工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置2013年第2期工業(yè)循環(huán)水WECS改造技術(shù)的應(yīng)用探討唐長忠,湯中彩,沈新榮(1.酒鋼集團(tuán)動(dòng)力廠,甘肅酒泉735100;2.杭州哲達(dá)科技股份有限公司,杭州310012;3.浙江大學(xué)流體工程研究所,杭州310027摘要:闡述了酒鋼集團(tuán)不銹鋼二期軟環(huán)泵站引進(jìn)的改造技術(shù)——工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)( Water Energy Conservation System,WECS),在對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行WECS改造后,系統(tǒng)節(jié)能率達(dá)到62%,并在改造后的近兩年時(shí)間內(nèi),一直安全順利運(yùn)行。關(guān)鍵詞:WECS;系統(tǒng);節(jié)能;改造;優(yōu)化中圖分類號(hào):TP23文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1000-0682(2013)02-0058-04Application of WECS in the industrial circulation cooling water system improvementTANG Changzhong, TANG Zhongcai", sHen Xinrong(1. Power Plant, Jiuquan iron Steel Group, Gansu Jiuquan 735100, China;2. Hangzhou ZETA Tech Co, Lad, Hangzhou 310012, China3. Institute of Fluid Engineering Research, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract: Illustrate a new industrial circulation cooling water improvement technology used in Jiuan ron and Steel Group. In the WECS transformation of the circulation cooling water system, the system energy saving rate reached 62%, and the syetem has been operating safely and smoothly for nearlytwo years since the transformationKey words: WECS; system; energy -saving; improvement; optimization0引言改造前,系統(tǒng)運(yùn)行主要存在以下幾個(gè)問題1)采用關(guān)小水泵出口閥門開度的方式進(jìn)行流國家《節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃》顯示,水泵的用電量調(diào)節(jié),缺乏節(jié)能的調(diào)節(jié)方式,水泵工頻運(yùn)行量約占全國用電量的20.9%,我國2006年水泵的2)管網(wǎng)存在水力失調(diào)現(xiàn)象,不能實(shí)現(xiàn)終端按需運(yùn)行電耗就已高達(dá)5900億度,而一家中型的鋼鐵分配終端換熱效率低下;企業(yè),循環(huán)水泵年耗電量可高達(dá)3億度以上。我國4)水泵運(yùn)行偏離高效點(diǎn),直接導(dǎo)致系統(tǒng)能耗泵的設(shè)計(jì)效率較低,比國際先進(jìn)水平低5%,系統(tǒng)增加運(yùn)行效率低了近20%。工業(yè)循環(huán)水流程普遍存在4)整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)管理方式粗放,不能根據(jù)工低效運(yùn)行現(xiàn)象,其能耗成本直接制約企業(yè)的可持續(xù)藝及季節(jié)變化進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。性發(fā)展,因此進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行勢在必行。2WECS技術(shù)原理1不銹鋼二期循環(huán)水現(xiàn)狀工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)(WECS)通酒鋼集團(tuán)不銹鋼二期循環(huán)水改造前配有3臺(tái)離過對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中的各項(xiàng)流體參數(shù)(流量、壓心泵,采用2用1備的方式運(yùn)行,單臺(tái)水泵電機(jī)功率力、溫度)、各閥門開度、水泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度等,進(jìn)行在線為630kW;終端為4組共14臺(tái)板式換熱器;共10檢測,按照流體力學(xué)與熱交換等原理根據(jù)循環(huán)水的臺(tái)冷卻塔。改造前系統(tǒng)泵組工頻運(yùn)轉(zhuǎn),循環(huán)水量為供水溫度等參數(shù),結(jié)合環(huán)境條件,分析管網(wǎng)循環(huán)水系11000m3/h,耗電量1090萬度。