工业循环水WECS改造技术的应用探讨

工业仪表与自动化装置2013年第2期工业循环水WECS改造技术的应用探讨唐长忠,汤中彩,沈新荣(1.酒钢集团动力厂,甘肃酒泉735100;2.杭州哲达科技股份有限公司,杭州310012;3.浙江大学流体工程研究所,杭州310027摘要:阐述了酒钢集团不锈钢二期软环泵站引进的改造技术——工业循环水系统节能优化运行技术( Water Energy Conservation System,WECS),在对冷却循环水系统进行WECS改造后,系统节能率达到62%,并在改造后的近两年时间内,一直安全顺利运行。关键词:WECS;系统;节能;改造;优化中图分类号:TP23文献标志码:A文章编号: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,系统运行主要存在以下几个问题1)采用关小水泵出口阀门开度的方式进行流国家《节能中长期专项规划》显示,水泵的用电量调节,缺乏节能的调节方式,水泵工频运行量约占全国用电量的20.9%,我国2006年水泵的2)管网存在水力失调现象,不能实现终端按需运行电耗就已高达5900亿度,而一家中型的钢铁分配终端换热效率低下;企业,循环水泵年耗电量可高达3亿度以上。我国4)水泵运行偏离高效点,直接导致系统能耗泵的设计效率较低,比国际先进水平低5%,系统增加运行效率低了近20%。工业循环水流程普遍存在4)整个循环水系统管理方式粗放,不能根据工低效运行现象,其能耗成本直接制约企业的可持续艺及季节变化进行相应的调节。性发展,因此进行系统优化运行势在必行。2WECS技术原理1不锈钢二期循环水现状工业循环水系统节能优化运行技术(WECS)通酒钢集团不锈钢二期循环水改造前配有3台离过对冷却循环水系统中的各项流体参数(流量、压心泵,采用2用1备的方式运行,单台水泵电机功率力、温度)、各阀门开度、水泵运转速度等,进行在线为630kW;终端为4组共14台板式换热器;共10检测,按照流体力学与热交换等原理根据循环水的台冷却塔。改造前系统泵组工频运转,循环水量为供水温度等参数,结合环境条件,分析管网循环水系11000m3/h,耗电量1090万度。统能量输配与交换效率,采用先进控制方法与智慧阀门技术,对门管网、冷却终端等单元,进中国煤化工收稿日期:2012-12-2循环水系统能作者简介:唐长忠(1968),男,高级工程师,现任动力厂副厂长,效,达到综CNM。w小示统组成如图1负责动力厂水电方面管理工作。所示。2013年第2期工业仪表与自动化装置冷却塔智能控制和网络通信集成功能,以最小阻力实现压力无关型的智能流动4。2.2泵阀一体化智能节能技术在实现终端智能平衡后,可能出现管网虽然达到平衡,但不是最节能的运行工况,此时需要利用泵循环水池阀一体化智能节能技术,来降低管网阻尼水泵组般平衡方案用户I用户2用户3500mh500mh500m3h图1循环水系统组成示意图355%5427%60%1管网智能平衡高效输配技术联输配方式,这样的传输方式存在2个问题目前工业循环水的输配大多数采用多支路的并ZETA平衡方案用户2用户31)为了满足远端(不利端)设备的流量要求,而0-500 m 2500 m/h500m3h造成近端设备的流量远远超标,出现“大流量小温差”现象2)当某些终端用户运行工况发生改变,由于流动的连续性,用户之间相互影响,出现动态水力失调图3满足终端用户需求时不同平衡方案和热力失调。如图3所示,普通的平衡方案中,阀门开度分别对于上述2个问题,传统的阀门调节方法非但为35.5%42.7%和60%;zETA泵阀一体化智能节不能完全解决还引起能耗的巨大浪费如果调控不能技术下的平衡方案中,阀门开度分别为59%、当,甚至影响工艺正常进行。71%和99.7%。显然两种开度情况都能满足终端智能平衡高效输配技术能完美地解决上述2个用户相同流量要求,但ZETA平衡方案损失在阀门问题。利用ZETA的专利产品智慧阀门,通过设定上的扬程会比一般平衡方案的少很多。终端控制的目标:温差、流量或压力等,智慧阀门即泵阀一体化智能节能技术,通过采集管网所有可通过内嵌的高级算法计算出各阀门在当前工况下阀门的开度,在满足终端工艺需求的前提下,尽量开的开度实现终端用户水力平衡即实现按需分配,大阀门开度,把管网阻尼降到最低,此时的管网才是把原先近端设备超标的流量节省下来。当终端有用最节能的管网。并将此时的所有终端的总工况需求户工况发生变化时智慧阀门能很快地重新计算新反馈到上位机系统,以此为依据进行变频或者更的平衡下各阀门的开度实现新的平衡防止出现动换符合工况的高效节能水泵。态水力失调和热力失调3。2.3泵高效运行技术如图4所示,在终端工艺发生变化时,终端阀门重新计算阀门开度后,得到新的平衡,此时的管路阻力曲线与水泵PQ曲线的交点A就是当前水泵的运行工况点6,但此时水泵的运行效率较低,通过泵高效运行技术,智慧调节终端阀门,不影响平衡状态而改变管路阻力曲线,与PQ曲线重新交于点B,使得水泵的运行效率得到显著提高。图2智慧阀门实物图2.4高效智能冷却技术图2是智慧阀门的实物图。