統運行穩定，節能環保明顯。在倡導實現社會、經濟和環境協調發展的當今社會，該改造項目具有推廣價值和借鑒意義。