統(tǒng)能量輸配與交換效率,采用先進(jìn)控制方法與智慧閥門技術(shù),對門管網(wǎng)、冷卻終端等單元,進(jìn)中國煤化工收稿日期:2012-12-2循環(huán)水系統(tǒng)能作者簡介:唐長忠(1968),男,高級(jí)工程師,現(xiàn)任動(dòng)力廠副廠長,效,達(dá)到綜CNM。w小示統(tǒng)組成如圖1負(fù)責(zé)動(dòng)力廠水電方面管理工作。所示。2013年第2期工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置冷卻塔智能控制和網(wǎng)絡(luò)通信集成功能,以最小阻力實(shí)現(xiàn)壓力無關(guān)型的智能流動(dòng)4。2.2泵閥一體化智能節(jié)能技術(shù)在實(shí)現(xiàn)終端智能平衡后,可能出現(xiàn)管網(wǎng)雖然達(dá)到平衡,但不是最節(jié)能的運(yùn)行工況,此時(shí)需要利用泵循環(huán)水池閥一體化智能節(jié)能技術(shù),來降低管網(wǎng)阻尼水泵組般平衡方案用戶I用戶2用戶3500mh500mh500m3h圖1循環(huán)水系統(tǒng)組成示意圖355%5427%60%1管網(wǎng)智能平衡高效輸配技術(shù)聯(lián)輸配方式,這樣的傳輸方式存在2個(gè)問題目前工業(yè)循環(huán)水的輸配大多數(shù)采用多支路的并ZETA平衡方案用戶2用戶31)為了滿足遠(yuǎn)端(不利端)設(shè)備的流量要求,而0-500 m 2500 m/h500m3h造成近端設(shè)備的流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo),出現(xiàn)“大流量小溫差”現(xiàn)象2)當(dāng)某些終端用戶運(yùn)行工況發(fā)生改變,由于流動(dòng)的連續(xù)性,用戶之間相互影響,出現(xiàn)動(dòng)態(tài)水力失調(diào)圖3滿足終端用戶需求時(shí)不同平衡方案和熱力失調(diào)。如圖3所示,普通的平衡方案中,閥門開度分別對于上述2個(gè)問題,傳統(tǒng)的閥門調(diào)節(jié)方法非但為35.5%42.7%和60%;zETA泵閥一體化智能節(jié)不能完全解決還引起能耗的巨大浪費(fèi)如果調(diào)控不能技術(shù)下的平衡方案中,閥門開度分別為59%、當(dāng),甚至影響工藝正常進(jìn)行。71%和99.7%。顯然兩種開度情況都能滿足終端智能平衡高效輸配技術(shù)能完美地解決上述2個(gè)用戶相同流量要求,但ZETA平衡方案損失在閥門問題。利用ZETA的專利產(chǎn)品智慧閥門,通過設(shè)定上的揚(yáng)程會(huì)比一般平衡方案的少很多。終端控制的目標(biāo):溫差、流量或壓力等,智慧閥門即泵閥一體化智能節(jié)能技術(shù),通過采集管網(wǎng)所有可通過內(nèi)嵌的高級(jí)算法計(jì)算出各閥門在當(dāng)前工況下閥門的開度,在滿足終端工藝需求的前提下,盡量開的開度實(shí)現(xiàn)終端用戶水力平衡即實(shí)現(xiàn)按需分配,大閥門開度,把管網(wǎng)阻尼降到最低,此時(shí)的管網(wǎng)才是把原先近端設(shè)備超標(biāo)的流量節(jié)省下來。當(dāng)終端有用最節(jié)能的管網(wǎng)。并將此時(shí)的所有終端的總工況需求戶工況發(fā)生變化時(shí)智慧閥門能很快地重新計(jì)算新反饋到上位機(jī)系統(tǒng),以此為依據(jù)進(jìn)行變頻或者更的平衡下各閥門的開度實(shí)現(xiàn)新的平衡防止出現(xiàn)動(dòng)換符合工況的高效節(jié)能水泵。態(tài)水力失調(diào)和熱力失調(diào)3。2.3泵高效運(yùn)行技術(shù)如圖4所示,在終端工藝發(fā)生變化時(shí),終端閥門重新計(jì)算閥門開度后,得到新的平衡,此時(shí)的管路阻力曲線與水泵PQ曲線的交點(diǎn)A就是當(dāng)前水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)6,但此時(shí)水泵的運(yùn)行效率較低,通過泵高效運(yùn)行技術(shù),智慧調(diào)節(jié)終端閥門,不影響平衡狀態(tài)而改變管路阻力曲線,與PQ曲線重新交于點(diǎn)B,使得水泵的運(yùn)行效率得到顯著提高。圖2智慧閥門實(shí)物圖2.4高效智能冷卻技術(shù)圖2是智慧閥門的實(shí)物圖。其原理是基于嵌入基于母管配水的冷卻樓水管團(tuán),其動(dòng)態(tài)平衡式軟件傳感技術(shù)智能控制器調(diào)節(jié)閥與執(zhí)行機(jī)構(gòu)高效輸配的智中國煤化工和容量最大化機(jī)電一體化的新一代閥門裝置,并具有壓力、流量、的前提?；谙?1,m,效輸配技術(shù)基壓差、溫度、溫差、能量等管道流體參數(shù)的智能測量、礎(chǔ)上的智能平衡輸配體系,目標(biāo)是充分利用各運(yùn)行60·工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置2013年第2期冷卻塔的冷卻容量,從而進(jìn)行冷卻工藝運(yùn)行優(yōu)化控環(huán)水流程用能分項(xiàng)管理。以上功能的實(shí)現(xiàn)需要建立制。實(shí)際應(yīng)用過程中,將原有的冷卻塔管網(wǎng)系統(tǒng)中在一整套先進(jìn)控制設(shè)備的基礎(chǔ)上。各支管的閥門,用智慧閥門替代(替換過程可采用針對不同工藝情況,上述5個(gè)子技術(shù)可以采用從局部到整體的方式,冷卻工藝持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn))。通過標(biāo)準(zhǔn)模塊組合的方式運(yùn)行。閥門所設(shè)定的策略,實(shí)現(xiàn)水力動(dòng)態(tài)平衡的就地或遠(yuǎn)程控制。