CN106500521B - 节能型的循环冷却水*** - Google Patents

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Abstract

本发明为节能型的循环冷却水***，解决现有冷却循环水***采用关小阀门开度控制压力和水量，阀板阻挡水流的能量被浪费的问题。从换热器（5）流出的热水的回水管路（6）上增加发电旁路（20），所述的发电旁路包含小型轴伸贯流式水轮机和发电机及发电控制装置，在原回水管路上设置电动阀门（13），在水轮机进出水管路中设置进水电动阀门（7）和出水电动阀门（11），PLC控制单元的输出接电动控制单元，电动控制单元分别接电动阀门、进水电动阀门、出水电动阀门、水轮机电动控制装置和发电控制装置。

Description

节能型的循环冷却水***
技术领域：
本发明与循环冷却水***有关。
背景技术：
传统的循环冷却水***一般只在季节性气温变化或***需要量变化很大时才人工手动对循环水量进行很粗的调节，现有冷却循环水技***，设计需要留有裕度，选购水泵只能往大的规格靠造成的水泵设计扬程高于***实际阻力扬程，或水泵设计流量大于***实际需要的流量造成浪费，冷却水从高位换热器到热水池或进入冷却塔的位能未被有效利用，有的为了防止冷却塔填料被冲毁，采用关小上塔阀门开度减小水压，浪费了循环冷却水的能量。现有冷却循环水***，设计***必须保证最高气温的冷却水用量，随着气温的下降需要的冷却水量减少，一般只在季节变化，环境气温变化较大时采用关小阀门开度或减少运行水泵数量来减小水泵流量，但阀门阀板阻挡水流的能量被浪费，还有每天的环境温度随时变化，有几度到十几度的变化，或者生产产量工艺的变化，实际需要的水量减小，而未调节循环水量，造成能量浪费。现有冷却循环水***必须保证将冷却水送到最高换热器，低位换热器的水压过大，一般采用关小阀门开度控制压力和水量，阀板阻挡水流的能量被浪费。
发明内容：
本发明的目的是提供一种使循环水能耗低、省电的节能型的循环冷却水***。
本发明是这样实现的：
节能型的循环冷却水***，电动机2驱动水泵3，将冷水池1的水通过上水母管4送到换热器5，冷却需要降温的设备或物料，从换热器流出的热水通过回水管路6流到热水池14，由热水泵15抽到冷却塔12冷却，或者从换热器流出的热水通过回水管路再通过上塔水管路18流入冷却塔冷却，热水冷却后落入冷水池，再由水泵循环抽送使用，其特征在于从换热器流出的热水的回水管路上增加发电旁路20，或者在流入冷却塔的上塔水管路上增加发电旁路20，所述的发电旁路包含小型轴伸贯流式水轮机8或混流式水轮机和发电机9及发电控制装置10，在原水回水管路上设置电动阀门13，在水轮机进出水管路中设置进水电动阀门7和出水电动阀门11，所述的发电控制装置由常用的小水电站通用的发电机控制屏和循环水量智能调节装置组成，所述循环水量智能调节装由若干个温度传感器采集循环水***管路和设备的温度，转换为可编程控制器PLC可读的数据信号，输入给可编程控制器PLC控制单元处理，可编程控制器PLC控制单元的输出接电动控制单元，电动控制单元分别连接原水回水管路电动阀门、进水电动阀门、出水电动阀门、水轮机电动控制装置和发电控制装置。
从换热器流出的热水的回水管路经电动阀门接流入冷却塔的上塔水管路，电动阀门两端分别设置进水电动阀门和出水电动阀门连接水轮机的进出水管，水轮机与发电机传动连接，发电机与发电控制装置连接。
从换热器流出的热水的回水管路经电动阀门流入热水池14，由热水泵15抽到冷却塔冷却，电动阀门的进水端经进水电动阀门与水轮机的进水管连接，水轮机的出水管经出水电动阀门与热水池连接，水轮机与发电机传动连接，发电机与发电控制装置连接。
在回水管路上可以增加一个或若干个发电旁路20。
