一、運(yùn)行能耗的組成

　　循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要由冷卻塔、風(fēng)機(jī)、換熱器和循環(huán)水泵等設(shè)備(構(gòu)筑物)組成。在冷卻塔內(nèi)，循環(huán)冷卻水與風(fēng)機(jī)提供的空氣接觸，通過蒸發(fā)傳熱和接觸傳熱進(jìn)行熱交換，冷卻水的溫度降低，空氣帶走部分水，排污排除部分水，大部分冷卻水由循環(huán)水泵以一定的分配方式輸送到換熱器，經(jīng)換熱器后輸送回冷卻塔再進(jìn)行冷卻處理。為彌補(bǔ)蒸發(fā)、風(fēng)吹和排污損失，需要在冷卻塔和生產(chǎn)設(shè)備換熱器之間補(bǔ)充新鮮水�？諝鈴睦鋮s塔底部鼓入與循環(huán)水進(jìn)行熱交換，然后從冷卻塔頂部排出。

　　循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用包括循環(huán)水泵、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電費(fèi)和補(bǔ)充水的費(fèi)用，其中循環(huán)水泵、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電費(fèi)為主要的運(yùn)行費(fèi)用，故廣一水泵廠重點(diǎn)研究循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中循環(huán)水泵和風(fēng)機(jī)的消耗。循環(huán)水泵為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中循環(huán)水的輸送提供動力，其功率值與循環(huán)水流量、水泵揚(yáng)程有關(guān)。風(fēng)機(jī)為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中提供與水進(jìn)行熱交換的空氣，風(fēng)機(jī)功率與風(fēng)量、出口風(fēng)壓力等因素有關(guān)。

二、運(yùn)行能耗問題

　　目前，工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作中存在很多不足，系統(tǒng)的運(yùn)行能耗很大。究其原因，主要是我國循環(huán)冷卻水系統(tǒng)沒有引起足夠重視，傳統(tǒng)的水冷卻設(shè)計(jì)方法有待于改進(jìn)，冷卻水系統(tǒng)的操作缺乏相應(yīng)理論的支撐。因此，循環(huán)水量、循環(huán)水的出塔溫度等操作的參數(shù)在不同的季節(jié)沒有做相應(yīng)的調(diào)整。事實(shí)上，在不同季節(jié)，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的多個(gè)操作參數(shù)不盡相同。一般而言，冬季空氣的干球溫度、濕球溫度和空氣的濕度比夏季低，生產(chǎn)設(shè)備換熱器冷卻水的實(shí)際入口溫度比夏季對應(yīng)值低;如果冬季的出塔溫度、循環(huán)水量等參數(shù)繼續(xù)采用夏季的參數(shù)值，而不做出相應(yīng)的調(diào)整，勢必造成不必要的電能浪費(fèi)。

　　上述設(shè)計(jì)參數(shù)的不精確估計(jì)和采用，導(dǎo)致冷卻塔內(nèi)設(shè)計(jì)氣水比的取值不當(dāng)，從而影響風(fēng)機(jī)和廣一離心泵的設(shè)計(jì)流量。此外，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)備(構(gòu)筑物)和循環(huán)管路十分復(fù)雜，沿程和局部水頭損失系數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算非常棘手，不同填料的阻力特性也未深入系統(tǒng)研究，很多設(shè)計(jì)中均采用經(jīng)驗(yàn)公式估算，造成風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程的計(jì)算存在很大誤差;加之，冷卻塔參數(shù)取值不當(dāng)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵的設(shè)計(jì)流量亦存在較大誤差，風(fēng)機(jī)和循環(huán)水泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程的富余量往往太大。水泵、風(fēng)機(jī)以及管路的供水能力和處理水能力與實(shí)際要求常存在“大材小用的現(xiàn)象”，造成能耗的嚴(yán)重浪費(fèi)現(xiàn)象。

　　目前，國內(nèi)外從數(shù)學(xué)模型的角度，對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行進(jìn)行了一些研究，也取得了一定成效。國外學(xué)者提出了一種同時(shí)分析和設(shè)計(jì)循線性規(guī)劃方法，提出了最優(yōu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操作設(shè)計(jì)參數(shù)�？紤]了冷卻過程中的熱力學(xué)和水力學(xué)的相互作用，針對冷卻水系統(tǒng)建立了一個(gè)優(yōu)化模型，研究了各種塔性能的約束條件(如氣候變化)，結(jié)果顯示增加水的回流是一個(gè)非常有效的方式來降低冷卻塔的負(fù)荷�；�于廢水量最少，提供了一種冷卻水系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法，熱交換網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)來分析，用冷卻塔模型來預(yù)測塔的熱力學(xué)性能，并應(yīng)用兩種案例來闡明該技術(shù)，在沒有改變熱負(fù)荷的情況下，都提高了水冷塔的操作性能。

　　近年來，改進(jìn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和運(yùn)行方式，均取得了較好的節(jié)能效果。以創(chuàng)新型"閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)”替代傳統(tǒng)的“敞開式工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)”，以節(jié)能型水膜式空冷器代替涼水塔，既能保證冷卻要求，又可節(jié)水、節(jié)能、減排，減少工藝設(shè)備結(jié)垢，應(yīng)用結(jié)果表明，該創(chuàng)新系統(tǒng)較傳統(tǒng)系統(tǒng)可節(jié)水50%、節(jié)電15%。在沒有增加設(shè)備的情況下，通過控制邏輯的修改，采用冬季兩運(yùn)兩備、兩運(yùn)一備運(yùn)行方式，極大降低了冬季系統(tǒng)的用電量。提出如果循環(huán)水進(jìn)出塔溫度越接近設(shè)計(jì)溫度，越實(shí)現(xiàn)節(jié)能越有利;通過變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)泵的出水量，改變系的出水量可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水進(jìn)出塔溫度與設(shè)計(jì)溫度接近。

　　因此，對整個(gè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和采用變頻技術(shù)是降低運(yùn)行能耗的有效途徑;但在準(zhǔn)確表征熱力學(xué)和阻力特性方面，還需進(jìn)行深入研究，以使模型研究成果更好地應(yīng)用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。環(huán)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化模型，以冷卻水系統(tǒng)最少年耗費(fèi)為目標(biāo)，采用整數(shù)非線性規(guī)劃方法，提出了最優(yōu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操作設(shè)計(jì)參數(shù)。廣一水泵廠考慮了冷卻過程中的熱力學(xué)和水力學(xué)的相互作用，針對冷卻水系統(tǒng)建立了一個(gè)優(yōu)化模型，研究了各種塔性能的約束條件(如氣候變化)，結(jié)果顯示增加水的回流是一個(gè)非常有效的方式來降低冷卻塔的負(fù)荷�；�于廢水量最少，提供了一種冷卻水系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法，熱交換網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)來分析，用冷卻塔模型來預(yù)測塔的熱力學(xué)性能，并應(yīng)用兩種案例來闡明該技術(shù)，在沒有改變熱負(fù)荷的情況下，都提高了水冷塔的操作性能。