分压式供水在冷却循环水系统节能改造中的应用

长沙翔鹅节能技术有限公司 刘海华

前言

冷却循环水系统是工业生产领域不可或缺的一部分，广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、冶金等国民经济各领域。据不完全统计，循环水系统的耗能总量约占全国发电量的20%-25%，因此，开展冷却循环水系统节能降耗技术研究具有重大的经济和社会意义。

1 技术背景

目前，工业企业主要采用开式冷却循环水系统。一种典型的开式冷却循环水系统如图1所示，主要由以下部分组成：进水池→循环水泵→用水装置→冷却塔→进水池。进水池的循环水通过主循环水泵输送到各生产点对换热装置进行冷却，然后利用系统余压回到冷却塔喷淋，对自身进行冷却，冷却后的循环水再回到进水池循环利用。

图1 典型开式冷却循环水系统图

企业在装置布局时，出于生产工艺、设备性能的要求或节约用地的限制，通常采用分层布置的方式，各换热装置的高度布置不同，其要求的冷却循环水压力也并不相同。为了保证各换热装置的用水要求，冷却循环水系统必须按高供水压力进行设计，并通过关小低位换热装置阀门的方式维持系统各换热装置的水力平衡，造成提供给低位换热装置的压力远大于其实际需求，能源浪费在调节阀门上。

2 分压式供水原理

分压式供水系统是以维持冷却循环水系统流量不变为前提，对不同压力要求的换热装置进行分压匹配供水以达到节能目的一种方法。其具体实施步骤如下：

（1）在高位换热装置管道上安装一套加压泵系统，单独加压以保证其用水流量和高压力的要求；

（2）根据低位换热装置压力要求更换循环水泵，降低系统主供水压力，减少循环水泵电耗；

（3）开启低位换热装置的阀门，保证低位换热器流量不变。（如图2所示）

图2 分压式供水冷却循环水系统图

3 分压式供水系统的特点

分压式供水系统相对与常规循环水系统不但有节能上的优势，其对循环水系统流量分配也更灵活。

（1）一套定型的换热装置，影响其换热效果的变量主要为换热装置的流量，分布式供水系统并不改变换热装置本身性能，其分配给各换热装置的流量也没有发生变化，故改造后各换热装置的冷却效果不会发生变化；

（2）分压式供水系统可以根据用户的要求，增大冷却效果不佳的换热装置的流量，以改善其冷却效果；

（3）分压式供水降低了冷却循环水系统主供水压力，有利于管网的运行安全。

4 分压式供水能耗分析

分压式供水的冷却循环水系统虽然增加了加压泵的电耗，但冷却循环水系统主供水压力的降低能够节约更大的电量。其能耗分析对比情况如图3所示。

图3 分压式供水系统能耗对比图

图3中的标识说明如下：

（1）A为原循环水泵的工况点：流量QA、扬程HA；

（2）B为分压式供水的循环泵的工况点：流量QA、扬程HB；

（3）C为分压式供水的加压泵的工况点：流量QC、扬程HA-HB；

（4）图3中面积0→QA→A→HA→0为原系统循环水泵运行时的能耗；面积0→QA→B→HB→0为分压式供水后系统循环水泵运行时的能耗；面积HB→QC→C→HA→HB为分压式供水增加的加压泵运行时的能耗。原系统与分压式供水系统的面积差QC→B→A→C→QC即为节约的系统能耗。

（5）由图3中可知，高、低位换热装置压力要求差别越大（即HA-HB越大）、高位换热装置流量要求越少（即QC越小），节能空间越明显。

5 应用案例

案例1：

“晋煤中能化工”冷却循环水系统运行2台KQSN800-M9/952循环水泵，实测运行功率为2×1050kW，系统供水压力为0.5MPa，技改后在煤气化冷却的高位换热装置处增加一台加压泵350S26，实测运行功率为138kW，并更换循环水泵GS800-19/6，实测运行电耗为2×750 kW，系统供水压力降低到0.35MPa，煤气化装置的冷却温度下降了2℃。经计算，每小时节电量为：（2×1050-2×750-138=）462 kW ，节电率为：[462/（2×1050）=]22%。

按每年运行8000h计算，每年可以节约电量：（462×8000=）3696000 kWh。

案例2：

“江泉管业制氧厂”冷却循环水系统运行2台500S59A循环水泵，实测运行功率为2×403.5kW，系统供水压力为0.45MPa，技改后在终冷塔冷却的高位换热装置处增加一台加压泵300S12，实测运行功率为34.6kW，并更换循环水泵500S35，实测运行电耗为2×243.6kW，系统供水压力降低到0.32MPa，终冷塔装置的冷却温度下降了4℃。经计算，每小时节电量为：（2×403.5-2×243.6-34.6=）285.2 kW ，节电率为：[285.2/（2×403.5）=]35.3%。

按每年运行8000小时计算，每年可以节约电量：（285.2×8000=）2281600 kWh 。

6 结论

采用分压式供水方式对循环水系统不同高度换热装置进行按需分配，不但可以达到可观的节能效果，而且可以改善高位换热器的换热效果，值得类似装置节能改造时参考与借鉴。