能耗优化控制系统（共10篇）
能耗优化控制系统 篇1
一、强一联注水系统耗电情况分析
联合站的注水系统实质上就是将高压注水泵提供的能量分配到各注水井, 满足油层驱替所需要的能量分配体系。由于油田地面注水是油田耗能最多的一个系统, 因此, 对注水系统进行合理调整, 是提高系统效率和降低单耗的首要环节, 也是油田降本增效工作的重要任务。 强一联合站每年的电量消耗都在240 万k W·h以上, 而注水系统的电量消耗占到60%以上。
强一联现有5 台3H-8/450Ⅱ型三柱塞注水泵, 配套的电机功率为110 k W, 设计注水能力800 m3/d, 1#、2#注水泵配有变频调速系统, 其余为工频注水泵。 平时每日正常运行2至3 台注水泵, 通过分水阀组分配给各计量站, 再分配给各井。 注水泵出口压力23 MPa、站内汇管压力22.5 MPa, 负责自强2 采油站共计四个计量站17 口注水井的注水任务, 平均日注水量580 m3。 另外强一联还配有3 台IS80-50-200 型喂水泵, 平日正常运行1 台, 扬程为50 m, 电机功率为15 k W。
最初强一联合站正常注水井和污水回注井共用一套系统, 平时仅需启用1 台注水泵就能够保证正常注水井的注水压力和注水量。 随着油田开发不断深入, 特别是油田开发到中后期, 油井产液量越来越高, 导致污水回注量不断增加, 而因此为保证高压井的生产, 经常需要同时运行3 台注水泵, 这样就造成了能耗的增大;而且在高水压作用下, 增加了柱塞泵的运转负荷, 而且也会产生较大的振动和噪声, 可能导致管线变形、管壁薄弱部位穿孔、阀门在高压下刺坏、渗漏等问题, 存在着安全隐患。 这样大大延长了注水泵同时运行的时间, 同时造成注入污水处理井的能源浪费。
由于工作需要, 强一联平时运行2 至3 台注水泵, 而配套喂水泵功率大、扬程高, 会引起注水进口管线震动大。 为此需要打开回流阀门控制喂水泵出口压力来缓解管线震动的问题, 但这样也造成了能源的浪费。
二、降低耗电量的实施措施
注水系统改造的目的是在满足油田注入量的前提条件下, 最大限度地降低注水能耗, 从而实现系统的经济运行。 为了提高注水系统效率, 同时降低注水泵的电量消耗, 强一联合站结合现有工艺条件, 探索并实施高低压分注工艺、更换注水泵的柱塞和更换合适喂水泵叶轮这三项措施来解决这一问题。
1.采取分压注水方式, 降低能耗。 注水泵是强一联合站主要的运行设备, 也是有节能潜力的大户。 最初正常注水井与污水回注井共用一套系统, 平时仅需启用1 台注水泵。 而向污水处理井回灌污水时需要同时启用2 台注水泵才能保证足够的注水压力。 这样将大大延长注水泵同时运行的时间。
如上表所示, 污水回注井注水所需压力较低, 又由于污水回注井油压较低, 为满足回注的污水量就需要将注水阀门调节的比较大。而且各井所需注水压力不同, 经常需要运行3台注水泵, 因此造成能量上的浪费。
针对这一问题, 强一联首先在5 号注水泵出口管线处加连通至19-35 井 (污水回注井) , 组成一个污水回注的独立系统, 即1-4 号注水泵连通其他正常注水井, 5 号注水泵单独回注污水, 然后将19-35 井全部打开, 在尽可能短的时间内通过污水回注系统将多余的污水大排量的回注。
通过改造后, 既满足了正常注水泵的注水量, 同时大大减少了多台注水泵同时运行的时间, 达到了节省用电量的目的, 降低了注水能耗。
