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北京卷烟厂冷却塔联合供冷

  • 冷却塔联合供冷系统的背景介绍

         为实现国家烟草局下发的《烟草行业节能减排工作要点》有关节能减排目标(卷烟企业要实现万元产值能耗同比降低5%~8%、二氧化硫排放总量降低5%、化学需氧量排放总量降低5%的),北京卷烟厂在2009年完成异地搬迁技术改造的基础上,在2010年又对制冷站进行节能改造,增加了由北京康孚科技股份有限公司提供的“冷却塔联合供冷系统”节能设备。    

         冷却塔联合供冷系统(又称免费供冷,free cooling)是一种用于建筑物中央空调系统制冷站节能降耗的系统形式,是在常规空调水系统基础上增设旁通管路、板式换热器和控制阀门,当室外湿球温度低到使冷却塔提供的冷水温度完全可以满足空调系统需要时,关闭制冷机组,以流经冷却塔的循环冷却水通过板式换热器向空调系统供冷,提供空调所需的冷负荷。采用冷却塔供冷技术,通过水系统来利用室外自然冷源,取代制冷站冷水机组运行的人工冷源,可起到很好的节能效果。  

         冷却塔联合供冷技术系统示意图如下:


    冷却塔联合供冷系统的设备组成

         北京卷烟厂冷却塔联合供冷系统改造项目是在充分利用现有的离心式冷水机组(4台,单台制冷量3868kW,装机功率691kW)、冷冻水泵(4台,单台流量668m3/h、装机功率132kW)、冷却冻泵(4台,单台流量1000m3/h、装机功率132kW)、冷却塔(4台,单台流量1050m3/h、装机功率33kW)及其周边设备(冷却水蝶阀、冷冻水蝶阀)的基础上,只是增加了板式换热器2台、冷却塔旁通(一次侧)电动蝶阀(DN300)4个、板换二次侧电动蝶阀(DN300)4个的相关设备及阀门,另外增加了用于检测和计量的部分液体温度、压力、流量传感器,重新完善联合供冷控制子程序的软件控制策略,就可以实现制冷站与冷却塔的节能,实现全厂制冷系统进行联合供冷协同控制。改造后的冷却塔联合供冷系统如下图:


    冷却塔联合供冷系统的节能技术

         北京卷烟厂新建联合工房东西长316m,南北宽234m,其中联合工房建筑面积达7.5万m2。共设置20台套工艺性恒温恒湿空气处理机组及相应自控系统,空调总风量225万m3/h,风机总装机功率1784kW,向贮叶区、白肋烟线、香料厨房、CO2膨胀烟丝车间、制丝车间、卷接包车间、箱式贮丝房、薄荷烟工段、滤棒成型车间、异型烟工段、辅料平衡库、辅料高架库、成品库提供高精度的温湿度环境。由于空调与制冷系统的能耗大约占卷烟厂总运营能耗的30~40%,占公用动力设备(空调制冷、真空空压、锅炉等)能耗的65%左右,其中制冷机的能耗又占到了空调与制冷系统的能耗的70%左右。在过渡季节(每年度的2、3、4、9、10、11月份),由于车间设备密集,热量负荷大,车间空调仍需要供冷。当前空调运行模式一般是利用全新风冷源对车间降温,但因室外干燥气候会导致空调机组加湿量需求大大增加(增加了蒸汽消耗量),同时也对车间内的相对湿度精度的调节带来困难和麻烦。烟厂动力中心空调值班人员,当利用全新风冷源对车间降温又不能保证车间内的相对湿度精度要求出现问题时,为了完成车间温湿度的精度考核指标,通常会改变现有的运行模式,进而重新启动冷水机组,关小新风阀去进行温湿度控制。如果启动制冷机组,就势必增加了动力设备大功率的电力能耗,又与国家烟草局倡导的节能减排宗旨和要求背道而驰,而冷却塔联合供冷系统节能技术的应用,对制冷站(冷却塔)进行改造,充分利用室外免费的气候性冷源,合理减少制冷机的运行时间甚至停止制冷机的运行,就提供了它的用武之地,为节能降耗、能源的循环利用提供了广阔的发展前景和空间。      

         冷却塔独立供冷技术中冷却塔供冷运行模式和常规冷水机组供冷运行模式均被作为彼此独立的两种运行模式各自使用。实际运行时,两种运行模式根据室外气象条件的变化和空调末端系统的冷负荷需求变化,按季节进行切换运行。比如,对于某一特定的建筑物中央空调系统,当室外空气湿球温度低于某个值,冷却塔(或换热器二次侧)出水温度低于空调末端系统的冷冻供水温度需求,此时系统切换到冷却塔供冷运行模式,反之,切换到常规冷水机组供冷运行模式。其实,只要冷却塔(或换热器二次侧)出水温度低于空调末端系统的冷冻回水温度时,冷却塔提供的冷水即可开始分担空调末端系统的冷负荷需求,以减少制冷站冷水机组的运行负荷,从而达到节能效果。这一点,是目前两种模式彼此独立切换运行方案所无法实现的。

         上图为在不同的冷却塔负荷下,冷却水出水温度随着空气湿球温度变化曲线图。从上图可以看出,冷却塔运行时散热负荷越低,在相同的空气湿球温度条件下,其出水温度越低,冷却塔在全年可以供冷的时间也就越长,节能效果也就越好。保证冷却塔的低出水温度以获取更长的冷却塔供冷时间,对制冷站的总节能效果远远优于减少冷却塔和冷却水泵运行台数所带来的节能效果。    

         联合供冷节能控制技术,是根据室外湿球温度变化情况,按季节自动切换中央空调制冷系统运行模式,在过渡季节(春秋季)采取“冷却塔供冷”或“冷却塔+冷水机供冷”方式,在夏季采取“冷水机供冷”方式,在冬季采取“最小新风供冷”方式,实现中央空调制冷系统的最佳节能运行程序,最大限度地利用室外的气候性冷源,可有效减少冷水机组的运行时间、降低电力能耗及其维护费用。


    冷却塔联合供冷系统的节能效果说明

         北京卷烟厂联合供冷系统于2011年3月初投入使用,同年5月完成过渡季节的运行测试,测试数据主要采用蒸汽加湿耗量及电力耗量与往年运行的数据比较,从而确定节能改造的效果。蒸汽加湿耗量的数据,主要通过查询2010年3月份和2011年3月份动力中心蒸汽的耗用记录来获得(按照往年设备运行的情况来看,3月份不开启制冷机组,主要靠加大新风量来进行供冷,但由于新风的相对湿度较低,必须要加大蒸汽加湿量来满足车间所需的相对湿度要求)。制冷机组的运行的电力耗量数据,主要通过查询约克制冷机组设备手册中的相关参数图表,及往年设备运行的电耗数据来获得(5月份按实际天气状况需要开启1台冷水机组,且实际平均运行功率大约在80~90%)。从《冷却塔与冷水机组联合供冷节能系统节能核算报告》节能效果看, 3年左右就可收回项目改造的投资费用,有关更详细的报告请查阅《北京卷烟厂冷却塔与冷水机组联合供冷节能系统节能核算报告。


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