王蓉暉 劉 鋼

(1:吉林建筑大學(xué)電氣與電子信息工程學(xué)院,長春 130118； 2:空軍航空大學(xué)基礎(chǔ)部實驗中心,長春 130000)

1 概述

工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用于冶金、陶瓷和建材等熱加工行業(yè)中的一種主要冷卻方式,其具體冷卻過程是供水泵將冷水池中低溫冷水加壓輸送至工藝設(shè)備,低溫冷水吸收工藝設(shè)備的熱量完成冷卻后變成高溫?zé)崴亓鞯綗崴?再經(jīng)由上塔泵將熱水池中高溫?zé)崴嵘嚼鋮s塔進行強制風(fēng)冷,使高溫?zé)崴臒崃可l(fā)到大氣中變成低溫冷水流入冷水池,從而完成一個冷卻水的循環(huán)過程[1](如圖1所示).

工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是按能滿足生產(chǎn)工藝最大熱負(fù)荷和工業(yè)生產(chǎn)線設(shè)計運行時間內(nèi)可能出現(xiàn)的最高氣溫進行設(shè)計,而在其實際運行期間,大氣溫度可由夏季的+40℃變化到冬季的負(fù)溫度,在我國的北方可能會更低,而生產(chǎn)產(chǎn)品和工藝的變化也會導(dǎo)致散熱量的多少產(chǎn)生變化.實際上，在這種低散熱量工藝和低大氣溫度情況下,只需將冷卻循環(huán)水中較高溫度熱水的一部分，經(jīng)由冷卻塔冷卻就能達(dá)到工藝所要求的冷水溫度；而現(xiàn)有的冷卻循環(huán)水工藝卻是不管工況和溫度如何,都是將全部較高溫?zé)崴?jīng)由上塔泵通過耗費大量電能提升到冷卻塔后再回流到冷水池,從而造成上塔泵能源的大量浪費.因此有必要研制“冷卻上塔節(jié)能綜合調(diào)控技術(shù)和設(shè)備”,達(dá)到在保證生產(chǎn)工藝?yán)鋮s要求的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)大幅度節(jié)能的目的.

2 系統(tǒng)介紹

本文介紹的工業(yè)冷卻水上塔泵的成套節(jié)能技術(shù),包括安裝的熱水池1、冷水池2的第一液位儀9、第二液位儀10、第一溫度變送器11、第二溫度變送器12、壓力變送器13、變頻器14和節(jié)能控制器15.其中,在原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的熱水池1和冷水池2之間開通連通孔7或連通管道8,熱水池1上部設(shè)有第一液位儀9,熱水池1內(nèi)設(shè)有第一溫度變送器11,在冷水池2上部設(shè)有第二液位儀10,冷水池2內(nèi)設(shè)有第二溫度變送器12,熱水池1底部設(shè)有熱水上塔泵6,熱水上塔泵6的出水管裝有壓力變送器13,熱水上塔泵6上設(shè)有變頻器14,熱水上塔泵6通過管道連接冷卻塔5,冷卻塔5位于冷水池2上方;第一液位儀9、第二液位儀10、第一溫度變送器11、第二溫度變送器12、壓力變送器13和變頻器14分別與節(jié)能控制器15相連;節(jié)能控制器15通過測得的熱水和冷水溫度和工藝要求的冷卻冷水溫度要求按調(diào)控模型自動調(diào)控?zé)崴厮桓叨然驘崴睾屠渌氐乃桓叨炔?控制由熱水池直接流入冷水池冷卻水的流量,從而達(dá)到減少上塔泵流量實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的.

具體思路是在冷卻水系統(tǒng)中的熱水池和冷水池之間,新加開一個冷卻水的自然溢流通道,在實際冷卻水溫度低于工藝要求溫度時,可以較好地定量調(diào)控自然流過溢流通道的流量,相應(yīng)地就可以減少上塔泵的實際流量,從而實現(xiàn)大幅度降低上塔泵的實際電能消耗,達(dá)到節(jié)約電能的目的[2-3](如圖2所示).

圖2 經(jīng)節(jié)能改造后的工業(yè)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

圖3 節(jié)能調(diào)控方法的算法模型

3 具體的節(jié)能調(diào)控技術(shù)和設(shè)備

3.1 節(jié)能調(diào)控方法的算法模型

在節(jié)能調(diào)控方法的算法模型上，可以根據(jù)受工藝散熱和大氣溫度影響的冷卻熱水的實際溫度和工藝要求的冷卻冷水溫度差來確定熱水池水位的高度或熱水池和冷水池水位的高度差,通過水位差達(dá)到定量調(diào)控?zé)崴責(zé)崴ㄟ^溢流孔直接流到冷水池水量的目的.

通過調(diào)控水位高度差,實現(xiàn)定量調(diào)控?zé)崴ㄟ^溢流孔直接流到冷水池的水量,建立系統(tǒng)模型(如圖3所示),形成“上塔節(jié)能綜合調(diào)控技術(shù)”[4-5].

3.2 具體技術(shù)實現(xiàn)

具體技術(shù)實現(xiàn)如下:冷水池2中低溫冷水由冷水供水泵3加壓,通過管道輸送到工藝設(shè)備4,吸收工藝設(shè)備4散發(fā)熱量,完成工藝?yán)鋮s后的高溫冷卻水回流到熱水池1 中,熱水池1中高溫?zé)崴蔁崴纤?提升到冷卻塔5,經(jīng)冷卻塔5強制風(fēng)冷卻降溫變成低溫冷水流入冷水池2,完成一個冷卻循環(huán);節(jié)能控制器15上設(shè)置一組上下限溫度和下上限水位或水位差,建立(高溫回水最低溫度,最高水位或水位差),(高溫回水最高溫度,最低水位或水位差)的調(diào)控模型定義(如圖2);節(jié)能控制器15實時監(jiān)測冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中的熱水池1和冷水池2的水位和溫度等參數(shù),根據(jù)調(diào)控模型通過變頻器14控制熱水上塔泵6轉(zhuǎn)速,調(diào)控?zé)崴?水位或熱水池1和冷水池2的水位差,從而實現(xiàn)根據(jù)工藝對冷卻水溫度的要求,準(zhǔn)確調(diào)控由熱水池1自流到冷水池2的水量,減少熱水上塔泵6的流量,達(dá)到熱水上塔泵6大幅度節(jié)能降耗目的.

4 結(jié)語

我國的冶金、陶瓷和建材工業(yè)中,這種上塔冷卻系統(tǒng)裝機多達(dá)幾萬臺,總裝機容量在100萬kW以上,保守估計全部應(yīng)用“冷卻上塔節(jié)能綜合調(diào)控技術(shù)和設(shè)備”后平均節(jié)電率可達(dá)35%以上,年節(jié)電總額可達(dá)29400萬kW.因此,本項目具有技術(shù)先進、實用性強、節(jié)電效果顯著的特點,具有非常廣闊的市場空間.

參 考 文 獻(xiàn)

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[2] Ying-Shieh Kung and Chang-Ming Liaw.A Fuzzy Controller Improving a Linear Model Following Controller for Motor Drives[C].IEEE TRANSACTIONS ON FUZZY SYSTEMS,1994.

[3] 許正亞.電力系統(tǒng)自動裝置[M].北京:電力工業(yè)出版社,1980:21-24.

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[5] 陶永華,尹怡欣,葛蘆生.新型PID控制及其應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998:17-19.