本发明在通常的循环冷却水***上增加了一个或多个旁路，旁路中安装有水轮发电机组，循环冷却水***上还增加了一个循环水量智能调节装置， 循环水量智能调节装置，该装置由若干个温度传感器采集循环水***管路和设备的温度，转换为可编程控制器PLC可读的数据信号，输入给可编程控制器PLC控制单元处理，然后输出给电动控制单元，控制原回水管路电动阀门13和进水电动阀门7和出水电动阀门11，及水轮机电动控制装置和发电控制装置。该循环水量智能调节装置的原理是根据循环水被冷却设备和工艺的要求，设置一个经济的运行温度范围，PLC控制单元根据温度采集单元数据实时通过阀门电动驱动单元和水轮机电动机驱动单元控制水轮机的过水量，同时，因水轮机水量变化使***压力变化，使水泵实际运行扬程变化，使水泵流量变化，水泵电动机功率相应变化，即水泵电动机耗电量相应变化。电动阀门为电动蝶阀或电动闸阀。图3中的温度采集单元是温度信号转换为PLC可识别的数字信号，常用的是“485”信号。
所述的节能型的冷却循环水***，可以设置一至数个发电旁路20，每个发电旁路20安装一套发电***，发电旁路20和回水管路6是并联关系，通过管路上的阀门，可以同时过水，可以分别过水，相互切换，保证任何情况下循环冷却水畅通。
本发明是根据每天每时气温的变化和循环水***工艺变化要求，实时对水轮机调节流量，采用发电控制装置10实时自动精确调节循环水量，使冷却水节约10-25%，水泵电机耗电减少10-25%，同时，水轮机将***余压转化，驱动发电机发电回馈电网，减少10-15%的市电使用，从而使循环水能耗更低、节电量更高。增加的小型轴伸贯流式水轮机发电***和循环水量智能调节***可以将循环水耗能减少20-40%。
现有冷却循环水技术，设计需要留有裕度，选购水泵只能往大的规格靠造成的水泵设计扬程高于***实际阻力扬程，或水泵设计流量大于***实际需要的流量造成浪费，冷却水从高位换热器到热水池或进入冷却塔的位能未被有效利用，有的为了防止冷却塔填料被冲毁，采用关小上塔阀门开度减小水压，本发明增加的小型轴伸贯流式水轮机发电***可以充分利用原来浪费的这些能量。
现有冷却循环水技术，设计***必须保证最高气温的冷却水用量，随着气温的下降需要的冷却水量减少，一般只在季节变化，环境气温变化较大时采用关小阀门开度或减少运行水泵数量来减小水泵流量，但阀门阀板阻挡水流的能量被浪费，还有每天的环境温度随时变化，有几度到十几度的变化，或者生产产量工艺的变化，实际需要的水量减小，而未调节循环水量，造成能量浪费，本发明增加的小型轴伸贯流转浆式水轮机发电***，可以随时自动调节循环水量，减少水泵电动机的耗电，同时，在小型轴伸贯流转浆式水轮机减少循环水量时，回水压力将上升，水轮机可以利用的水头增大，水轮发电机可以多发电。因此，增加的小型轴伸贯流转浆式水轮发电***和循环水量智能调节***可以充分利用原来浪费的这些能量。
现有冷却循环水技术，***必须保证将冷却水送到最高换热器，低位换热器的水压过大，一般采用关小阀门开度控制压力和水量，阀板阻挡水流的能量被浪费。在低位换热器回水管路增加本发明的小型轴伸贯流转浆式水轮机发电***和循环水量智能调节***，可以充分利用原来浪费的这些能量。
附图说明：
图1是本发明的结构图之一。
图2是本发明的结构图之二。
图3是本发明的控制***框图。
图4是本发明的实施结构图。
具体实施方式：
图1是一个通常的有中间热水池的冷却塔循环水***，通常是电动机2驱动水泵3，将冷水池1的水通过上水母管4送到换热器5，冷却需要降温的设备或物料，从换热器5流出的热水通过回水管路6流到热水池14，由热水泵15抽到冷却塔12冷却，热水冷却后落入冷水池1，再由水泵3循环抽送使用。该技术的实施方案是在该***上增加了一个发电旁路20，该发电旁路20安装有水轮机8和发电机9，和发电控制装置10，其工作原理该是：开启阀门7和11，关闭阀门13，电动机2驱动水泵3，将冷水池1的水通过上水母管4送到换热器5，冷却需要降温的设备或物料，从换热器5流出的热水通过发电旁路的水轮机8再流到热水池14，由热水泵15抽到冷却塔12冷却，热水冷却后落入冷水池1，再由水泵3循环抽送使用。水轮机将***的富余水能转换为动能驱动发电机9发电。