其原理是基于嵌入基于母管配水的冷却楼水管团,其动态平衡式软件传感技术智能控制器调节阀与执行机构高效输配的智中国煤化工和容量最大化机电一体化的新一代阀门装置,并具有压力、流量、的前提。基口息,1,m,效输配技术基压差、温度、温差、能量等管道流体参数的智能测量、础上的智能平衡输配体系,目标是充分利用各运行60·工业仪表与自动化装置2013年第2期冷却塔的冷却容量,从而进行冷却工艺运行优化控环水流程用能分项管理。以上功能的实现需要建立制。实际应用过程中,将原有的冷却塔管网系统中在一整套先进控制设备的基础上。各支管的阀门,用智慧阀门替代(替换过程可采用针对不同工艺情况,上述5个子技术可以采用从局部到整体的方式,冷却工艺持续运转)。通过标准模块组合的方式运行。阀门所设定的策略,实现水力动态平衡的就地或远程控制。3改造内容在不锈钢二期的节能改造中,完整应用了WECS技术,对水泵、管网、终端换热器、冷却塔等单元进行优化控制,提高系统整体能效,达到高效节能目标。主要的改造内容为:各水泵出口、各换热终端水泵效率曲线、支管和冷却塔的上塔支管安装智慧阀门;水泵电机配备变频器;由中央控制系统收集所有运行参数,通不同频率下的P曲线过上位机系统反馈给用户可视化的信息,建立能效管路阻力曲线分析系统。图4水泵运行曲线图通过检测终端用户换热效果,设定智慧阀门开度,为终端合理分配流量,在满足工艺需求的前提2.5能效分析与智慧管控技术下,实现“小流量大温差”的节能运行模式,消除水现有工业一般只对各设备的基本运行参数(如力失调和热力失调现象。利用泵阀一体化技术,通流量、温度和压力等)进行实时监控,无法作为分析过对智慧阀门的智慧调节,配合变频器使水泵运行整个系统的运行能效状态的依据。为了克服上述问在高效区间。合理分配各个冷却塔的上塔流量,以题,专门进行了水系统能效分析,并研发了智慧管控及开启的冷却风机台数,最大程度的发挥冷却塔的技术,其功能包括:1)循环水流程动态水力和热力效能。改造后系统流程如图5所示。状态监控;2)循环水流程运行能效智能监测;3)循钢不锈钢二期工程wCS系统解密解ma三之满黑《式扫图5改造后系统流程图4改造效果示。稳定运行后,泵组运行效率提升5%~15%以上;不同终中国煤化工设定值1.5℃;进行WECS系统改造后,水泵电机转速大幅度不锈钢二期CNMH345度/天,实降低,并伴随着工艺的变化进行实时调节,如图6所施节能改造后,现平均用电为11353.85度/天,节2013年第2期工业仪表与自动化装置电率达到62%,年节电量在660万度以上。消钢不锈钢二期工程vCs系统4图6电机转速监控图参考文献5总结[1]王杰,张生安,燕增伟论循环水系统节能技术的应用利用杭州哲达科技股份有限公司的WECS节[J].化工装备技术,2011,32(1):54-582]付祥钊,肖益民流体输配管网[M].北京:中国建筑能技术对不锈钢二期软环水进行系统改造后,节能工业出版社,2010效果显著。从2011年9月改造后至今,各改造部分[3]单力钧流体管网系统的水力平衡优化研究[D]浙江运行稳定,智慧阀门实现了各终端之间水力平衡和大学,2009流量的按需分配,实现整个系统的水力优化,满足主[4]汤中彩,麻剑锋,沈新荣.一种新型恒流量控制阀的研究[J].工业仪表与自动化装置,2012(1):10-12线负荷变化和温度变化时主线工艺需求温度的要[5]朱燕变频节能在循环水系统中的应用[J医药工程求。整个系统改变了以前的粗旷管理模式,实现了设计,2010,31(4):53-57精细化管理。[6]张文钢,黄刘琦.水泵的节能技术[M].上海:上海交通大学出版社,2010(上接第57页)参考文献[J].电气应用,2005,24(7):45-47[1]孙兴丽,刘曙光一种开关柜智能操控装置的设计与[7]李宏刚低压配电智能化监控系统的研究[J].电力电实现[J].高压电器,2009,45(1):76-80气化,2006(11):84-85[2]黄绍平,金国斌,李玲.成套开关设备实用技术[M].[8]TMs320F28x和TMs320F28 Xx DSCs的硬件设计指南北京:机械工业出版社,2008:29-74[Z]. Texas Instruments, 2003[3]陈向群.电流互感器的工作原理及误差[C].电工课9]张卫宁.TMS320C28x系列DSP的CPU与外设[M].北堂,2003,12.京:清华大学出版社,2004[4]王廷良.配电自动化系统终端的现状及发展方向[J].[10]刘仕兵.基于DsP的馈线终端装置FTU的设计与实电力设备,2004(12):53-56现[J].华东交通大学学报,2009,26(3):58-63[5]苗保红,于庆瑞赵治平.中压智能开关柜用电动操作[11]陈歆技,单渊达基于CAN总线的新型馈线自动化系控制装置的开发[J].电工电气,2011(2):55-57统[J].电力系统自动化,2000,24(19):47-49[6]王斌配电自动化终端的技术发展历程、现状和趋势中国煤化工CNMHG