一、技術(shù)名稱：工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化技術(shù)
二、技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍：工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng) 鋼鐵冶金、石油化工、熱電、生化制藥等領(lǐng)域
三、與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀
循環(huán)水系統(tǒng)以水為介質(zhì)用于工藝過程的冷（熱）量交換和傳送，在石油化工、鋼鐵冶金、機(jī)械電子、食品制藥、熱電、集中供暖、中央空調(diào)等領(lǐng)域，是必不可少的基本環(huán)節(jié)。循環(huán)水系統(tǒng)以水泵為動(dòng)力源，其電能消耗較大，約占社會(huì)總用電量的15%左右。目前，我國循環(huán)水系統(tǒng)普遍存在能耗較高的現(xiàn)象，與先進(jìn)國家相比，水泵單機(jī)效率約低5%以上，系統(tǒng)效率低20%以上。目前該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能量73萬tce/a，CO2減排約193萬t/a。
四、技術(shù)內(nèi)容
1.技術(shù)原理
從流體力學(xué)基本原理可知，影響水泵功率的三大內(nèi)在因素為：揚(yáng)送的流量、揚(yáng)程、運(yùn)行效率。其中運(yùn)行效率取決于水泵的效率性能，揚(yáng)程用于克服管網(wǎng)阻力，流量用于工藝過程的冷（熱）量交換和傳送。從傳熱學(xué)基本原理可知，循環(huán)水量又取決于換熱單元的熱負(fù)荷、冷熱流溫差和傳熱系數(shù)。也即對(duì)某特定工藝的換熱網(wǎng)絡(luò)，若所移去的熱量通過平衡后變少，換熱器的熱阻變少，循環(huán)水的供回水溫差按設(shè)計(jì)規(guī)范要求控制在合理值內(nèi)，那么流量就可以減少。根據(jù)上述原理，如果對(duì)某特定工藝，進(jìn)行以下優(yōu)化改造步驟，可從根本上解決循環(huán)水系統(tǒng)的高能耗問題：
（1）通過優(yōu)化改造換熱網(wǎng)絡(luò)、消除因結(jié)垢或藻類滋生引起的熱阻、做好管網(wǎng)的流量平衡并合理控制供回水溫差，取得泵站最合理的揚(yáng)送流量；
（2）通過配水管網(wǎng)優(yōu)化，消除不利因素，如閥門損失、局部管路阻力偏大、并聯(lián)管路性能差異大而引起的水力失衡、真空度控制不合理引起擾流等，從而降低管網(wǎng)阻力，取得水泵最合理的工作揚(yáng)程；
（3）根據(jù)優(yōu)化后的工作點(diǎn)參數(shù)（流量、揚(yáng)程、效率、裝置汽蝕余量），采用三元流技術(shù)設(shè)計(jì)出高效的水泵葉輪，以高效節(jié)能泵替換原有不匹配、低效率的水泵，確保泵站處于高效率運(yùn)行狀態(tài)；
（4）充分考慮因熱負(fù)荷及環(huán)境溫度變化引起的變工況運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行特征對(duì)泵站進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和管理。
2.關(guān)鍵技術(shù)
（1）循環(huán)水系統(tǒng)各換熱設(shè)備、管網(wǎng)、泵站等的運(yùn)行參數(shù)（包括壓力、流量、溫度、幾何高度等）精確采集技術(shù)；
（2）換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和管網(wǎng)水力優(yōu)化數(shù)學(xué)模型建立；
（3）對(duì)流量、管網(wǎng)阻力、水泵運(yùn)行效率等專家分析診斷及優(yōu)化系統(tǒng)。
（4）水力平衡調(diào)節(jié)裝置、高效節(jié)能泵等多種針對(duì)性強(qiáng)的系列高效節(jié)能產(chǎn)品。
3.工藝流程
冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化工藝主要包括以下環(huán)節(jié)：
（1）循環(huán)水系統(tǒng)及換熱網(wǎng)絡(luò)流程圖繪制、各換熱設(shè)備額定技術(shù)參數(shù)及熱負(fù)荷值進(jìn)行勘探，校對(duì)，記錄；
（2）規(guī)定采集點(diǎn)的運(yùn)行工況及環(huán)境參數(shù)采集；
（3）高能耗原因診斷分析；
（4）通過換熱網(wǎng)絡(luò)及配水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定優(yōu)化整改方案，確定合理循環(huán)水量及總管網(wǎng)最優(yōu)阻力；
（5）原泵站性能評(píng)價(jià)與泵站優(yōu)化設(shè)計(jì)，高效節(jié)能泵最優(yōu)工作參數(shù)確定；
（6）定制生產(chǎn)高效節(jié)能泵；
（7）換熱網(wǎng)絡(luò)及配水管網(wǎng)的不利因素優(yōu)化整改與調(diào)整；
（8）高效節(jié)能泵安裝調(diào)試；
（9）對(duì)間隙式生產(chǎn)系統(tǒng)（如聚苯烯生產(chǎn)裝置等），根據(jù)變工況運(yùn)行特征，制訂相應(yīng)調(diào)節(jié)控制策略，加裝變頻控制系統(tǒng)；
