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工业物联网数据分析助力冷却塔节能应用

  1.概述

  冷却塔(The cooling tower)是用水作为循环冷却剂,从一系统中吸收热量排放至大气中,以降低水温的装置;其冷是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽,蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置,以保证系统的正常运行,装置一般为桶状,故名为冷却塔。

  实际生产和生活中,由于冷却塔运动部件少,而且冷却塔大多是系统的辅助设备,其在工业生产或制冷空调系统中的重要性往往被低估。但是实际上,冷却塔的性能和正常工作却会直接影响到整个装置、系统甚至工厂的正常运作。特别是在炎热的夏季,其重要性更是不可忽视。

  更重要的是,虽然冷却塔本身的能耗在系统中占比不大(4%),但是冷却塔的性能却直接影响制冷机组(占空调系统能耗80%)的能效。

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  在工业生产中,冷却塔的性能也能直接影响到系统的能效。

  利用最新的工业物联网技术和大数据分析技术,通过长期在线监测冷却塔性能,用关键性能指数来管理系统能效水平,保障冷却塔长期运行在高效性能区间,节能降耗。在冷却塔能效出现衰减的第一时间预警,推进改进措施和行动。同时,通过实时关键参数监测与预警,管理冷却塔运维的质量。

  2.案例与分析

  XX钢厂8号空分双曲线冷切塔计划在2021年11月期间在线更换填料。可通过冷却塔性能在线监测分析系统监测和分析填料更换前后对于冷却塔性能的影响。

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  2021年9月30日至2021年12月9日期间:

  1)2021年9月29日,冷却塔性能在线分析系统安装上线。

  2)2021年11月上中旬,XX钢厂8号空分冷却塔在线陆续更换了冷却塔的填料。

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  3)选取了2021年9月30日至2021年10月16日之间的数据样本,作为填料更换前的性能分析依据。

  4)选取了2021年11月20日至2021年12月9日之间的数据样本,作为填料更换后的性能分析依据。

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  3.结论与说明

  3.1 填料更换前的冷却塔性能

  填料更换之前,根据数据分析的结果显示:当湿球温度在-5℃到+10℃区间,冷却塔的逼近度对应为21.8℃到14℃。基本上呈直线拟合状态。

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  3.2 填料更换后的冷却塔性能

  填料更换之后,根据数据分析的结果显示:当湿球温度在-5℃到+10℃区间,冷却塔的逼近度对应为23℃到8℃。基本上呈直线拟合状态。

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  3.3 填料更换前后,冷却塔性能变化对比

  填料更换前后,根据数据分析的结果显示:冷却塔的性能的确发生了比较大的变化。

  1)更换填料后,冷却塔较高湿球温度条件下的性能得到明显改善。在10℃湿球温度条件下的逼近度改善(下降)了近6,这有利于整个空分系统能效提升。

  2)但是,在更换填料后,冷却塔在较低湿球温度条件下的性能反而出现了退步。在-5℃湿球温度条件下的逼近度恶化(上升)了大约1.2℃。这对于空分系统的能效有负面影响。

  3)分界平衡点大约出现在湿球温度为0℃附近。

  3.4 关于相对湿度异常分析以及对双曲线冷却塔性能的影响

  在整个数据分析期间:2021年9月30日至2021年12月9日很有意思的发现,8号空分冷却塔分析仪的空气相对湿度明显比同期装在XX钢厂9号空分冷却塔的另一台冷却塔性能分析仪(距离约500-800m)的空气相对湿度高出不少。

  较高的相对湿度将导致较高的湿球温度,在同等条件下,冷却塔的出塔水温将会更高,不利于空分系统的运行和能效。

  在排除了仪器测量故障的可能性后,确认了这个影响的实际存在。我们发现,在8号空分双曲线的冷却塔边上,由于冷却能力不足,用户增加了数个圆形玻璃钢冷却塔。当这几个圆形玻璃钢冷却塔运行时,其顶部排出的湿热空气,正好被巨大的双曲线冷却塔底部吸入,形成了冷却塔的冷却空气“热短路”。这将大大对双曲线冷却塔的运行环境造成负面影响。

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  3.5 建议

  综上分析所述,建议设法消除圆形玻璃钢冷却塔热风短路对双曲线冷却塔的负面影响,以利于8号空分系统的稳定高效运行,节能降耗,节碳减排。如将圆形玻璃钢冷却塔搬离距离双曲线冷却塔更远的地方,或者在圆形玻璃钢冷却塔顶部安装导风罩,将圆形玻璃钢冷却塔顶部排风引向高处,避免热短路的形成。

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