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科技成果——工业冷却循环水系统节能优化技术

适用范围

石化行业工业冷却循环水系统钢铁冶金、石油化工、热电、生化制药等领域

行业现状

循环水系统以水为介质用于工艺过程的冷（热）量交换和传送，在石油化工、钢铁冶金、机械电子、食品制药、热电、集中供暖、中央空调等领域，是必不可少的基本环节。循环水系统以水泵为动力源，其电能消耗较大，约占社会总用电量的15%左右。目前，我国循环水系统普遍存在能耗较高的现象，与先进国家相比，水泵单机效率约低5%以上，系统效率低20%以上。目前该技术可实现节能量73万tce/a，减排约193万tCO2/a。

成果简介

1、技术原理

从流体力学基本原理可知，影响水泵功率的三大内在因素为：扬送的流量、扬程、运行效率。其中运行效率取决于水泵的效率性能，扬程用于克服管网阻力，流量用于工艺过程的冷（热）量交换和传送。从传热学基本原理可知，循环水量又取决于换热单元的热负荷、冷热流温差和传热系数。也即对某特定工艺的换热网络，若所移去的热量通过平衡后变少，换热器的热阻变少，循环水的供回水温差按设计规范要求控制在合理值内，那么流量就可以减少。根据上述原理，如果对某特定工艺，进行以下优化改造步骤，可从根本上解决循环水系统的高能耗问题：

（1）通过优化改造换热网络、消除因结垢或藻类滋生引起的热阻、做好管网的流量平衡并合理控制供回水温差，取得泵站最合理的扬送流量；

（2）通过配水管网优化，消除不利因素，如阀门损失、局部管路阻力偏大、并联管路性能差异大而引起的水力失衡、真空度控制不合理引起扰流等，从而降低管网阻力，取得水泵最合理的工作扬程；

（3）根据优化后的工作点参数（流量、扬程、效率、装置汽蚀余量），采用三元流技术设计出高效的水泵叶轮，以高效节能泵替换原有不匹配、低效率的水泵，确保泵站处于高效率运行状态；

（4）充分考虑因热负荷及环境温度变化引起的变工况运行，根据系统运行特征对泵站进行优化设计和管理。

2、关键技术

（1）循环水系统各换热设备、管网、泵站等的运行参数（包括压力、流量、温度、几何高度等）精确采集技术；

（2）换热网络优化和管网水力优化数学模型建立；

（3）对流量、管网阻力、水泵运行效率等专家分析诊断及优化系统。

（4）水力平衡调节装置、高效节能泵等多种针对性强的系列高效节能产品。

3、工艺流程

冷却循环水系统节能优化工艺主要包括以下环节：

（1）循环水系统及换热网络流程图绘制、各换热设备额定技术参数及热负荷值进行勘探，校对，记录；

（2）规定采集点的运行工况及环境参数采集；

（3）高能耗原因诊断分析；

（4）通过换热网络及配水管网优化设计，确定优化整改方案，确定合理循环水量及总管网最优阻力；

循环水系统节能优化技术系统构架图

（5）原泵站性能评价与泵站优化设计，高效节能泵最优工作参数确定；

（6）定制生产高效节能泵；

（7）换热网络及配水管网的不利因素优化整改与调整；

（8）高效节能泵安装调试；

（9）对间隙式生产系统（如聚苯烯生产装置等），根据变工况运行特征，制订相应调节控制策略，加装变频控制系统；

（10）对循环水量较大（建议在3000t/h以上）或较复杂的系统，制订相应的在线监测与管理策略，安装循环水系统在线监控与能源管理系统。

主要技术指标

应用于工业冷却循环水系统节能改造节电率约为12%-55%。

技术水平

该技术于2005年7月通过浙江省科技厅组织的成果鉴定，拥有自主知识产权，并已获得计算机软件著作权登记证书5项。经浙江能源监察总队能源监测站、沈阳市节能技术研究所等多家权威机构检测，该技术实际应用的节能效果著，已在全国成功应用于860余个循环水系统的节能改造，目前处于大范围推广阶段。

典型案例

典型用户：上海石化、南京化工、扬子石化、中化集团、柳化股份、大化集团、上海医药集团、菱花味精、欧亚赐福集团、LG甬兴化学、宝钢股份、首钢集团、上海大众汽车公司等。

典型案例1

建设规模：30万t/a合成氨循环水系统（循环水量35000t/h），配7台冷却水泵，其中2台配功率为2240kW，1台配功率为900kW，4台配功率为1000kW，相应配7台冷却塔。主要技改内容：换热网络及配水管网的不利因素优化整改与调整，特别是解决了纯碱厂和加氯车间最不利点的水力平衡问题；评价原泵站性能，并进行优化设计，确定高效节能泵最优工作参数及叶轮的水力模型设计；通过系统改造更换7台高效节能泵。主要设备包括水力平衡提升调节装置2套；高效节能泵7台；循环水在线检测与能源管理系统1套。节能技改投资额1470万元，建设期5个月。每年可节能4709tce，年节能经济效益为573万元。投资回收期2.5年。

典型案例2

建设规模：1780m3高炉鼓风机透平拖动装置冷却系统技改，配6台900kW冷却泵（2用4备）；主要技改内容：换热网络及配水管网的