一种用于对工业循环冷却水节能研究的试验系统及方法

摘要

本发明公开了一种用于对工业循环冷却水节能研究的试验系统及方法，包括泵模块、换热模块、冷却模块、阀门组及终端控制处理模块；所述泵模块、换热模块和冷却模块均与阀门组连接，所述泵模块、换热模块、阀门组和冷却模块受控于终端控制处理模块；运用该试验系统进行循环冷却水节能研究，是一种能耗低、节约水资源、操作简便可靠、自动控制和处理结果能力强、重复性好及具有广泛适用性的循环冷却水节能研究试验方法，该试验系统中的水泵、阀门、换热器、风机、冷却塔等设备的运行工况可调，循环冷却水系统各运行参数可调，可还原并建立各类型工业循环冷却水系统的模型，具有广泛适应性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对工业循环冷却水节能研究的试验系统及方法。

背景技术

循环冷却水广泛应用于钢铁、能源、化工、轻工、食品等各大工业领域，同时也普遍应 用于建筑设施的中央空调系统。

循环冷却水系统由循环水泵、换热器、冷却塔、冷水池等组成，冷水由循环水泵从冷水 池抽送到换热设备，通过热交换吸收换热设备部分热量，升温成热水，进入冷却塔进行喷淋 冷却，风机鼓动空气流动以带走散发出的热量而使循环水降温冷却，冷却后的水流通过集水 池收集后进入冷水池，依此形成循环冷却系统。

据统计资料表明，全国工业冷却水用量占全部工业用水的70%左右，循环冷却水系统起 了节约大量工业用水的作用，但目前的循环水系统一般是依据工艺要求及经验进行设计，系 统建设完工后，对系统能耗水平是否合理考虑较少，对系统能量的有效利用及节能改造缺乏 试验研究。也有对某一具体系统进行的测试分析，但受现场条件制约，重复性较差。此外， 不同的循环冷却水系统的工艺要求、冷却水量、温降、管道阻力损失等各不相同，单一的系 统测试分析不具有广泛适用性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能耗低、节约水资源、操作简便可靠、自动控制和处理结 果能力强、重复性好及具有广泛适用性的循环冷却水节能研究试验系统及方法，以克服单一 测试分析试验的缺点。

一种用于对工业循环冷却水节能研究的试验系统，包括泵模块、换热模块、冷却模块、 阀门组及终端控制处理模块；

所述泵模块、换热模块和冷却模块均与阀门组连接，所述泵模块、换热模块、冷却模块 和阀门组均受控于终端控制处理模块；

所述泵模块包括循环水泵3；

所述换热模块是指换热器13；

所述冷却模块包括风机20、冷却塔21和集水池23；

所述阀门组包括7个阀门，分别是第一阀门1、第二阀门8、第三阀门16、第四阀门17、 第五阀门27、第六阀门26及逆止阀6；

终端控制处理模块包括终端处理器12、压力传感器组、温度传感器组及流量计9；

所述循环水泵3的进口经由第一阀门1通向吸水池28，循环水泵3的出口依次通过逆止 阀6及第二阀门8接换热器13，循环水泵3到换热器13的通路上设有流量计9；

换热器13出口管路分别通过第三阀门16和第四阀门17控制的两条支路管路连接到位于 吸水池28上方的冷却塔21的进口和冷却塔21底部的集水池23；

所述冷却塔21上部装有风机20，集水池23侧面设有液位指示器22及溢流管24，集水 池23的出口通过第五阀门27经管道连接吸水池28；集水池23的出水口与第一阀门1之间 还有一条管路，所述管路上设置有第六阀门26；

循环水泵3的进口与出口、换热器13的进口与出口及冷却塔21的进口与出口处依次设 有第一压力传感器2、第二压力传感器4、第三压力传感器7、第四压力传感器10、第五压力 传感器15及第六压力传感器19；

换热器13的进口与出口及冷却塔21的进口与出口依次设有第一温度传感器11、第二温 度传感器14、第三温度传感器18及第四温度传感器25；

循环水泵3处装有扭矩－转速仪，风机及水泵的驱动电机上接有功率测试仪，所有温度 传感器及压力传感器均与终端处理器12相连。

所述循环冷却水泵3为离心泵，其出口流量及压力由第二阀门8调节。

所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门及第六阀门为电动蝶阀，工 作电压为交流220V。

所述换热器为管式换热器。

所述液位指示器22是指接触式液位传感器，与终端处理器12相连。

所述冷却塔21为逆流式冷却塔。

一种循环冷却水节能研究的试验方法，采用所述的循环冷却水节能研究的试验系统，整 个试验过程包括取水、预热升温、试验及后处理四个阶段：

1）取水阶段

首先开启第一阀门1、第二阀门8及第三阀门16，关闭第四阀门17、第六阀门26及第五 阀门27，启动循环水泵3从吸水池28抽水至冷却塔21下方的集水池23，集水池水位达到设 定水位后，液位指示器22发出报警，提示水量已达到试验要求，液位指示器的信息传送到终 端处理器，完成取水阶段，进入预热升温阶段；

2）预热升温阶段

开启第六阀门26，关闭第一阀门1，同时启动热源29，循环水通过换热器13换热后升温， 当第二温度传感器14达到试验预设温度后，进入试验阶段；

3）试验阶段

开启第四阀门17，关闭第三阀门16，试验系统进入循环冷却水试验状态，利用终端控制 处理模块获得冷却塔冷却效率的影响因子，所述影响因子包括由压力传感器组、温度传感器 组及流量计测得的压力、温度及流量；

