一、运行能耗的组成

 

　　循环冷却水系统主要由冷却塔、风机、换热器和循环水泵等设备（构筑物）组成。在冷却塔内，循环冷却水与风机提供的空气接触，通过蒸发传热和接触传热进行热交换，冷却水的温度降低，空气带走部分水，排污排除部分水，大部分冷却水由循环水泵以一定的分配方式输送到换热器，经换热器后输送回冷却塔再进行冷却处理。为弥补蒸发、风吹和排污损失，需要在冷却塔和生产设备换热器之间补充新鲜水。空气从冷却塔底部鼓入与循环水进行热交换，然后从冷却塔顶部排出。

 

　　循环冷却水系统的运行费用包括循环水泵、风机的运行电费和补充水的费用，其中循环水泵、风机的运行电费为主要的运行费用，故广一水泵厂重点研究循环冷却水系统中循环水泵和风机的消耗。循环水泵为循环冷却水系统中循环水的输送提供动力，其功率值与循环水流量、水泵扬程有关。风机为循环冷却水系统中提供与水进行热交换的空气，风机功率与风量、出口风压力等因素有关。

 

　　二、运行能耗问题

 

　　目前，工业循环冷却水系统的设计和操作中存在很多不足，系统的运行能耗很大。究其原因，主要是我国循环冷却水系统没有引起足够重视，传统的水冷却设计方法有待于改进，冷却水系统的操作缺乏相应理论的支撑。因此，循环水量、循环水的出塔温度等操作的参数在不同的季节没有做相应的调整。事实上，在不同季节，循环冷却水系统的多个操作参数不尽相同。一般而言，冬季空气的干球温度、湿球温度和空气的湿度比夏季低，生产设备换热器冷却水的实际入口温度比夏季对应值低；如果冬季的出塔温度、循环水量等参数继续采用夏季的参数值，而不做出相应的调整，势必造成不必要的电能浪费。

 

　　上述设计参数的不精确估计和采用，导致冷却塔内设计气水比的取值不当，从而影响风机和广一离心泵的设计流量。此外，循环冷却水系统的设备（构筑物）和循环管路十分复杂，沿程和局部水头损失系数的准确计算非常棘手，不同填料的阻力特性也未深入系统研究，很多设计中均采用经验公式估算，造成风机和循环水泵设计扬程的计算存在很大误差；加之，冷却塔参数取值不当导致风机和循环水泵的设计流量亦存在较大误差，风机和循环水泵的设计扬程的富余量往往太大。水泵、风机以及管路的供水能力和处理水能力与实际要求常存在“大材小用的现象”，造成能耗的严重浪费现象。

 

　　目前，国内外从数学模型的角度，对循环冷却水系统的优化运行进行了一些研究，也取得了一定成效。国外学者提出了一种同时分析和设计循线性规划方法，提出了最优的系统结构和操作设计参数。考虑了冷却过程中的热力学和水力学的相互作用，针对冷却水系统建立了一个优化模型，研究了各种塔性能的约束条件（如气候变化），结果显示增加水的回流是一个非常有效的方式来降低冷却塔的负荷。基于废水量最少，提供了一种冷却水系统的基本设计方法，热交换网络应用数学优化技术来分析，用冷却塔模型来预测塔的热力学性能，并应用两种案例来阐明该技术，在没有改变热负荷的情况下，都提高了水冷塔的操作性能。

 

　　近年来，改进循环冷却水系统和运行方式，均取得了较好的节能效果。以创新型"闭式空冷循环冷却水系统”替代传统的“敞开式工业循环冷却水系统”，以节能型水膜式空冷器代替凉水塔，既能保证冷却要求，又可节水、节能、减排，减少工艺设备结垢，应用结果表明，该创新系统较传统系统可节水50%、节电15%。在没有增加设备的情况下，通过控制逻辑的修改，采用冬季两运两备、两运一备运行方式，极大降低了冬季系统的用电量。提出如果循环水进出塔温度越接近设计温度，越实现节能越有利;通过变频调速来调节泵的出水量，改变系的出水量可以实现循环冷却水进出塔温度与设计温度接近。

 

　　因此，对整个循环冷却水系统进行优化和采用变频技术是降低运行能耗的有效途径;但在准确表征热力学和阻力特性方面，还需进行深入研究，以使模型研究成果更好地应用于循环冷却水系统的节能运行。环冷却水系统的优化模型，以冷却水系统最少年耗费为目标，采用整数非线性规划方法，提出了最优的系统结构和操作设计参数。广一水泵厂考虑了冷却过程中的热力学和水力学的相互作用，针对冷却水系统建立了一个优化模型，研究了各种塔性能的约束条件（如气候变化），结果显示增加水的回流是一个非常有效的方式来降低冷却塔的负荷。基于废水量最少，提供了一种冷却水系统的基本设计方法，热交换网络应用数学优化技术来分析，用冷却塔模型来预测塔的热力学性能，并应用两种案例来阐明该技术，在没有改变热负荷的情况下，都提高了水冷塔的操作性能。

 

　　近年来，改进循环冷却水系统和运行方式，均取得了较好的节能效果。学者们以创新型"闭式空冷循环冷却水系统”替代传统的“敞开式工业循环冷却水系统”，以节能型水膜式空冷器代替凉水塔，既能保证冷却要求，又可节水、节能、减排，减少工艺设备结垢，应用结果表明，该创新系统较传统系统可节水50%、节电15%。在没有增加广一化工泵的情况下，通过控制逻辑的修改，采用冬季两运两备、两运一备运行方式，极大降低了冬季系统的用电量。提出如果循环水进出塔温度越接近设计温度，越实现节能越有利;通过变频调速来调节泵的出水量，改变系的出水量可以实现循环冷却水进出塔温度与设计温度接近。因此，对整个循环冷却水系统进行优化和采用变频技术是降低运行能耗的有效途径，但在准确表征热力学和阻力特性方面，还需进行深入研究，以使模型研究成果更好地应用于循环冷却水系统的节能运行。