2.更换注水泵的柱塞。实行分压注水后, 通过采集数据, 5号注水泵进行污水回注时注水压力为23 MPa, 排量为12 m3/h, 而19-35 井实际注水压力仅有10 MPa, 平均注水总量为320 m3, 考虑到间注井, 其余注水井日平均注水总量约为260 m3。
随着工区采油规模的扩大, 如今的产水量和注水量不断增大, 继续使用45 mm的柱塞已经不能满足污水回注井的注水需求。 为了继续使用分压注水流程, 进一步增大注水排量, 减少运行时间, 通过查阅3H-8/450Ⅱ型注水泵参数, 我们注水泵柱塞重新进行了选型。
结合现有工艺条件, 强一联合站经过认真分析研究, 提出对注水泵的改造意见:将5#注水泵设计为低压注水泵, 为强33 井和19-35 井污水回注, 柱塞泵的柱塞直径由45 mm改为57 mm, 1#—4#高压注水泵维持原注水压力。 更换后, 5#注水泵的注水压力由23 MPa降至16 MPa, 排量由13.5 m3/h增大到了21 m/h。 由于回注井19-35 井和强33 井的油压分别为6 Mpa和5 Mpa, 油压较低, 57 mm柱塞的16 Mpa的排出压力和475 m3的日额定流量完全能够满足回注井的需要。而45 mm柱塞的注水泵27 Mpa的排出压力和290 m3的日额定流量也能够满足1#—4#注水泵为其他高压井的注水需要。
通过改造, 在正常运行时, 仅需要同时运行2 台注水泵即可满足生产需要, 有3 台注水泵可以作为备用泵, 大大减少了泵运行时间, 使井间承受压力趋于合理, 管网系统得到优化, 提高了注水量, 降低了注水单耗, 保障了生产正常运行。
实施后, 每月注水泵的耗电量由12 万k W·h降为9.54万k W·h。 同时由于注水压力降低, 注水泵过流部件的使用寿命得到延长, 既减少了修理费用也降低了工人的工作强度;减轻了水站整体负荷, 降低了噪声, 大大提高了注水流程运行的可靠性。
3.更换喂水泵叶轮。 目前, 注水系统的进口管线经常出现不同程度震动, 有时震动幅度剧烈, 严重威胁到安全生产, 需要频繁检修注水泵, 更换排液阀片。 经过分析、研究和论证, 发现引起震动的主要因素为:
(1) 喂水泵功率过大、扬程过高;
(2) 通过回流阀门调节时不易保证排量。
为降低吸入压力保证吸入排量, 需要更换设备及改变工艺流程, 将原直径200 mm的叶轮更换为直径130 mm, 安装在1#喂水泵上进行调试, 经过不断改进、试验, 喂水泵出口压力由0.6 MPa下降到0.25 MPa, 工作电流由22 A下降为11 A。
通过对喂水泵叶轮的调整, 降低了注水泵吸入压力, 减缓了注水泵的震动, 满足了注水泵的进液要求, 提高了注水效率。 同时延长了注水泵排液阀的使用寿命, 减少了注水泵的维修工作量, 降低了员工的劳动强度。 随着功率大幅度下降, 用电量也明显下降, 喂水泵每天的耗电量由原来11 k W·h下降到约5 k W·h左右。
通过以上三项措施, 强一联合站注水系统月耗电量由原来的15.1 万k W·h减少到13.8 万k W·h, 每月可节约电费10169元, 取得了良好的经济效益和社会效益。
摘要：采油企业联合站是油气集输系统的重要组成部分, 既是耗能大户也是有节能潜力的大户。而油田地面注水又是其中耗能最多的一个系统, 对其进行系统优化从而降低能耗具有十分重要的现实意义。本文以强一联合站为例, 对优化系统运行降低注水能耗的措施进行了探索和实施, 取得了较好的应用效果。
关键词：联合站,注水,系统优化,降低能耗
参考文献
[1]李云光, 王书方, 周学文.一分压注水技术工程实例[J].中国科技信息, 2005 (05) .