3改造內(nèi)容在不銹鋼二期的節(jié)能改造中,完整應(yīng)用了WECS技術(shù),對水泵、管網(wǎng)、終端換熱器、冷卻塔等單元進(jìn)行優(yōu)化控制,提高系統(tǒng)整體能效,達(dá)到高效節(jié)能目標(biāo)。主要的改造內(nèi)容為:各水泵出口、各換熱終端水泵效率曲線、支管和冷卻塔的上塔支管安裝智慧閥門;水泵電機(jī)配備變頻器;由中央控制系統(tǒng)收集所有運(yùn)行參數(shù),通不同頻率下的P曲線過上位機(jī)系統(tǒng)反饋給用戶可視化的信息,建立能效管路阻力曲線分析系統(tǒng)。圖4水泵運(yùn)行曲線圖通過檢測終端用戶換熱效果,設(shè)定智慧閥門開度,為終端合理分配流量,在滿足工藝需求的前提2.5能效分析與智慧管控技術(shù)下,實(shí)現(xiàn)“小流量大溫差”的節(jié)能運(yùn)行模式,消除水現(xiàn)有工業(yè)一般只對各設(shè)備的基本運(yùn)行參數(shù)(如力失調(diào)和熱力失調(diào)現(xiàn)象。利用泵閥一體化技術(shù),通流量、溫度和壓力等)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,無法作為分析過對智慧閥門的智慧調(diào)節(jié),配合變頻器使水泵運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行能效狀態(tài)的依據(jù)。為了克服上述問在高效區(qū)間。合理分配各個(gè)冷卻塔的上塔流量,以題,專門進(jìn)行了水系統(tǒng)能效分析,并研發(fā)了智慧管控及開啟的冷卻風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù),最大程度的發(fā)揮冷卻塔的技術(shù),其功能包括:1)循環(huán)水流程動(dòng)態(tài)水力和熱力效能。改造后系統(tǒng)流程如圖5所示。狀態(tài)監(jiān)控;2)循環(huán)水流程運(yùn)行能效智能監(jiān)測;3)循鋼不銹鋼二期工程wCS系統(tǒng)解密解ma三之滿黑《式掃圖5改造后系統(tǒng)流程圖4改造效果示。穩(wěn)定運(yùn)行后,泵組運(yùn)行效率提升5%~15%以上;不同終中國煤化工設(shè)定值1.5℃;進(jìn)行WECS系統(tǒng)改造后,水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速大幅度不銹鋼二期CNMH345度/天,實(shí)降低,并伴隨著工藝的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),如圖6所施節(jié)能改造后,現(xiàn)平均用電為11353.85度/天,節(jié)2013年第2期工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置電率達(dá)到62%,年節(jié)電量在660萬度以上。消鋼不銹鋼二期工程vCs系統(tǒng)4圖6電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控圖參考文獻(xiàn)5總結(jié)[1]王杰,張生安,燕增偉論循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用利用杭州哲達(dá)科技股份有限公司的WECS節(jié)[J].化工裝備技術(shù),2011,32(1):54-582]付祥釗,肖益民流體輸配管網(wǎng)[M].北京:中國建筑能技術(shù)對不銹鋼二期軟環(huán)水進(jìn)行系統(tǒng)改造后,節(jié)能工業(yè)出版社,2010效果顯著。從2011年9月改造后至今,各改造部分[3]單力鈞流體管網(wǎng)系統(tǒng)的水力平衡優(yōu)化研究[D]浙江運(yùn)行穩(wěn)定,智慧閥門實(shí)現(xiàn)了各終端之間水力平衡和大學(xué),2009流量的按需分配,實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的水力優(yōu)化,滿足主[4]湯中彩,麻劍鋒,沈新榮.一種新型恒流量控制閥的研究[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2012(1):10-12線負(fù)荷變化和溫度變化時(shí)主線工藝需求溫度的要[5]朱燕變頻節(jié)能在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J醫(yī)藥工程求。整個(gè)系統(tǒng)改變了以前的粗曠管理模式,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì),2010,31(4):53-57精細(xì)化管理。[6]張文鋼,黃劉琦.水泵的節(jié)能技術(shù)[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2010(上接第57頁)參考文獻(xiàn)[J].電氣應(yīng)用,2005,24(7):45-47[1]孫興麗,劉曙光一種開關(guān)柜智能操控裝置的設(shè)計(jì)與[7]李宏剛低壓配電智能化監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].電力電實(shí)現(xiàn)[J].高壓電器,2009,45(1):76-80氣化,2006(11):84-85[2]黃紹平,金國斌,李玲.成套開關(guān)設(shè)備實(shí)用技術(shù)[M].[8]TMs320F28x和TMs320F28 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