[發明專利]基于動力合成器的冷卻塔綜合節能系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201010200382.4
• 申請日: 2010-06-09
• 公開（公告）號: CN101865613A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 張國強;郭潤睿;史金華
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所;南京大洋冷卻塔股份有限公司
• 主分類號: F28C1/00
• 分類號: F28C1/00;F28F27/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種冷卻塔綜合節能系統及其控制方法，特別涉及一種基于動力合成和智能控制的冷卻塔綜合節能系統及其控制方法。

背景技術

冷卻塔是應用非常普遍的水資源循環利用設備，其主要功能是將含有廢熱的冷卻水與空氣在塔內進行熱交換，使水溫降至要求的溫度，以便進行再次循環。目前，為冷卻塔供水的水泵以及冷卻塔的風機均由電動機驅動，普遍沒有安裝調速設備。因此冷卻塔的工作狀態單一，不具備隨各項參數的變化而自動調節的能力，每年消耗大量的電能，同時帶來嚴重的噪聲污染。

為了降低冷卻塔的能耗，一個可行的方法是為水泵電機和風機電機配備變頻器，對水泵電機和風機電機進行調速控制以降低能耗。目前低壓變頻器已經有大量的成熟產品，但現有的控制方法均是將水泵電機和風機電機分別進行調速控制，彼此之間沒有協調控制。雖然可以分別實現一定程度上的節能控制，但從整個系統的角度看，卻并不是最優的結果，還有很大的節能空間。

對水泵電機進行變頻調速控制的辦法主要有恒壓控制和恒溫控制等單閉環控制，此外也有專利依據水泵的運行效率對水泵的調速范圍進行約束。恒壓控制的辦法是采集水泵出水口的循環冷卻水壓力，利用水壓作為控制量進行閉環控制。該控制方法的缺點是負荷的變化必須以循環冷卻水流量或壓力變化的方式反映出來，才能完成整個控制過程。但在實際應用中，負荷的變化一般直接反映在循環冷卻水的溫度變化上，若要進一步改變循環冷卻水相應的流量或壓力，則需要在負荷端進行額外的操作(例如：關閉或開啟負荷端管路中的相關閥門)，但許多負荷端卻并不具備自動進行相應操作的條件。因此對水泵進行恒壓控制難以實現完全的自動化控制。在空調系統中應用了恒溫閉環控制，利用水溫作為控制量對水泵電機進行調速控制，進而調節水泵流量。該控制方法不必調整管路的阻力曲線，易于實現自動化控制。但由于水泵的揚程與流量的二次方成正比例變化，隨著水泵流量的減小，水泵揚程將大幅降低。而大多數的冷卻塔均對水泵的揚程有一定的要求，揚程過低將影響冷卻塔運行的可靠性；而選用揚程較大的水泵，則在額定工況下仍將有較大的富余揚程被浪費。該因素制約了水泵的調節范圍，影響了該方法在循環冷卻水系統中的應用。發明專利CN100432881C公布了一種“用于調速器的水泵風機運行效率控制方法”，該專利根據水泵的特性曲線和額定轉速，采用相似原理推算水泵的在高效率區域的轉速范圍，在控制端對水泵轉速的最大值和最小值進行限制，使水泵可以工作在效率較高的狀態。但該發明并未指出當水泵在高效率區域工作，而水泵在流量和揚程上并不能滿足系統的需求時應進行怎樣的調節；而如果水泵在高效率區域工作即已能滿足系統要求，則進行最大轉速的約束意義并不是很大。由水泵的特性可知，水泵的功率與轉速的三次方成正比，在系統所允許的低轉速狀態下，即使水泵的效率有所下降，仍可取得較好的節能效果。因此，以水泵的運行效率對水泵的最低轉速進行約束并未充分發據水泵的節能潛力。此外，該方法忽略了水泵電機效率的變化，故推算精度較差，由于不能依據情況的變化擴展或收縮高效率區域，因而應用欠靈活。

在冷卻塔行業中，廣泛應用的對風機電機進行調速控制辦法是采集冷卻塔出水口的循環冷卻水水溫，利用冷卻塔出水溫度作為控制量，采用恒溫閉環控制。該方法雖然可以使風機電機實現一定程度上的節能控制，但在冷卻塔水溫上升時，只能單純地通過增加風機轉速來提高冷效，缺少與系統其他部分的協調與控制，仍有很大的節能空間。