工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗综合评价指标与方法技术方案

工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗综合评价指标与方法，属于工业节能减排技术领域。本发明专利技术提出循环冷却水系统冷却能效比和年均冷却能效比，并给出计算公式；对循环冷却水系统一定环境下的多个工况不同能耗指标进行计算和对比分析，对循环冷却水系统多个方案全年中的年均冷却能效比进行计算比较；通过理论分析和实例证明，年均冷却能效比能够全面反映工业循环冷却水系统各个环节和全年中所有时期的能耗与能源利用情况，是能耗综合评价指标，用于评价工业循环冷却水系统能耗情况更为合理；提出确定工业循环冷却水系统能效评级与验收标准的原则和方法。本发明专利技术提出年均冷却能效比能耗综合评价指标与方法，可以提高工业循环冷却水系统的设计和运行水平，显著节省系统能耗和运行费用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业能耗评价指标与方法，尤其是一种工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗综合评价指标与方法，属于工业节能减排领域。
技术介绍
工业循环冷却水系统主要分布于石化、冶金、热电等高能耗国家垄断行业。循环冷却水系统，一般由换热设备、循环水泵、输水管道和散热设备组成，系统运行过程中需要消耗大量的能量。以循环水泵效率为循环冷却水系统能耗评价指标的传统评价方法，存在以下问题：首先，以循环水泵效率为评价指标的方法，仅能反映水泵本身对水体加压做功的能源利用率，当水泵效率高时，如果供给的循环冷却水流量大于冷却最小需要流量，由于循环水泵大都采用离心泵和比转速较低的混流泵，水泵流量增大时水泵轴功率增大，结果造成系统能源浪费。另一方面，即使循环冷却水系统实际向工作设备各冷却部位提供的冷却水流量等于或稍大于冷却最小需要流量，并且循环水泵效率高，如果此时循环冷却水系统及其输水管路设计布置不合理，冷却塔位置过高、输水管路过长、管径过小等，都会造成循环冷却水系统过大的能源浪费。第三，以循环水泵效率为循环冷却水系统的能耗评价指标的方法，仅能代表具体某一个循环冷却水系统的特定环节的能源利用率，不能反映整个循环冷却水系统、不同大小或不同组成的同一类或不同类的循环冷却水系统的能源利用成效，更不能反映循环冷却水系统一年中考虑不同条件和环境温度的能源综合利用成效，无法进行系统的横向比较和判断优劣。由于缺少统一合理的、适用于同一类和不同类的工业循环冷却水系统能耗综合评价指标与方法，设计部门和工业企业对循环冷却水系统能耗指标重视不够，工程设计、建设、验收和运行无权威合理的能耗指标依据，对系统能耗指标无要求、要求不高、或要求不合理，导致循环冷却水系统设计不合理、设备选型不当、运行管理粗放，系统效率低、能耗高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服目前石化、冶金等工业循环冷却水系统缺少统一、合理的能耗综合评价指标与方法，造成系统设计不合理、设备选型不当、运行管理粗放，系统效率低、能耗高的缺点，提出一种工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗综合评价指标与方法。为实现以上目的，本专利技术的技术方案如下：一种工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗综合评价指标与方法，包括以下步骤：A.提出工业循环冷却水系统冷却能效比概念及其计算方法。将冰箱和空调的能效比应用于工业循环冷却水系统。工业循环冷却水系统的“冷却能效比”CTIR(Cooling Thermal load Input power Ratio)是指，在实际运行工况和规定条件下(包括外环境温度、湿度和工作设备发热量及最高允许温度等)，循环冷却水系统对工作设备进行冷却运行时的实际去热流量Φ(kW)与实际耗电功率P(kW)之比。循环冷却水系统冷却能效比用下式计算：CTIR＝Φ/P (1)冷却能效比反映了循环冷却水系统运行过程中单位输入功率的去热量。相同工作设备、工作状况和环境条件下，循环冷却水系统运行时的冷却能效比越大，说明去除相同热量所耗费的电能就越少，循环冷却水系统的设计和运行就越好。B.工业循环冷却水系统进水温度一定时，不同工况下的水泵效率、耗电功率和冷却能效比等能耗评价指标计算对比分析。包括以下6种工况：(1)原运行工况。