图2是一个通常的没有中间热水池的冷却塔循环水***，通常是电动机2驱动水泵3，将冷水池1的水通过上水母管4送到换热器5，冷却需要降温的设备或物料，从换热器5流出的热水通过回水管路6，再通过上塔水管路18流到冷却塔12冷却，热水冷却后落入冷水池1，再由水泵3循环抽送使用。该技术的实施方案是在该***上增加了一个发电旁路20，该发电旁路20安装有水轮机8和发电机9，和发电控制装置10，其工作原理该是：开启阀门7和11，关闭阀门13，电动机2驱动水泵3，将冷水池1的水通过上水母管4送到换热器5，冷却需要降温的设备或物料，从换热器5流出的热水通过发电旁路的水轮机8再流入上塔水管路18再到冷却塔12中冷却，热水冷却后落入冷水池1，再由水泵3循环抽送使用。水轮机将***的富余水能转换为动能驱动发电机9发电。
该***中的循环水量智能调节装置图3所示，可以由温度传感器A、B、C、D分别采集上水母管4的水温、换热器5的相关设备的温度、回水管路6的水温，转换为PLC可读的数据信号，输入给PLC控制单元处理，然后输出给电动控制单元，控制原回水管路电动阀门13和进水电动阀门7和出水电动阀门11，及水轮机电动控制装置和发电控制装置。根据循环水被冷却设备和工艺的要求，设置一个经济的运行温度范围，当温度传感器A、B、C、D采集的数据变化，比如偏小时，PLC控制单元通过水轮机电动机驱动单元控制减小水轮机的过水量，从而使***压力变大，使水泵实际运行扬程变大，使水泵流量变小，从而使上水母管4的水温、换热器5的相关设备的温度、回水管路6的水温回复到设置的经济运行温度范围内；反之，当温度传感器A、B、C、D采集的数据变化偏大时，PLC控制单元通过水轮机电动机控制单元控制增大水轮机的过水量，从而使***压力变小，使水泵实际运行扬程变小，使水泵流量变大，从而使上水母管4的水温、换热器5的相关设备的温度、回水管路6的水温回复到设置的经济运行温度范围内；从而使水泵电动机功率相应变化，即水泵电动机耗电量相应变化，使水泵耗电更经济。温度传感器可以采用PT100或Cu50。
图4是一个在循环冷却***的上塔管路18中安装一套发电旁路的实例。原循环水***，热水通过阀门13后上到冷却塔12中冷却，增加发电旁路后，正常情况，关闭阀门13，回水管路6中的热水经过阀门7进入小型贯流式水轮机8，小型贯流式水轮机8将***余压转换为旋转的动能驱动发电机9发电，通过发电控制装置10并入电网，回收了***浪费了的水能，达到节能的目的。热水经过小型贯流式水轮机8后通过阀门11进入上塔管路18后上到冷却塔12中冷却。当环境气温降低或生产量减小，发电控制装置10的循环水量智能调节装置，通过温度传感器采集的温度采集数据将减小，PLC控制单元根据温度采集单元数据运算，通过水轮机电动机控制单元控制水轮机减小过水量，同时，因水轮机水量减小使***压力升高，使水泵实际运行扬程升高，使水泵流量减小，水泵电动机耗电功率相应减小，即水泵电动机耗电量相应减小，从而使***耗电量减小，同时，发电旁路又充分回收了***的富余压能，该循环水节能***比传统循环水***节能率提高一倍，甚至更多，因此对节能降耗减排具有重大现实意义。另外，通过对PLC进行设置，在发电控制装置10发生故障时，PLC可以自动控制阀门13开启，阀门7和阀门11关闭，水轮机8和发电机9停止运转，热水通过阀门13后上到冷却塔12中冷却，保证循环水畅通，对生产无影响。解决了循环水***既高效节能，又安全可靠的难题。
在***余压较高时，所述的发电旁路中的小型轴伸贯流式水轮机8可以用混流式水轮机代替。
传统的循环水***节能用变频器对水泵电机变频，虽然可以节电，但变频器的高次谐波对电网干扰较大、对电动机发热增大寿命降低，本身耗电在水泵富余不大时反而浪费电，回水余压不能回收。冷却塔水轮机虽然可以回收余压，但不能回收气温随时变化浪费的余压，而且，冬天冷却塔本身不需要机力抽风时不能回收余压。
本发明在通常的循环冷却水***上增加了一个或多个旁路，旁路中安装有水轮发电机组，循环冷却水***上还增加了一个循环水量智能调节装置，具体结构是电动机2驱动水泵3，将冷水池1的水通过上水母管4送到换热器5，冷却需要降温的设备或物料，从换热器5流出的热水通过回水管路6流到热水池14，由热水泵15抽到冷却塔12冷却，或者从换热器5流出的热水通过回水管路6再通过上塔水管路18流入冷却塔12冷却，热水冷却后落入冷水池1，再由水泵3循环抽送使用。本发明是在从换热器5流出的热水的回水管路6上增加发电旁路20，或者在流入冷却塔12的上塔水管路18上增加发电旁路20。
