[发明专利]基于工艺介质多温度目标的循环冷却水最小压差节能控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于工艺介质多温度目标的循环冷却水最小压差节能控制系统，包括循环冷却水系统和控制节能系统；控制节能系统包括工艺介质温度最不利点选择器、工艺介质温度控制器和给回水压差内环PID控制器；工艺介质温度最不利点选择器用于选择工艺介质温度最不利点；工艺介质温度控制器用于获取冷却给回水压差设定值；给回水压差内环PID控制器用于控制所有上塔阀的开度和给水泵机组的出口水流量。有益效果：使循环冷却水不需手工调节就能根据工业现场工艺介质降温需求自动改变循环冷却水冷却供给量，提高循环冷却水系统能源利用率，实现节能控制。

技术领域

本发明涉及工业生产中循环冷却水技术领域，具体的说是一种基于工艺介质多温度目标的循环冷却水最小压差节能控制系统及方法。

背景技术

在化工、电力、冶金等工业生产过程中，系统根据需要，往往会因为燃烧、化学反应等产生大量的热量，导致设备及系统温度升高，影响生产区工艺介质品质，造成严重的经济损失。循环冷却水系统是一种常见的在工业生产现场对工艺介质的控温工程系统，利用传热介质将生产过程中产生的热量传导到自然环境中，达到降温的目的，应用广泛。循环冷却水系统管网拓扑结构规模庞大，结构复杂，且其内部组件繁多，系统设计大多是依靠经验，为满足生产需要，通常依据最大负荷并给予一定富余量而盲目提高供水能力和冷却能力，与实际工业生产要求之间常存在“大马拉小车”现象，造成了大量的冷却资源浪费。

传统的工业循环冷却水系统采用多台恒速水泵并联供水，当工业生产区对冷却水需求量发生变化时，通过调节各水泵的出口阀门控制冷却水流量。但在实际工业现场，为防止开大水泵出口阀门导致水泵电机电流增大而损坏水泵电机，或因仅凭人工经验关小阀门减小水流量而影响生产区冷却效果，往往将各水泵的出口阀门开度设定为50％，在整个运行周期造成了极大的节流损失，没有从根本上解决冷却资源浪费问题。水泵作为循环冷却水系统的主要能耗设备，电量消耗惊人，一个大型的循环冷却水系统一年的水泵工作电耗高达千万元，因此水泵性能参数和运行工况会影响整个系统的经济节能效果。我国在供水管网系统中水泵运行管理水平相对较低，在大多数情况下水泵运行的实际工况会偏离设计工况，使得水泵运行效率大大降低。在文献“郑雷,言明贵,李同玲.水泵叶轮切削新技术的实践与探索[J].给水排水,2005,31(9):94-96.”中提出通过切削水泵的叶轮外径来调节水流量，但该方法实施困难，且流量调节范围有限，不能跟随流量需求的变化而大范围进行调节。在文献“符永正,蔡亚桥.闭式水循环系统多泵并联变台数调节的流量计算及预测[J].水泵技术,2007(3):23-26.”中提出改变并联水泵运行台数，实现流量调节，该方法原理简单，但调节精度低，不能对流量进行微调或连续调节。在文献“Hickok H N.AdjustableSpeed---A Tool for Saving Energy Losses in PuM’ps,Fans,Blowers,and CoM’pressors[J].IEEE Transactions on Industry Applications,1985,IA-21(1):124-136.”中提出利用变频调速技术改变水泵转速调节水流量，该方法调节范围较宽、精度较高，不额外增加管路阻力，可使水泵保持高效工作，能够从根本上节能。变频调速技术与控制技术结合，运用于循环冷却水水泵电机转速调节，构成循环冷却水水泵变频供水控制系统。

但是工业换热器的设置高度以及到供水出口的距离各不相同，对水泵供水压力要求也各不相同，由于换热器安装位置是固定的，因此供水管网中存在一个固定的压力最不利点对水泵供水压力要求最高。为使冷却水能够以一定的压力到达每一台换热器，通过对供水管网压力最不利点的压力进行跟踪控制，变频调节水泵转速保持该点压力恒定，维持整个系统水力平衡，这是目前应用最广泛的循环冷却水水泵变频供水控制方案。该方案中水泵的出口压力是随用水量变化的，因此称为循环冷却水水泵变频变压供水控制系统。

循环冷却水水泵变频改造对保护循环水泵电机及提高电网负载功率因数有了很大的改观，但循环水泵运行节能率仍不高。这是因为在设计循环冷却水水泵变频变压供水系统时没有考虑以下两个因素：