(2)水泵运行台数优化工况。(3)水泵运行台数与变阀优化工况--以满足最小需要扬程为目标。(4)水泵运行台数与变阀优化工况--以满足最小需要流量为目标。(5)水泵运行台数与变阀、变频调速优化工况--以同时满足最小需要流量、最小需要扬程为目标。(6)按最小需要流量、最小需要扬程重新选泵，水泵运行台数与变阀、变频调速优化工况--以同时满足最小需要流量、最小需要扬程为目标。C.提出工业循环冷却水系统年均冷却能效比概念及其计算方法。定义“年均冷却能效比”CTIRavg，作为工业循环冷却水系统能耗指标，用于评价其能耗性能的优劣，即： CTIR a v g = Σ i m Φ i · T i Σ j m P j · T j = Q a W a - - - ( 2 ) ]]>其中循环冷却水系统年运行时间为： T a = Σ i m T i = Σ j m T j - - - ( 3 ) ]]>式中：CTIRavg为系统年均冷却能效比；m为系统全年去热量大小的种数；Φi为系统全年第i种去热流量，kW；Ti为系统全年第i种去热量的运行时数，h；n为系统全年运行工况数或运行方案数；Pj为系统全年第j种运行工况耗费电功率，kW；Tj为系统全年第j种工况的运行时间，h；Qa为系统年去热量，kW·h；Wa为系统年耗电量，kW·h。D.工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗评价指标的合理性分析。(1)进水温度和移热负荷一定的情况下，采用冷却能效比的合理性分析。工业循环冷却水系统对工作设备进行冷却，要求在工作设备一定环境和工作负荷下去除发热量，保证工作设备性能和安全，保证不超过最高允许温度。循环冷却水系统的总能耗包括循环水泵机组输入电能和冷却设备中的通风机能耗，即式中：ρ为冷却水密度；g为重力加速度；Qi为第i台水泵运行流量；Hi为第i台水泵运行扬程；η泵i、η传i和η机i分别为第i台水泵运行效率、机组传动效率和电动机运行效率；m为系统运行水泵的台数。Qj为第j台风机运行通风量；pj为第j台风机运行全压；η风机j、η传j和η机j分别为第j台风机运行效率、机组传动效率和电动机运行效率；n为系统冷却设备中的运行通风机台数。如果采用变频调速运行，式中还需除以变频器效率。循环冷却水系统中，如果冷却设备冷却效果好，则需要的通风量小，通风机能耗小。在系统设计和运行中，加大通风量能够降低冷却水进水温度，从而能够减小冷却水流量，降低水泵机组能耗。但另一方面，加大通风量增大了通风机能耗。因此，需要对通风机风量和水泵流量进行权本文档来自技高网...

【技术保护点】
工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗综合评价指标与方法，其特征在于，包括以下步骤：A.提出工业循环冷却水系统冷却能效比概念及其计算方法；B.工业循环冷却水系统进水温度一定时，不同工况下的水泵效率、耗电功率和冷却能效比等能耗评价指标计算对比分析；C.提出工业循环冷却水系统年均冷却能效比概念及其计算方法；D.工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗评价指标的合理性分析；E.工业循环冷却水系统年均冷却能效比分级评定；F.工业循环冷却水系统年均冷却能效比验收标准。

【技术特征摘要】
1.工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗综合评价指标与方法，其特征在于，包括以下步骤：A.提出工业循环冷却水系统冷却能效比概念及其计算方法；B.工业循环冷却水系统进水温度一定时，不同工况下的水泵效率、耗电功率和冷却能效比等能耗评价指标计算对比分析；C.提出工业循环冷却水系统年均冷却能效比概念及其计算方法；D.工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗评价指标的合理性分析；E.工业循环冷却水系统年均冷却能效比分级评定；F.工业循环冷却水系统年均冷却能效比验收标准。2.根据权利要求1所述的工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗综合评价指标与方法，其特征在于：步骤A中所述工业循环冷却水系统冷却能效比CTIR(Cooling Thermal load Input power Ratio)是指，在一定的外环境温度、湿度和工作设备发热量及最高允许温度实际运行工况和规定条件下，循环冷却水系统对工作设备进行冷却运行时的实际去热流量Φ(kW)与实际耗电功率P(kW)之比，循环冷却水系统冷却能效比用下式计算：CTIR＝Φ/P (1)冷却能效比反映了循环冷却水系统运行过程中单位输入功率的去热量，相同工作设备、工作状况和环境条件下，循环冷却水系统运行时的冷却能效比越大，说明去除相同热量所耗费的电能就越少，循环冷却水系统的设计和运行就越好。