所述的发电旁路20包含小型轴伸贯流式水轮机8和发电机9及发电控制装置10，在原回水管路上设置电动阀门13，在水轮机进出水管路中设置进水电动阀门7和出水电动阀门11。
所述的发电控制装置10可以采用常用的小水电站通用的发电机控制屏外，还增加了如图3所示的循环水量智能调节装置，该装置由若干个温度传感器采集循环水***管路和设备的温度，接入到温度采集单元转换为PLC可读的数据信号，输入给PLC控制单元处理，然后输出给电动驱动单元，控制原回水管路电动阀门13和进水电动阀门7和出水电动阀门11，及水轮机电动控制装置和发电控制装置。该循环水量智能调节装置的原理是根据循环水被冷却设备和工艺的要求，设置一个经济的运行温度范围，PLC控制单元根据温度采集单元数据实时通过阀门电动驱动单元和水轮机电动机控制单元控制水轮机的过水量，同时，因水轮机水量变化使***压力变化，使水泵实际运行扬程变化，使水泵流量变化，水泵电动机功率相应变化，即水泵电动机耗电量相应变化。

Claims (4)

1.节能型的循环冷却水***，电动机（2）驱动水泵（3），将冷水池（1）的水通过上水母管（4）送到换热器（5），冷却需要降温的设备或物料，从换热器流出的热水通过回水管路（6）流到热水池(14)，由热水泵(15)抽到冷却塔(12)冷却，或者从换热器流出的热水通过回水管路再通过上塔水管路(18)流入冷却塔冷却，热水冷却后落入冷水池，再由水泵循环抽送使用，其特征在于，从换热器流出的热水的回水管路上增加发电旁路（20），或者在流入冷却塔的上塔水管路上增加发电旁路（20），所述的发电旁路包含水轮机（8）和发电机（9）及发电控制装置（10），水轮机（8）为小型轴伸贯流式或混流式，在回水管路上设置电动阀门（13），在水轮机进出水管路中设置进水电动阀门（7）和出水电动阀门（11），所述的发电控制装置由常用的小水电站通用的发电机控制屏和循环水量智能调节装置组成，所述循环水量智能调节装置由四个温度传感器分别采集上水母管（4）的水温、换热器（5）的相关设备的温度、回水管路（6）的水温，转换为PLC控制单元可读的数据信号，输入给PLC控制单元处理，然后输出给电动控制单元，控制回水管路上的电动阀门（13）和进水电动阀门（7）和出水电动阀门（11），及水轮机电动控制装置和发电控制装置，根据循环水被冷却设备和工艺的要求，设置一个经济的运行温度范围，当四个温度传感器采集的数据变化偏小时，PLC控制单元通过水轮机电动控制单元控制减小水轮机的过水量，从而使***压力变大，使水泵实际运行扬程变大，使水泵流量变小，从而使上水母管（4）的水温、换热器（5）的相关设备的温度、回水管路（6）的水温回复到设置的经济运行温度范围内；反之，当四个温度传感器采集的数据变化偏大时，PLC控制单元通过水轮机电动控制单元控制增大水轮机的过水量，从而使***压力变小，使水泵实际运行扬程变小，使水泵流量变大，从而使上水母管（4）的水温、换热器（5）的相关设备的温度、回水管路（6）的水温回复到设置的经济运行温度范围内；从而使水泵电动机功率相应变化，即水泵电动机耗电量相应变化。
2.根据权利要求1所述的节能型的循环冷却水***，其特征在于，从换热器流出的热水的回水管路经电动阀门流入冷却塔的上塔水管路，电动阀门两端分别设置进水电动阀门和出水电动阀门连接水轮机的进出水管，水轮机与发电机传动连接，发电机与发电控制装置连接。
3.根据权利要求1所述的节能型的循环冷却水***，其特征在于， 从换热器流出的热水的回水管路经电动阀门流入热水池（14），由热水泵（15）抽到冷却塔冷却，电动阀门的进水端经进水电动阀门与水轮机的进水管连接，水轮机的出水管经出水电动阀门与热水池连接，水轮机与发电机传动连接，发电机与发电控制装置连接。
4.根据权利要求1所述的节能型的循环冷却水***，其特征在于，在回水管路上增加一个或若干个发电旁路（20）。
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