城市能耗监测系统的设计与应用 篇2
【关键词】建筑；城市能耗；监测；节能；软件；上传；加密；数字签名 能耗模型
1、系统概述
城市能耗监测系统是以某个城市（区域）的用能单位为监测对象，以工业能耗集中监测与管理为主，兼顾建筑能耗集中监测与管理的系统。系统以工业能耗数据采集为基础，对重点耗能企业的主要能耗指标进行集中监测和统一管理，以此为基础，来支撑政府相关部门更好的监督和指导各个重点耗能企业持续推进节能减排工作。监测平台建设示范效益分析，包括节能效益、经济效益、社会效益等。
系统以能源管理中心为基础，采用信息化技术和集中管理模式，收集重点用能单位的能源消费数据，构建评估能源消费指标体系，并进一步建立节能预警模型，最终为政府掌控重点用能单位能源消费状况，评判重点用能单位能源消费水平和制定节能风险对策提供科学依据。
1、全面掌握大型重点用电单位的实际用能状况，加强能源宏观管理和科学决策；2、为用能单位能耗定额、超定额制度等研究提供基础数据；3、立标杆，抓典型，提供同类单位的用能分析比较；4、提供数据平台，规范节能服务市场，推动节能工作。
2、系统结构
本系统包括系统管理层、网络传输层、数据采集层；
A、系统管理层：
数据库服务器：用于存储能耗数据；应用服务器：能耗监测与管理系统软件后台服务器；監测工作站：能耗监测与预警工作站，运行能耗监测客户端软件；管理工作站：能耗考核与管理工作站，运行能耗管理客户端软件；打印机：报表打印；
防火墙或网闸：将本系统与Internet隔离，以保证数据安全
B、网络传输层：
传输网络层包括通信数据网关与传输网络，传输组网可以采用中国移动EDGE、中国联通WCDMA、中国电信EV-DO等3G（或2.75G）无线通信网络技术进行组网，不需要布设通信线缆即可实现城市级（亦可跨城市）广域组网。
C、数据采集层：
数据采集层包含各类能耗监测装置，如水表、电表、气/汽表、油表等。
3、系统功能
3.1数据采集
定时、自动从用能企业中采集能耗数据，数据实时性好、准确度高；用能企业端数据采集网关具备本地存储功能，在网络连接中断时仍能够采集并存储能耗数据，网络连接恢复以后自动上传数据，设备需满足《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统建设相关技术导则》的要求。
3.2能耗指标
能耗指标管理、能耗指标监测与预警、能耗指标考核。
3.3能耗预警
能耗指标管理、能耗监测与预警，能对采集中出现的通信故障等信息提供故障报警等信息；对能耗设定的用能越限或超额等情形进行预警处理。
3.4能耗报表
自动化报表：小时、日、周、月、季度、年报表；按地区报表；按行业报表；报表导出为Excel、自定义查询、手动与自动录入能耗数据， 系统根据各分项分类能耗的情况预置、显示、打印常用建筑能耗统计报表；表格形式与基本要求遵循《民用建筑能耗统计报表制度》规定。
3.5数据上传
与省能源管理中心进行数据对接（根据相关标准接口）；可对系统内的重点能耗单位的数据进行整合，系统根据《分项能耗数据传输技术导则》要求，可灵活设定能耗传输数据频率，逐时、日、月、年统计的各分类分项能耗数据发送至上级数据中心；并可实现数据同步。具有身份认证和数据加密等方式确保数据的安全可靠。
3.6能耗统计
对企业的各种单耗指标有选择的进行多角度的分析，提供数据列表、柱状对比图和曲线对比分析。对企业的能源数据，包括消费、购入、产出等进行能源品种结构汇总统计，并提供曲线分析结果。
3.7节能诊断与评估
支持节能管理人员对能耗进行分时、分项地统计和分析，帮助其了解设备的启停时间和使用规律，找到节能潜力和重点，为优化节能管理和控制策略提供依据。能耗审计是能耗管理的一个重要环节，通过能耗审计电能管理人员可全面了解企业的用能现状，发现企业的用能缺陷，优化企业的用能方案，提出企业节能降成本的有效措施。
3.8能耗公示
对城市企业能耗的统计、审计、监测等结果进行公示。
4、结束语
本系统在系统结构设计和性能配置上充分考虑项目的实际情况，最大程度地实现相关监测与管理功能，满足城市能耗监测系统运行的相关要求，体现系统的各项技术特点。实现了数据采集、数据处理、数据展示、数据上传等系统功能；目前系统在多个重点用能监测单位使用，运行效果良好，性能优良，当然，系统在实际运行过程也会遇到不同的节能管理需求，如能耗的自组态运算、多能耗模型的优化、能耗最优模式等都有待我们在将来的工作中不断去完善与改进；为节能管理工作提供更多的节能诊断模式与节能预测分析数据；以达到用能单位最大化的达到节能减排之目的。
