降低循环冷却水系统操作费用的优化研究

摘要

循环冷却水系统在化工、电力、冶金、炼油等行业中是必不可少的。循环水的用量占整个工业用水量的70％左右，同时其输送和冷却处理过程需要大量的电能。近年来，化工行业对循环水系统研究主要集中于循环水系统节水节能、冷却塔模型、循环冷却水系统的运行优化等方面。不同的地区，水价、电价不尽相同，所以循环水系统在不同地区的最优操作条件不同；随着季节的变化，气象条件也发生变化，同一循环水系统在相同地区的最优操作参数因季节的不同而不同。
　　 本文建立了循环冷却水系统的优化模型，以操作费用为目标函数，以出塔温度、干球温度、空气湿度、水价、电价等为变量，通过模型求解得到年操作费用最小的系统结构和操作参数，并验证了模型的准确性。
　　 讨论了循环水出塔温度，干球温度，空气相对湿度、水价、电价、系统结构和传热系数等单因素对系统的影响及规律。（1）随着出塔温度升高，循环水量明显增大，而操作费用先减小后增加，循环水系统运行存在最佳的出塔温度；（2）随着干球温度，空气相对湿度升高，系统操作费用增大；（3）随着电价升高，风机和循环水泵的运行费用增大，系统操作费用增大。（4）随着总传热系数的增大，循环水量减小，操作费用减小。（5）随着水价升高，补充水费增加，系统操作费用增大。
　　 提出了单塔多用户系统和多塔多用户系统的优化方案。对单塔多用户系统，优化其操作参数，可以降低循环水量、风量，能降低年操作费用；对多塔多用户系统，同时优化系统结构和操作参数，根据用户供水和回水情况将优化方案分为用户的用水来自一个塔回同一个塔，用户的用水来自多个塔回任一个塔，用户的用水来自一个塔回多个塔和用户的用水来自多个塔回多个塔四种优化方案。本文采用工程实例对四种方案结果进行比较得出：对于多塔多用户的大型循环水系统而言，用户的用水来自多个塔回多个塔优化效果最好
　　 最后以某厂年产10万吨TDI部分装置循环水系统为工程实例，优化系统结构和操作参数。（1）优化后，夏季循环水量减少了50％左右，冬季循环水量减小了60％以上。（2）优化后，结构发生了变化，系统的所需风量等有所降低，操作费用夏季减低26％，而冬季降低了50％。