58●工業(yè)儀表與自動化裝置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.酒鋼集團動力廠,甘肅酒泉735100;2.杭州哲達科技股份有限公司,杭州310012;3.浙江大學(xué)流體工程研究所,杭州310027)摘要:闡述了酒鋼集團不銹鋼二期軟環(huán)泵站引進的改造技術(shù)一工 業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運行技術(shù)( Water Energy Conservation System, WECS)，在對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)進行WECS改造后,系統(tǒng)節(jié)能率達到62% ,并在改造后的近兩年時間內(nèi),一直安全順利運行。關(guān)鍵詞:WECS;系統(tǒng);節(jié)能;改造;優(yōu)化中圖分類號:TP23文獻標志碼:A文章編號:1000 -0682(2013)02 -0058 -04Application of WECS in the industrial circulation cooling water system improvementTANG Changzhong' , TANG Zhongcai? ，SHEN Xinrong'(1. Powver Plant, Jiuquan lron & Steel Group, Gansu Jiuquan 735100, China;2. Hangzhou ZETA Tech Co. , lLd. ,Hanghou 310012, China;3. Instiute of Fluid Engineering Research ，Zhejiang University, Hangzhou 310027 , China)Abstract : Ilustrate a new industrial circulation cooling water improvement technology used in Ji-uquan Iron and Steel Group. In the WECS transformation of the circulation cooling water system, the sys-tem energy saving rate reached 62%，and the syetem has been operating safely and smoothly for nearlytwo years since the transformation.Key words: WECS; system; energy - saving; improvement; optimization改造前,系統(tǒng)運行主要存在以下幾個問題: .0引言1)采用關(guān)小水泵出口閥門開度的方式進行流國家《節(jié)能中長期專項規(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,不能實現(xiàn)終端按需運行電耗就已高達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3億度以上。我國4)水泵運行偏離高效點，直接導(dǎo)致系統(tǒng)能耗泵的設(shè)計效率較低,比國際先進水平低5% [1 ,系統(tǒng)增加;運行效率低了近20%。工業(yè)循環(huán)水流程普遍存在;4)整個循環(huán)水系統(tǒng)管理方式粗放,不能根據(jù)工低效運行現(xiàn)象,其能耗成本直接制約企業(yè)的可持續(xù)藝及季節(jié)變化進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。性發(fā)展,因此進行系統(tǒng)優(yōu)化運行勢在必行。2 WECS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)化運行技術(shù)( WECS)通，酒鋼集團不銹鋼二期循環(huán)水改造前配有3臺離過對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中的各項流體參數(shù)(流量、壓心泵,采用2用1備的方式運行,單臺水泵電機功率.力、溫度)、各閥門開度、水泵運轉(zhuǎn)速度等,進行在線為630 kW;終端為4組共14臺板式換熱器;共10檢測,按照流體力學(xué)與熱交換等原理,根據(jù)循環(huán)水的臺冷卻塔。改造前系統(tǒng)泵組工頻運轉(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11000 m'/h,耗電量1 090萬度。統(tǒng)能量輸配與交換效率,采用先進控制方法與智慧閥門技術(shù),對系統(tǒng)中的水泵、閥門與管網(wǎng)冷卻終端等單元,進行系統(tǒng)運行優(yōu)化控制，提高循環(huán)水系統(tǒng)能收稿日期:2012-12 -27作者簡介:唐長忠(1968) ,男,高級工程師,現(xiàn)任動力廠副廠長，效,達到綜合節(jié)能目標。循環(huán)水系統(tǒng)組成如圖1負責(zé)動力廠水電方面管理工作。所示。2013年第2期工業(yè)儀表與自動化裝置●59.冷卻塔終端智能控制和網(wǎng)絡(luò)通信集成功能,以最小阻力實現(xiàn)壓D-力無關(guān)型的智能流動41。2.2泵閥一體化智 能節(jié)能技術(shù):在實現(xiàn)終端智能平衡后，可能出現(xiàn)管網(wǎng)雖然達-D到平衡,但不是最節(jié)能的運行工況，此時需要利用泵循環(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:-般平衡方案用戶用戶2用戶3) -500 m/h|| Q=500 m/h Q 500 m?/h35.5%H| 42.7%HX60%X圖1循環(huán)水系統(tǒng)組成示 意圖2.1管網(wǎng)智能平衡高效輸配技術(shù)目前工業(yè)循環(huán)水的輸配大多數(shù)采用多支路的并ZETA平衡方案聯(lián)輸配方式,這樣的傳輸方式存在2個問題(2]:用戶21廠用戶 3le-500m/hl 2-500m/hl 0-500 m/h J1)為了滿足遠端(不利端)設(shè)備的流量要求,而造成近端設(shè)備的流量遠遠超標，出現(xiàn)“大流量小溫59%0971%H文9.708差"現(xiàn)象。日2)當某些終端用戶運行工況發(fā)生改變,由于流動的連續(xù)性,用戶之間相互影響，出現(xiàn)動態(tài)水力失調(diào)圖3滿足終端用戶需求時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,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,甚至影響工藝正常進行。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)定上的揚程會比- -般平 衡方案的少很多。終端控制的目標: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)嵌的高級算法計算出各閥門在當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,實現(xiàn)終端用戶水力平衡,即實現(xiàn)按需分配，大閥門開度,把管網(wǎng)阻尼降到最低,此時的管網(wǎng)才是把原先近端設(shè)備超標的流量節(jié)省下來。