优化冷却水供应,降低成本

作者:文/Tangram Technology Ltd. Robin Kent 文章来源:PT《现代塑料》2014年2月刊 发布时间:2014-03-19
冷却水系统的能源浪费一直是加工商们关注的话题.想要更好地解决此问题,必须对冷却水系统有更加深入的了解.为此,本文从冷却塔,制冷机和气喷冷却着手,分别介绍了3种冷却系统的特点,并提出了一些在实际使用过程中能实现能源和资金节约的方法.

冷却水系统的能源浪费一直是加工商们关注的话题。想要更好地解决此问题,必须对冷却水系统有更加深入的了解。为此,本文从冷却塔、制冷机和气喷冷却着手,分别介绍了3种冷却系统的特点,并提出了一些在实际使用过程中能实现能源和资金节约的方法。

针对冷却水系统中的能源浪费问题,可以通过尽可能地减少“寄生”的热增量,以及提高水温,使需求最小化两个方案来解决。本文以供应的角度,从冷却塔、致冷机和气喷冷却3个系统出发,提出了一些可以降低能耗、节约资金的方法。

高效运行冷却塔

冷却塔是最简单的冷却装置之一,在使用和运行方面都有很好的经济优势。塑料加工中使用的大多数冷却塔是机械通风式(强迫或诱导通风)。这些冷却塔在半闭合回路中通过蒸发冷却将水冷却至稍高于环境湿球温度的水平。

对冷却塔而言,蒸发不可或缺,由于它只发生在水表面,因此,冷却塔应该尽可能地使水表面与空气流接触。对此,需要注意以下几点:

1.确保水均匀地分布在塔填料上,填料正确堆放且完好无损。

2.填料应没有障碍物,并定期清洗,以提供良好的空气和水的分布。

3.确保空气进入冷却塔的道路畅通,不要在进气口前堆放或建造任何障碍,否则会妨碍空气进入。

4.蒸发会不可避免地在水中留下固体(盐)。这些固体会积聚在冷却表面上,降低其传热效率并增加能量消耗。因此,需要对冷却塔进行定期和有效的水处理,以防止固体积聚。

根据所要求的流动温度,塔的冷却量可以通过改变风扇的转速而得到控制。最简单的方法之一是,在寒冷的天气里手动关闭风扇。当然,能自动控制更好——可以使用简单的温控器,用来自水仓的信号进行控制。但是,更理想的方法是以水仓温度为控制信号,使用变速驱动装置(VSD)对风扇电动机进行控制,这有助于节约能源,并提高对水流温度的控制效果。

在冬季,如果可以用“级联”模式操作冷却塔,即关闭风扇,那么,用于风扇的温度控制器装置会创造一个能真正节约成本的机会。另外,如果冷却塔系统的尺寸与负荷相匹配,那么,在温和的气候下应该也可以实现上述效果。

应该注意的是,为了确保冷却塔的理想运行,不论使用哪种类型的温度控制器,都应该对其进行定期检查;为避免浪费,应该只在生产时间内运行操作塔。

有时,加工商们会担心冷却塔内藏有Legionella菌(Legionella病的原因)。但是,充分的水处理和定期的检测可以确保现代冷却塔的安全运行。

致冷机是耗能大户

致冷机是工厂中的耗能大户之一,其单独的电力输入约为30~40kW,甚至在一个小工厂中,都可能存在输出为200kW的致冷机。对于24/7的运行而言,每天需要约60~80kW的输入,以此计算,制冷机一年的耗资约4.2万美元。

致冷机组系统应针对部分高负荷和冬季的效率进行优化。其中,将附加的致冷机加入系统中以提供多致冷机的能力是一项非常重要的工作。

如今的新技术致冷机组采用高效涡旋式和螺杆压缩机,以及制冷剂气体进行冷却。加工商们在对工厂冷却负荷和现有的系统进行评估后,应考虑更换旧技术致冷机组。如果确定新压缩机的大小与制冷负荷相匹配,要避免在低负荷下运行压缩机,因为此情况下的效率非常低。

在部分冷却负荷下,考虑采用多压缩机致冷机组,会使它们有更好的表现。另外,维护工作也是保证机组正常运行的关键,工厂应制定例行的维护任务,如:定期保养、清洗冷凝器;定期检查气密性和制冷剂容量;定期清洗蒸发器和热交换器表面;定期检查流动和回流温度,还要确认流速使它们保持正确和理想的设置;最后,保存工厂运行状况的记录,以确定未来的运行趋势。

不要忽视“免费的”空气冷却

标准冷冻水系统不会利用寒冷的天气条件。但实际上,在温和或寒冷的气候条件下,通过巧妙地利用冬季或夜晚的低温来预冷却过程中的回水,能有效减少致冷机组的能源消耗。对此,气喷冷却发挥了其优势,它可有效降低能源成本(如图1所示)。

气喷冷却非常适合于塑料加工,因为该系统的环境温度和流动温度相似,能使气喷冷却充分发挥其优势。气喷冷却器既可用于预冷却,也能和冷却水一起用于总冷却,或者直接替代冷却塔。气喷冷却能达到的最低温度与干球温度有关,因此高于冷却塔所能达到的温度。一台预冷用的气喷冷却器典型的安装模式如图2所示。如果环境温度远低于回水温度,则气喷冷却生效,返回冷却水通过气喷冷却被部分转移,这种预冷却技术减少了主冷却器上的负荷,降低了能耗和费用。

环境温度越低,气喷冷却的效率越大,并且当环境温度约为15.56℃(低于回水温度)时,预冷却的效果可以满足系统总的需求。在此情况下,气喷冷却器负责承担总的冷却负荷,且冷却水不再进入冷却器,而是被转回到加工过程中;接下来,主冷却器关闭,冷却器负荷减小至零。在这个阶段中,唯一的能量消耗是用于驱动气喷冷却器风扇的电动机。

换言之,对于15.56℃的流动温度而言,当环境温度低于12.22℃时,主致冷机组变得不活跃,这是要尽量提高流动温度的一个原因。另外,气喷冷却是一种低成本冷却技术,其典型的投资回收期不足两年,它可以作为标准设备和新的致冷机一起使用,或根据现有的冷却水系统进行改造。如果需要更低的温度,还可以为气喷冷却器配备一个水雾系统,以提供额外的冷却。带有气喷冷却回路的致冷机组其致冷机运行的时间更少,不仅降低了维护成本,还能延长致冷机的寿命。图1、图2

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