参考文献
[1]《国家机关办公建筑与大型公建能源审计导则》 住建部
[2]《国家机关办公建筑与大型公建能耗监测系统》数据中心建设与维护技术导则
[3]《关于加强机关办公建筑与大型公建节能管理工作的实施意见》[2007]245号
作者简介
电锅炉能耗监测系统的优化 篇3
(1) 既有耗能系统的空间位置不够。如电锅炉系统中电锅炉进出管没有安装热计量表的空间, 因为该锅炉房在初始建设时没有考虑节能改造等工程, 往往设计施工时仅考虑安装阀门位置, 没有对监测仪表空间进行预留。我们知道安装热量表往往需要长直管道, 这是极其矛盾的, 也是既有建筑节能改造中的普遍问题。
(2) 经济因素考虑, 重复监测。如锅炉系统水泵往往都是一用一备, 如果按理论监测水泵的能耗, 两台水泵并联全都加上进出口压力表, 依据实际经验分析这种做法是多余的, 对于并联系统, 完全可以将水泵进出口压力表放置在他们共同的母管道上, 以近似的方式代替单个水泵的进出口压力。
如何构建科学合理的监测平台, 使之既能满足功能需求, 同时又能降低经济成本。我们要从经济技术角度综合分析, 并通过翔实数据的深入挖掘, 达到简化系统, 同时又不影响最终效果的目的。对于既有锅炉房系统存在的问题, 我们通常采取现场优化, 拆分法分项计量, 用组合优化及权重分析等方法来解决。
1 采用组合法优化
组合优化主要是指:根据运筹学原理, 对于一个系统中能耗设备参数有重复监测的可能或者某些理论监测点在既有系统中不能实现监测, 这需要我们采用合理替代, 组合分析, 这个过程我们称为组合优化。现以中国计量科学研究院18#楼电锅炉系统为例, 通过对现场空间尺寸的详细踏勘, 主要耗能设备情况如下:2台0.3MW电锅炉, 3台3k W扬程20m的一次热水循环泵, 3台3k W扬程32m二次网热水循环泵。下面依据锅炉房内既有系统实际空间布置情况及监测计量设计功能要求, 分别对电锅炉系统的主要耗能设备进行能耗情况进行监测。详见图2。
1.1 电锅炉
电锅炉是电锅炉供热系统最主要的耗能设备, 其负责将电能转化成热能, 通过热媒水将热量输送给用户。依据监测设计要求, 需要对锅炉水温、压力、输出热量及所耗热量进行监测。通过安装在锅炉进出口主管道上的温度变送器和压力变送器, 可以测得锅炉的进出口温度和进出口压力, 进而为分析电锅炉运行情况提供数据依据。以此可得锅炉供热量:Q2+Q3+Q5-Q1通过测电锅炉耗电的电能表可以测得锅炉的耗电量P。
1.2 板式换热器
板式换热器在系统中主要将电锅炉加热的高温热水转换成用户需要的低温热水。依据监测设计要求需通过安装温度变送器和压力变送器, 测得板式换热器一、二次侧的进出口温度和进出口压力及一次侧输入热量和二次侧输出热量, 进而为分析换热器运行情况提供数据依据。
1#板换一次侧供热量3Q, 1#板换二次侧供热量4Q, 故可得出1#板换效率:η=QQ43×100%。
2#板换一次侧供热量5Q, 2#板换二次侧供热量6Q, 故可得出2#板换效率:η=Q5Q6×100%。
1.3 蓄热水箱
蓄热水箱是电锅炉系统重要的设备, 谷电时段将谷电以热能的形式提前蓄存起来供峰电时供用户使用。蓄热量、液位及水箱的上、中、下温度是蓄热水箱的重要参数。通过采集原有系统控制柜内PLC数据, 可以得到水箱上中下部温度及水箱液位, 进而为分析设备运行情况提供数据依据。蓄热水箱蓄热量2Q, 蓄热水箱供热量1Q, 故可得出蓄热水箱利用率:η=QQ12×100%。
1.4 一次循环泵
通常水泵的效率是通过水泵进出口压差及水泵电耗衡量的。一次循环泵流量为2Q、3Q、5Q热量表计量的瞬时流量2q、3q、5q之和, 即q2+q3+q5, 水泵进出口压差可通过压力变送器测得, 水泵电耗P可通过其电能表测得, 故一次循环水泵效率:
1.5 二次循环泵
同样与一次循环泵类似二次循环泵流量为4Q、6Q热量表计量的瞬时流量4q、6q之和, 水泵进出口压差∆H可通过二次水泵进出口处压力变送器测得, 水泵电耗P可通过其对应的电能表测得, 故二次循环水泵效=率:
式中:——水泵效率;
V——水泵平均流量 (m3/h) ;
P——水的品均密度 (kg/m3) ;可根据水温由参数查取。
g——自由落体加速, 取9.8 (m/s2)
△H——水泵进出口平均压差 (m) ;
P——水泵平均输出功率 (k W)
1.6 锅炉房系统