當終端有用最節(jié)能的管網(wǎng)。并將此時的所有終端的總工況需求戶工況發(fā)生變化時，智慧閥門能很快地重新計算新反饋到上位機系統(tǒng),以此為依據(jù)進行變頻[5]或者更的平衡下各閥門的開度,實現(xiàn)新的平衡,防止出現(xiàn)動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)']。2.3泵高效運行技術(shù)如圖4所示,在終端工藝發(fā)生變化時,終端閥門重新計算閥門開度后,得到新的平衡,此時的管路阻力曲線與水泵PQ曲線的交點A就是當前水泵的運行工況點(6] ,但此時水泵的運行效率較低,通過泵高效運行技術(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B,使得水泵的運行效率得到顯著提高。圖2智慧閥門實物圖2.4高效智 能冷卻技術(shù)圖2是智慧閥門的實物圖。其原理是基于嵌入基于母管配水的冷卻塔供水管網(wǎng)，其動態(tài)平衡式軟件、傳感技術(shù)、智能控制器、調(diào)節(jié)閥與執(zhí)行機構(gòu)高效輸配的智 能實現(xiàn)，是冷卻系統(tǒng)冷卻容量最大化機電- -體化的新- -代閥門裝置 ,并具有壓力、流量、的前提。 基于智慧閥門和智能平衡高效輸配技術(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，目標是充分利用各運行.60.工業(yè)儀表與自動化裝置2013年第2期冷卻塔的冷卻容量,從而進行冷卻工藝運行優(yōu)化控環(huán)水流程用能分項管理。以上功能的實現(xiàn)需要建立制。實際應(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)運轉(zhuǎn))。通過標準模塊組合的方式運行。閥門所設(shè)定的策略,實現(xiàn)水力動態(tài)平衡的就地或遠3改造內(nèi)容程控制。H↑在不銹鋼二期的節(jié)能改造中，完整應(yīng)用了60% 70WECS技術(shù),對水泵、管網(wǎng)終端換熱器、冷卻塔等單元進行優(yōu)化控制,提高系統(tǒng)整體能效,達到高效節(jié)能目標。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;水泵電機不同頓率下的PQ曲線配備變頻器;由中央控制系統(tǒng)收集所有運行參數(shù),通過上位機系統(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)。通過檢測終端用戶換熱效果,設(shè)定智慧閥門開圖4水泵運行曲線圖度,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,實現(xiàn)“小流量大溫差”的節(jié)能運行模式，消除水現(xiàn)有工業(yè)一般只對各設(shè)備的基本運行參數(shù)(如力失調(diào)和熱力失調(diào)現(xiàn)象。利用泵閥-體化技術(shù),通流量、溫度和壓力等)進行實時監(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行整個系統(tǒng)的運行能效狀態(tài)的依據(jù)。為了克服上述問在高效區(qū)間。合理分配各個冷卻塔的上塔流量,以題,專門進行了水系統(tǒng)能效分析,并研發(fā)了智慧管控及開啟的冷卻風(fēng)機臺數(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)水流程運行能效智能監(jiān)測;3)循ZETAIWV9清鋼不銹鋼期T程ECS 系統(tǒng)ZETA口243盈圖5改造 后系統(tǒng)流程圖示。穩(wěn)定運行后,泵組運行效率提升5% ~ 15%以4改造效果上;不同終端用戶工藝溫度始終低于設(shè)定值1.5 C;進行WECS系統(tǒng)改造后,水泵電機轉(zhuǎn)速大幅度不銹鋼二期軟環(huán)泵原平均用電為30 345度/天,實降低，并伴隨著工藝的變化進行實時調(diào)節(jié)，如圖6所施節(jié)能改造后,現(xiàn)平均用電為11 353. 85度/天，節(jié).2013年第2期工業(yè)儀表與自動化裝置●61●電率達到62% ,年節(jié)電量在660萬度以上。zE7AL費ZETA圖6電機轉(zhuǎn) 速監(jiān)控圖參考文獻: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[J].化工裝備技術(shù)，2011,32(1):54-58.利用杭州哲達科技股份有限公司的WECS節(jié)[2]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].浙江大學(xué)，2009.運行穩(wěn)定，智慧閥門實現(xiàn)了各終端之間水力平衡和[4]湯中彩,麻劍鋒,沈新榮.--種新型恒流量控制閥的研流量的按需分配,實現(xiàn)整個系統(tǒng)的水力優(yōu)化，滿足主究[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2012(1):10-12.線負荷變化和溫度變化時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。整個系統(tǒng)改變了以前的粗曠管理模式,實現(xiàn)了設(shè)計，2010,31(4):53 -57.[6] 張文鋼，黃劉琦.水泵的節(jié)能技術(shù)[M].上海:上海交精細化管理。通大學(xué)出版社,2010.(上接第57頁)[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)備實用技術(shù)[M].[8 ] TMS320F28xx 和TMS320F28xx DSCs的硬件設(shè)計指南北京:機械工業(yè)出版社,2008 :29 -74.[ Z]. Texas Instruments ,2003.[3] 陳向群.電流互感器的工作原理及誤差[C].電工課9] 張衛(wèi)寧. TMS320C28x系列DSP的CPU與外設(shè)[M].北堂,2003,12.，京:清華大學(xué)出版社,2004.[4]王廷良. 配電自動化系統(tǒng)終端的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].[10]劉仕兵基于DSP的饋線終端裝置FTU的設(shè)計與實電力設(shè)備,2004(12) :53 -56.現(xiàn)[J].華東交通大學(xué)學(xué)報,2009 ,26(3) :58 -63.[5]苗保紅,于慶瑞,趙治平.中壓智能開關(guān)柜用電動操作[11]陳歆技 ,單淵達.基于CAN總線的新型饋線自動化系控制裝置的開發(fā)[J].電工電氣,2011(2):55-57統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化, 2000, 24(19):47 -49.[6]王斌.配電自動化終端的技術(shù)發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和趨勢