3.根据权利要求1所述的工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗综合评价指标与方法，其特征在于：步骤B中所述工业循环冷却水系统进水温度一定时，不同工况下的水泵效率、耗电功率和冷却能效比三种能耗评价指标计算对比分析，包括以下6种工况：(1)原运行工况；(2)水泵运行台数优化工况；(3)水泵运行台数与变阀优化工况--以满足最小需要扬程为目标；(4)水泵运行台数与变阀优化工况--以满足最小需要流量为目标；(5)水泵运行台数与变阀、变频调速优化工况--以同时满足最小需要流量、最小需要扬程为目标；(6)按最小需要流量、最小需要扬程重新选泵，水泵运行台数与变阀、变频调速优化工况--以同时满足最小需要流量、最小需要扬程为目标。4.根据权利要求1所述的工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗综合评价指标与方法，其特征在于：步骤C中所述工业循环冷却水系统年均冷却能效比，定义“年均冷却能效比”CTIRavg，作为工业循环冷却水系统能耗指标，用于评价其能耗性能的优劣，即： CTIR a v g = Σ i m Φ i · T i Σ j n P j · T j = Q a W a - - - ( 2 ) ]]>其中循环冷却水系统年运行时间为： T a = Σ i m T i = Σ j n T j - - - ( 3 ) ]]>式中：CTIRavg为系统年均冷却能效比；m为系统全年去热量大小的种数；Φi为系统全年第i种去热流量，kW；Ti为系统全年第i种去热量的运行时数，h；n为系统全年运行工况数或运行方案数；Pj为系统全年第j种运行工况耗费电功率，kW；Tj为系统全年第j种工况的运行时间，h；Qa为系统年去热量，kW·h；Wa为系统年耗电量，kW·h。5.根据权利要求2所述的工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗综合评价指标与方法，其特征在于，步骤D中所述工业循环冷却水系统年均冷却能效比能耗评价指标的合理性分析，进水温度和移热负荷一定的情况下，采用冷却能效比的合理性分析：工业循环冷却水系统对工作设备进行冷却，要求在工作设备一定环境和工作负荷下去除发热量，保证工作设备性能和安全，保证不超过最高允许温度；循环冷却水系统的总能耗包括循环水泵机组输入电能和冷却设备中的通风机能耗，即式中：ρ为冷却水密度；g为重力加速度；Qi为第i台水泵运行流量；Hi为第i台水泵运行扬程；η泵i、η传i和η机i分别为第i台水泵运行效率、机组传动效率和电动机运行效率；m为系统运行水泵的台数；Qj为第j台风机运行通风量；pj为第j台风机运行全压；η风机j、η传j和η机j分别为第j台风机运行效率、机组传动效率和电动机运行效率；n为系统冷却设备中的运行通风机台数；如果采用变频调速运行，式中还需除以变频器效率；循环冷却水系统中，如果冷却设备冷却效果好，则需要的通风量小，通风机能耗小；在系统设计和运行中，加大通风量能够降低冷却水进水温度，从而能够减小冷却水流量，降低水泵机组能耗；但另一方面，加大通风量增大了通风机能耗；因此，需要对通风机风量和水泵流量进行权衡，达到总能耗最低；一般情况下，通风机能耗占系统能耗比例较小，有些冷却设备无需设置通风机，循环水泵机组能耗占系统能耗的主要部分；根据计算公式(4)，影响循环水泵机组能耗的主要因素有：水泵运行台数及流量、水泵运行扬程和运行效率等：(1)当工作设备各部位的冷却水流量超过需要流量时，能够保证工作设备的性能和安全，恰好保证工作设备不超过最高允许温度的冷却水流量为最小需要流量；水泵工况在较大范围内变化时，电机效率变化较小；水泵机组大多采用直联传动，传动效率100％；根据式(4)，系统流量越大，在单台水泵运行扬程、流量和效率不变的情况下，水泵运行台数越多，水泵机组电机输入功率之和越大；另一方面...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇宝云，杨龙，陆霞，冯晓莉，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32