4）后处理阶段

先切断热源29，3分钟后关闭循环水泵3，并开启第一阀门1、及第五阀门27，关闭第六 阀门26，循环水流入吸水池28。

有益效果

本发明提供了一种用于对工业循环冷却水节能研究的试验系统及方法，包括泵模块、换 热模块、冷却模块、阀门组及终端控制处理模块；所述泵模块、换热模块和冷却模块均与阀 门组连接，所述泵模块、换热模块、阀门组和冷却模块受控于终端控制处理模块；运用该试 验系统进行循环冷却水节能研究的试验方法，采取电脑终端自动控制整个操作过程，并由终 端分析处理监测数据，实现试验过程及结果处理的全自动化，是一种能耗低、节约水资源、 操作简便可靠、自动控制和处理结果能力强、重复性好及具有广泛适用性的循环冷却水节能 研究试验系统，克服了现有技术中的试验系统只能进行单一测试分析的缺点，该试验系统中 的循环水泵、阀门、换热器、风机、冷却塔等设备的运行工况可调，循环冷却水系统各运行 参数可调，可还原并建立各类型工业循环冷却水系统的模型，具有广泛适应性。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的结构示意图；

标号说明：1-第一阀门，2-第一压力传感器，3-循环水泵，4-第二压力传感器，5-机械压 力表，6-逆止阀，7-第三压力传感器，8-第二阀门，9-流量计，10-第四压力传感器，11-第一 温度传感器，12-终端处理器，13-换热器，14-第二温度传感器，15-第五压力传感器，16-第 三阀门，17-第四阀门，18-第三温度传感器，19-第六压力传感器，20-风机，21-冷却塔，22- 液位指示器，23-集水池，24-溢流管，25--及第四温度传感器，26-第六阀门，27-第五阀门， 28-吸水池，29-热源。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1和图2所示，一种用于对工业循环冷却水节能研究的试验系统，包括泵模块、换 热模块、冷却模块、阀门组及终端控制处理模块；

所述泵模块、换热模块和冷却模块均与阀门组连接，所述泵模块、换热模块、冷却模块 和阀门组均受控于终端控制处理模块；

所述泵模块包括循环水泵3；

所述换热模块是指换热器13；

所述冷却模块包括风机20、冷却塔21和集水池23；

所述阀门组包括7个阀门，分别是第一阀门1、第二阀门8、第三阀门16、第四阀门17、 第五阀门27、第六阀门26及逆止阀6；

终端控制处理模块包括终端处理器12、压力传感器组、温度传感器组及流量计9；

所述循环水泵3的进口经由第一阀门1通向吸水池28，循环水泵3的出口依次通过逆止 阀6及第二阀门8接换热器13，循环水泵3到换热器13的通路上设有流量计9；

换热器13出口管路分别通过第三阀门16和第四阀门17控制的两条支路管路连接到位于 吸水池28上方的冷却塔21的进口和冷却塔21底部的集水池23；

所述冷却塔21上部装有风机20，集水池23侧面设有液位指示器22及溢流管24，集水 池23的出口通过第五阀门27经管道连接吸水池28；集水池23的出水口与第一阀门1之间 还有一条管路，所述管路上设置有第六阀门26；

循环水泵3的进口与出口、换热器13的进口与出口及冷却塔21的进口与出口处依次设 有第一压力传感器2、第二压力传感器4、第三压力传感器7、第四压力传感器10、第五压力 传感器15及第六压力传感器19；

换热器13的进口与出口及冷却塔21的进口与出口依次设有第一温度传感器11、第二温 度传感器14、第三温度传感器18及第四温度传感器25；

循环水泵3处装有扭矩－转速仪，风机及水泵的驱动电机接有功率测试仪，所有温度传 感器及压力传感器均与终端处理器12相连。

一种循环冷却水节能研究的试验方法，采用上述的循环冷却水节能研究的试验系统，整 个试验过程包括取水、预热升温、试验及后处理四个阶段：

1）取水阶段

首先开启第一阀门1、第二阀门8及第三阀门16，关闭第四阀门17、第六阀门26及第五 阀门27，启动循环水泵3从吸水池28抽水至冷却塔21下方的集水池23，集水池水位达到设 定水位后，液位指示器22发出报警，提示水量已达到试验要求，液位指示器的信息传送到终 端处理器，完成取水阶段，进入预热升温阶段；

2）预热升温阶段

开启第六阀门26，关闭第一阀门1，同时启动热源29，循环水通过换热器13换热后升温， 当第二温度传感器14达到试验预设温度后，进入试验阶段；

3）试验阶段

开启第四阀门17，关闭第三阀门16，试验系统进入循环冷却水试验状态，利用终端控制 处理模块获得冷却塔冷却效率的影响因子，所述影响因子包括由压力传感器组、温度传感器 组及流量计测得的压力、温度及流量；

4）后处理阶段

先切断热源29，3分钟后关闭循环水泵3，并开启第一阀门1、及第五阀门27，关闭第六 阀门26，循环水流入吸水池28。

循环冷却水系统试验中相关装置的启闭状态如表1所示，表格中“√”代表开启，“×”代表 关闭，“-”代表保持原状态。试验过程中，各装置的启闭由终端处理器12控制。

表1循环冷却水系统试验中相关装置的启闭状态