减少水冷却环节的能源消耗

作者:文/Tangram Technology公司 Robin Kent 文章来源:PT《现代塑料》2015年4月刊 发布时间:2015-04-14
降低冷却水和冷冻水的分配成本往往是减少水冷却环节能耗的最容易且最快的方法之一,但大多数的工厂没有对此方面进行过研究.基于此,本文详细分析了在给水方面(包括冷却塔,骤冷器和空气冷却器)可以进行的改善,以期最大限度地降低分配冷却水或冷冻水的成本.

降低冷却水和冷冻水的分配成本往往是减少水冷却环节能耗的最容易且最快的方法之一,但大多数的工厂没有对此方面进行过研究。基于此,本文详细分析了在给水方面(包括冷却塔、骤冷器和空气冷却器)可以进行的改善,以期最大限度地降低分配冷却水或冷冻水的成本。

降低冷却水和冷冻水的分配成本往往是减少水冷却环节能耗的最容易且最快的方法之一,但大多数的工厂没有对此方面进行研究。通常,用于冷却和冷冻系统的水循环泵是离心泵,这些泵的规格往往与需求不匹配。这可能是系统膨胀/收缩和较差的初始规范造成的,也可能与转换到未被正确记录的系统有关。冷却水图对于定位这些系统转换是一个宝贵的工具,同时也能作为一个路线图而发挥节能作用。

系统中的变化往往意味着已经对管道工程进行了修改,而这种修改并没有考虑在压力增加或减小的情况下泵负荷和效率的最后改变。管道工程和泵的尺寸选择必须以当前的要求为根据,因此大型泵在低负荷下的运行效率可能反而比小型泵在接近其最大负荷时的运行效率低。

值得一提的是,在机器和过程不工作时,最好使二者尽可能地远离,从而使压力损失降至最低。

冷却水泵

大多数的冷却水泵被装在厂房内,通常情况下员工都看不到它们。但有一点要明确,一台简单的功率为25hp(1hp=746W)的泵每年会消耗大约价值16000美元的能源,是一个昂贵的设备。

在一个非常简单且典型的冷却水布局图中,泵负责向过程和冷却系统给水,流向过程的水的体积流量可通过泵排序(一个地点有多台泵)或者最好通过使用将压力或流量作为控制信号的变速驱动控制器(VSDs,也被称为变频或逆变器驱动器)与需求进行匹配。

在使用多台泵的应用中,一种通过传感流动与回程压力和温度的简单控制系统,可被用于优化在任一时间点上运行的泵数量。在流程泵上安装VSDs有助于使系统的调整达到过程的要求。

一个VSD可以改变泵的流量,使其与过程的要求相匹配,而并非无视过程的要求全速运行。泵的速度可以通过接收来自水槽前的冷却水回路管道的信号进行控制。当过程要求较低时,VSD会使泵减速;当过程的要求较高时,它能提高泵速。这个简单的系统还会减少冷却水循环中的温度变化,并提供更好的过程控制。一般,在冷却水过程回路中采用VSD大约6个月或更短的时间即可收回投资成本。

使用VSD控制泵以获得一个恒定的压力或流量,这需要有双重传感器来监测和控制温度与压力,但通常压力只是一个极限控制,即压力不低于4bar(1bar=0.1MPa)即可。

对于多泵系统,一台泵上一般只需一个VSD,剩下的定速泵可以提供基本负荷,而VSD控制的泵可以提供可变负荷。定速泵运行的数量可根据要求进行调整。

当机器不使用时,如果其与冷却水回路隔离,VSD带来的好处将会增加——冷却水会变得更冷,泵速会减慢更多。另外,也可以考虑把冷却水泵的VSD用于系统(冷却塔或空气冷却器)中,但这些泵驱动器需要一个合适的控制系统。

冷冻水泵

大多数的冷冻水泵与冷却水泵相似,尺寸与操作成本也基本相同,因此图中的简化系统布局也广泛适用于冷冻水系统。

冷冻水泵主要也是定速泵,且与操作和过程要求无关。同在冷却水泵中的应用相同,将VSD与过程冷冻水泵相匹配也是可能的,这将带来与在冷却水泵上应用相同的好处——降低能耗,提高冷冻水温度的稳定性。通常,将VSD应用于冷冻水过程回路大约6个月或更短的时间即可收回成本。

与冷却水泵的情况类似,使用VSD控制冷冻水泵以产生一个恒定的压力或流量,也需要用双重传感器来监测和控制温度与压力。对于多泵系统,一台泵一般只需要一个VSD。

冷冻水泵的系统(骤冷器或空气预冷器)可能不适合使用VSD。除非骤冷器在部分负荷下是高效运行的,否则其最佳的性能是在水从冷冻水槽中被强制送入的时候。对于许多较老的骤冷器而言,当达到设定温度时,关闭骤冷器会更好,而并非是在需求减少时。这是因为在部分负荷下骤冷器的效率普遍会降低。新设计的骤冷器通常拥有良好的部分载荷效率,因此可以考虑把VSD用于冷冻水系统。

当模具不使用时,将其与冷冻水回路隔离,VSD的效果更佳。然后冷冻水将会更冷,泵速也会减慢更多。

简单的改变

在一个真实的案例中,一家工厂从水槽到过程的冷却水都拥有固定速度的主泵和备用泵。主泵功率为30hp,备用泵为25hp。已知25hp的泵能更好地匹配系统,且当30hp的泵使用时,25hp泵已经过长时间的运行,尽管如此,系统通常总是使用30hp的泵。

然后,简单地更换控制系统,使25hp泵成为主泵,30hp泵成为备用泵,这样每年可节约超过4000美元。这个改变在其他3个系统(另一个冷却水系统和两个冷冻水系统)上得到复制,在拥有相同冷却能力的情况下,每年节约了超过16000美元。

一个非常简单且典型的冷却水系统用泵向过程和冷却系统给水。流向过程的水体积流量,可以通过泵排序(采用多泵)或使用将压力和/或流量作为控制信号的变速驱动控制器与要求相匹配

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