（10）對(duì)循環(huán)水量較大（建議在3000t/h以上）或較復(fù)雜的系統(tǒng)，制訂相應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)與管理策略，安裝循環(huán)水系統(tǒng)在線監(jiān)控與能源管理系統(tǒng)。
循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)架見圖1。
圖1 循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)圖
五、主要技術(shù)指標(biāo)
應(yīng)用于工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造節(jié)電率約為12%-55%。
六、技術(shù)鑒定、獲獎(jiǎng)情況及應(yīng)用現(xiàn)狀
該技術(shù)于2005年7月通過浙江省科技廳組織的成果鑒定，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并已獲得計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記證書5項(xiàng)。經(jīng)浙江能源監(jiān)察總隊(duì)能源監(jiān)測(cè)站、沈陽市節(jié)能技術(shù)研究所等多家權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)，該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的節(jié)能效果著，已在全國成功應(yīng)用于860余個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能改造，目前處于大范圍推廣階段。
七、典型應(yīng)用案例
典型用戶：上海石化、南京化工、揚(yáng)子石化、中化集團(tuán)、柳化股份、大化集團(tuán)、上海醫(yī)藥集團(tuán)、菱花味精、歐亞賜福集團(tuán)、LG甬興化學(xué)、寶鋼股份、首鋼集團(tuán)、上海大眾汽車公司等。
典型案例1
技術(shù)提供單位：浙江科維節(jié)能技術(shù)有限公司
建設(shè)規(guī)模：30萬t/a合成氨循環(huán)水系統(tǒng)（循環(huán)水量35000t/h），配7臺(tái)冷卻水泵，其中2臺(tái)配功率為2240kW，1臺(tái)配功率為900 kW，4臺(tái)配功率為1000kW，相應(yīng)配7臺(tái)冷卻塔。主要技改內(nèi)容：換熱網(wǎng)絡(luò)及配水管網(wǎng)的不利因素優(yōu)化整改與調(diào)整，特別是解決了純堿廠和加氯車間最不利點(diǎn)的水力平衡問題；評(píng)價(jià)原泵站性能，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定高效節(jié)能泵最優(yōu)工作參數(shù)及葉輪的水力模型設(shè)計(jì)；通過系統(tǒng)改造更換7臺(tái)高效節(jié)能泵。主要設(shè)備包括水力平衡提升調(diào)節(jié)裝置2套；高效節(jié)能泵7臺(tái)；循環(huán)水在線檢測(cè)與能源管理系統(tǒng)1套。節(jié)能技改投資額1470萬元，建設(shè)期5個(gè)月。每年可節(jié)能4709tce，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益為573萬元。投資回收期2.5年。
典型案例2
技術(shù)提供單位：浙江科維節(jié)能技術(shù)有限公司
建設(shè)規(guī)模：1780m3高爐鼓風(fēng)機(jī)透平拖動(dòng)裝置冷卻系統(tǒng)技改，配6臺(tái)900kW冷卻泵（2用4備）；主要技改內(nèi)容：換熱網(wǎng)絡(luò)及配水管網(wǎng)的不利因素優(yōu)化整改與調(diào)整，特別是解決了供水總管止回閥阻力異常現(xiàn)象；評(píng)價(jià)原泵站性能，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定高效節(jié)能泵最優(yōu)工作參數(shù)及葉輪的水力模型設(shè)計(jì)；通過系統(tǒng)改造更換6臺(tái)高效節(jié)能泵。主要設(shè)備包括PLC計(jì)量系統(tǒng)、止回閥6臺(tái)、高效節(jié)能泵6臺(tái)。節(jié)能技改投資額780萬元，建設(shè)期4個(gè)月。每年可節(jié)能3048tce，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益459萬元，投資回收期1.7年。
八、推廣前景及節(jié)能減排潛力
根據(jù)目前已在全國成功實(shí)施的800余套循環(huán)水優(yōu)化系統(tǒng)的節(jié)能效果分析，與原有循環(huán)水系統(tǒng)相比，該技術(shù)的節(jié)電率一般在20%-85%。這表明目前我國工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)仍然存在能耗過高的情況，有較大的節(jié)能潛力。
預(yù)計(jì)未來5年，該技術(shù)在行業(yè)內(nèi)的推廣潛力可達(dá)到20%，投資總額45億元，節(jié)能能力207萬tce/a，減排能力546萬tCO2/a。
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