分壓式供水在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造中的應(yīng)用

長沙翔鵝節(jié)能技術(shù)有限公司 劉海華

前言

冷卻循環(huán)水系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域不可或缺的一部分，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、冶金等國民經(jīng)濟各領(lǐng)域。據(jù)不完全統(tǒng)計，循環(huán)水系統(tǒng)的耗能總量約占全國發(fā)電量的20%-25%，因此，開展冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)研究具有重大的經(jīng)濟和社會意義。

1 技術(shù)背景

目前，工業(yè)企業(yè)主要采用開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)。一種典型的開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)如圖1所示，主要由以下部分組成：進水池→循環(huán)水泵→用水裝置→冷卻塔→進水池。進水池的循環(huán)水通過主循環(huán)水泵輸送到各生產(chǎn)點對換熱裝置進行冷卻，然后利用系統(tǒng)余壓回到冷卻塔噴淋，對自身進行冷卻，冷卻后的循環(huán)水再回到進水池循環(huán)利用。

圖1 典型開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)圖

企業(yè)在裝置布局時，出于生產(chǎn)工藝、設(shè)備性能的要求或節(jié)約用地的限制，通常采用分層布置的方式，各換熱裝置的高度布置不同，其要求的冷卻循環(huán)水壓力也并不相同。為了保證各換熱裝置的用水要求，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)必須按高供水壓力進行設(shè)計，并通過關(guān)小低位換熱裝置閥門的方式維持系統(tǒng)各換熱裝置的水力平衡，造成提供給低位換熱裝置的壓力遠(yuǎn)大于其實際需求，能源浪費在調(diào)節(jié)閥門上。

2 分壓式供水原理

分壓式供水系統(tǒng)是以維持冷卻循環(huán)水系統(tǒng)流量不變?yōu)榍疤幔瑢Σ煌瑝毫σ蟮膿Q熱裝置進行分壓匹配供水以達到節(jié)能目的一種方法。其具體實施步驟如下：

（1）在高位換熱裝置管道上安裝一套加壓泵系統(tǒng)，單獨加壓以保證其用水流量和高壓力的要求；

（2）根據(jù)低位換熱裝置壓力要求更換循環(huán)水泵，降低系統(tǒng)主供水壓力，減少循環(huán)水泵電耗；

（3）開啟低位換熱裝置的閥門，保證低位換熱器流量不變。（如圖2所示）

圖2 分壓式供水冷卻循環(huán)水系統(tǒng)圖

3 分壓式供水系統(tǒng)的特點

分壓式供水系統(tǒng)相對與常規(guī)循環(huán)水系統(tǒng)不但有節(jié)能上的優(yōu)勢，其對循環(huán)水系統(tǒng)流量分配也更靈活。

（1）一套定型的換熱裝置，影響其換熱效果的變量主要為換熱裝置的流量，分布式供水系統(tǒng)并不改變換熱裝置本身性能，其分配給各換熱裝置的流量也沒有發(fā)生變化，故改造后各換熱裝置的冷卻效果不會發(fā)生變化；

（2）分壓式供水系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的要求，增大冷卻效果不佳的換熱裝置的流量，以改善其冷卻效果；

（3）分壓式供水降低了冷卻循環(huán)水系統(tǒng)主供水壓力，有利于管網(wǎng)的運行安全。

4 分壓式供水能耗分析

分壓式供水的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)雖然增加了加壓泵的電耗，但冷卻循環(huán)水系統(tǒng)主供水壓力的降低能夠節(jié)約更大的電量。其能耗分析對比情況如圖3所示。

圖3 分壓式供水系統(tǒng)能耗對比圖

圖3中的標(biāo)識說明如下：

（1）A為原循環(huán)水泵的工況點：流量QA、揚程HA；

（2）B為分壓式供水的循環(huán)泵的工況點：流量QA、揚程HB；

（3）C為分壓式供水的加壓泵的工況點：流量QC、揚程HA-HB；

（4）圖3中面積0→QA→A→HA→0為原系統(tǒng)循環(huán)水泵運行時的能耗；面積0→QA→B→HB→0為分壓式供水后系統(tǒng)循環(huán)水泵運行時的能耗；面積HB→QC→C→HA→HB為分壓式供水增加的加壓泵運行時的能耗。原系統(tǒng)與分壓式供水系統(tǒng)的面積差QC→B→A→C→QC即為節(jié)約的系統(tǒng)能耗。

（5）由圖3中可知，高、低位換熱裝置壓力要求差別越大（即HA-HB越大）、高位換熱裝置流量要求越少（即QC越小），節(jié)能空間越明顯。

5 應(yīng)用案例

案例1：

“晉煤中能化工”冷卻循環(huán)水系統(tǒng)運行2臺KQSN800-M9/952循環(huán)水泵，實測運行功率為2×1050kW，系統(tǒng)供水壓力為0.5MPa，技改后在煤氣化冷卻的高位換熱裝置處增加一臺加壓泵350S26，實測運行功率為138kW，并更換循環(huán)水泵GS800-19/6，實測運行電耗為2×750 kW，系統(tǒng)供水壓力降低到0.35MPa，煤氣化裝置的冷卻溫度下降了2℃。經(jīng)計算，每小時節(jié)電量為：（2×1050-2×750-138=）462 kW ，節(jié)電率為：[462/（2×1050）=]22%。

按每年運行8000h計算，每年可以節(jié)約電量：（462×8000=）3696000 kWh。

案例2：

“江泉管業(yè)制氧廠”冷卻循環(huán)水系統(tǒng)運行2臺500S59A循環(huán)水泵，實測運行功率為2×403.5kW，系統(tǒng)供水壓力為0.45MPa，技改后在終冷塔冷卻的高位換熱裝置處增加一臺加壓泵300S12，實測運行功率為34.6kW，并更換循環(huán)水泵500S35，實測運行電耗為2×243.6kW，系統(tǒng)供水壓力降低到0.32MPa，終冷塔裝置的冷卻溫度下降了4℃。經(jīng)計算，每小時節(jié)電量為：（2×403.5-2×243.6-34.6=）285.2 kW ，節(jié)電率為：[285.2/（2×403.5）=]35.3%。

按每年運行8000小時計算，每年可以節(jié)約電量：（285.2×8000=）2281600 kWh 。

6 結(jié)論

采用分壓式供水方式對循環(huán)水系統(tǒng)不同高度換熱裝置進行按需分配，不但可以達到可觀的節(jié)能效果，而且可以改善高位換熱器的換熱效果，值得類似裝置節(jié)能改造時參考與借鑒。