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如何控制空氣和水流動提高玻璃鋼冷卻塔效率?

本文描述了不同玻璃鋼冷卻塔設計的操作以及冷卻過程本身的性質,以及與之相關的術語。其中包括范圍,即回水和供水溫度之間的?T,以及進場,即供水和空氣濕球溫度之間的?T。在這里,我重點介紹控制和優化方法,以及通過應用這些方法可以降低的運營成本。
 
玻璃鋼冷卻塔上的負荷取決于從過程中返回的水的流量和溫度。受控變量是送回過程的冷卻水溫度,受控變量是通過玻璃鋼冷卻塔的空氣流量,可以通過調節變速風扇的速度或通過啟動和停止一定數量的空氣來改變冷卻空氣的溫度。恒速風扇。
 
一、玻璃鋼初始成本和運行成本計算
玻璃鋼冷卻塔運行的運行成本是運行冷卻水泵和風扇的能源成本之和。優化使這些成本的總和最小化。由于泵和風扇的尺寸都針對最大過程負載和最惡劣的天氣條件,因此在負載下降時以最大容量運行它們是浪費的。因此,期望使用變速泵和風扇。如果將泵和風扇的速度從100%降低到80%,則其運行成本將降低一半;如果將速度降低一半,則運行成本將降低至15%。
 
玻璃鋼冷卻塔的初始投資成本為每GPM容量約300元,運行的能源成本約為0.01 BHP / GPM,如果優化,則每年每GPM約6美元,如果未優化,則每年每GPM約80元。其他運營成本還包括水損失:排泄量為循環流量的0.5-3.0%,冷卻范圍每12.5°F(7°C)蒸發1%,漂移量為循環流量的0.02%至0.1%。
 
玻璃鋼冷卻塔優化控制
如圖1所示,隨著冷卻液溫度(Tctws)的升高,冷卻水溫度(Tctws)的升高,整個過程冷卻器的溫差(Tp – Tctws)減小。這將導致冷卻的過程流體(Tp)的溫度升高,這又將導致其控制器(TIC-4)進一步打開冷卻液閥CV-4。因此,隨著方法的增加,必須泵送越來越多的水,因此泵送成本將增加。同時,隨著方法的增加,風扇成本趨于下降。
 
橫流式玻璃鋼冷卻塔

二、控制玻璃鋼冷卻塔運營成本
在具有優化控制的玻璃鋼冷卻塔中,如果將泵和風扇的速度從100%降低到80%,則其運行成本將減少一半,而如果將它們的速度降低至50%,其運行成本將下降至15%。
 
將兩條曲線相加并獲得總成本曲線后,最佳方法是在該曲線的最小點上。因此,在該點上運行時,系統已得到優化。圖1中的逼近控制器TDIC-1(其中TDIC代表溫度差指示控制器)用于通過節流風扇速度以將逼近保持在最佳點來維持其設定點(SP-1)。
 
還顯示了最佳范圍,如果其他所有條件保持不變,則該范圍對應于最佳方法。因此,如果已經確定了逼近的最佳值(SP-1),則可以從該曲線中獲得在主要負載條件下的相應最佳范圍值(SP-2)。該值是范圍控制器TDIC-2的設定值(SP-2)。該控制器通過調節冷卻水泵的速度來保持系統范圍恒定。
 
最佳泵速由閥門位置控制器(VPC-4)確定,該閥門控制器通過將所有冷卻水閥打開直到最打開的一個達到90%的開度,來最小化工廠中所有冷卻水閥的壓降。 VPC僅是積分的,其積分設置約為比例雙積分控制器(PDIC)的10倍,因此在此級聯循環中,主VPC-4的速度比從屬PDIC-3的慢。
 
還建議使用選擇性控制配置,該配置選擇TDIC-2和PDIC-3的較高輸出來控制泵速。這用于防止向用戶閥的供應壓力下降得太低。
 
成本曲線的數據是根據經驗收集的,并通過實際測量風扇和泵的運行成本不斷進行更新。因此,對于負載和環境條件的任何組合,都有最佳進場設置的可靠預測。設置初始預測后,可以通過以0.5°F的增量進行調整來細化該設置,以檢查是否通過這種調整降低了總運營成本。
 
三、最佳的進水和回水溫度
逼近控制器優化了供應溫度。當水處于經濟最低溫度時,可以對其進行優化。該最低溫度是空氣的負荷和濕球溫度的函數。該溫度只能接近(但不能達到)濕球周圍的溫度(因此稱為“接近”)。如果玻璃鋼冷卻塔上的負載增加或周圍濕球溫度降低,則最佳方法將增加。
 
進場控制器(TDIC-1)通過根據需要修改氣流來控制玻璃鋼冷卻塔的冷卻水供應溫度??梢酝ㄟ^更改風扇速度,調整葉片螺距來進行此調整,或者,如果塔式風扇為兩速或單速單元,則TDIC-1的輸出將逐步啟動和停止風扇單元,以保持最佳方法。
 
范圍控制器優化回水溫度。 TDIC-2是范圍控制器,由SP-2的優化設定值設置。這是與最佳方法相對應的范圍值。 TDIC-2調節水循環速率,以將范圍保持在最佳值。
 
負載由PDIC-3檢測,如果其輸出高于范圍控制器(TDIC-2)的輸出,則選擇范圍控制器以設置泵速。這確保了PDIC-3不會將冷卻水壓力驅動到不安全或不希望的高值,因為如果PDIC-3的輸出過高,TDIC-2就會接管。該跟隨負荷的優化循環可確保在優化范圍時始終滿足工廠中所有冷卻水用戶的需求。
 
因為否則積分模式會結束,因此,每當控制器的輸出信號被阻止時,它都必須從操作變量進行外部復位。對于這三個控制器(TDIC-2,PDIC-3,VPC-4),由于可以通過選擇來阻止其輸出,因此這三個控制器必須具有外部復位反饋(圖1中的FB)。
 
圖1中的控制系統保證了所有用戶在需要時都將獲得更多的冷卻效果(通過進一步打開其供應閥),同時使系統中的壓降不斷減小。 VPC-4的90%設定點是可調的。降低它可以提供更大的安全裕度,如果所使用的某些冷卻過程非常關鍵,則可能需要此安全裕度。增大設定值可以最大程度地節約能源,但會犧牲安全系數。
 
在大多數工廠中,玻璃鋼冷卻塔的優化只是整個冷卻系統優化的一部分,因為玻璃鋼冷卻塔水的溫度不夠低。在這種情況下,使用冷水機進一步降低水溫,優化冷水機組的組合變得既復雜又有利可圖。我已經在冷卻系統優化中介紹了這些系統。


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