锅炉房系统能耗是另一个要点, 系统能效的高低更具评判价值, 锅炉房总耗电量P, 锅炉房总输出热量为Q7+Q8+Q9+Q10, 则锅炉房供热系统效率为:
1.7 输配管网
由于18#楼管网位于6#站锅炉房内, 输配管网短, 热量损失小, 故暂不考虑18#楼管网热量损失。但供17#输配管网较长, 管路热量损失较大, 设锅炉房内17#楼采暖支路总供热量为7Q, 17#楼内部耗热量为Q11, 故可得出管网热量损失为Q7-Q11, 管网效率:η=QQ171×100%。
1.8 系统补水情况
尽管整个供热系统是闭式系统, 理论上不用补水, 但是在实际运行中, 会存在跑冒滴漏的现象, 需要对系统补水进而保持系统压力稳定, 设锅炉房总补水量为1S, 二次系统补水量为S2, 一次系统补水量为S1-S2。
2 权重分析法优化
一个系统中各耗能设备能耗比重不尽相同, 对于其中所占能耗比重小, 且在全系统中监测意义不大, 加之对其能耗计量有经济和技术困难的设备, 可以将其按次要因素考虑, 忽略处理, 减少不必要的投入。
图2为该电锅炉系统某月份峰谷平耗电比重, 从图中可以清楚看到谷电和平电利用是最高的。该月份谷电约耗电605580.44k Wh, 约占总耗电的65%, 平电约占总耗电的34%。这与电锅炉蓄热系统运行工况是吻合的, 在平时段耗电比重较大, 从中可以判定锅炉与水箱设计选型不匹配, 锅炉负荷相对选小。图3、图4显示该电锅炉蓄热系统中主要设备能耗全年变化情况, 该曲线变化趋势为钟型曲线, 各耗能设备在1月份基本同时达到最大, 其中电锅炉、二次网水泵、一次网泵能耗比例大, 是电锅炉蓄热系统最主要的监测的能耗设备。全年电锅炉累计耗电量为926796.95 k Wh, 约占整个电锅炉蓄热系统能耗的97%;二次网循环水泵全年累计总能耗为16838k Wh, 约占总能耗的1.8%;一次网水泵全年总能耗为9147.3k Wh, 约占总能耗的0.9%;其他耗能设备耗能约占0.3%。其中, 其他耗能设备包括真空脱气机、补水定泵等, 所占耗能比重很少, 是次要耗能设备, 因此可不进行能耗监测, 从而降低成本。
3 结论
能耗优化控制系统 篇4
【关键词】空调系统；能耗；节能途径
1. 引言
作为专业型公司的一名暖通从业人员，笔者经常涉及一些大型工艺性厂房的空调设计，此类厂房在设计中采用集中式全空气定风量空调系统。经过实际运行证明，该空调系统能安全可靠的满足工艺对室内参数的要求，同时也发现了一些问题：为满足大型工艺厂房的温度参数，控制温度场波动，空调送风温差较小，厂房的送风量很大；该类厂房一般建设为组合式厂房，功能复杂，留给暖通专业作为机房用地的面积有限，致使空调机房较集中，系统作用半径大，能耗高。
2. 空调特点
（1）厂房的空调为工艺性空调，相对于一般工业性项目，此类厂房对干球温度和露点有严格的要求，其特点是温度低、露点低。厂房工艺设备多，布置紧凑密集、占用的建筑面积大，而且大厅不做分隔，所有的区域都有温湿度的要求，这就形成了大厅空调系统的另一个特点：空调建筑面积大、层高高。
（2）温度低、露点低直接影响到空调的负荷，相对于一般工艺性空调，空调系统处理的显热、潜热都是很大的，空调冷却器前后处理的温差接近12℃，焓差接近20KJ/（Kg.干）。送风温度与环境温度的温差大，对管道设备的绝热要求高，若绝热做的不理想，往往出现结露，一旦出现这种情况，轻则造成冷损失加大，重则影响主工艺系统的运行安全。
（3）空调建筑面积大、层高高直接影响到空调系统的送风量。为达到厂房的温度要求，如此高大的空调建筑，首先必须满足一定的空调换气次数才能做到各个平面位置、各个空间高度的温差维持在一定的范围。
3. 系统组成
3.1厂房设计采用集中式全空气定风量空调系统，典型空调系统流程如图1所示，因不讨论冷热源方面的问题，故在流程图中予以省略。本文所选典型工程空调系统送风量为328000m3/h（109.34Kg/s），新风量为60000m3/h（20Kg/s）；夏季空调室外计算干湿球温度为32.8/26.6℃，室内设计干球露点温度为19.0/10.0℃。
3.2空调送回风均通过设于空调机房的组合式空调机组对空气集中处理。由于系统负担的空调区域大，送回风管道长，管道阻力大，一般设计为双风机系统。如图1所示：空调机组由①新回风混和段、②初效过滤段、③中间段、④冷却挡水段、⑤二次回风段、⑥加热段、⑦中效过滤段、⑧送风机段以及⑨回风机段等组成。
3.3厂房的气流组织为上送下回，送风由设在吊顶内的散流器均匀送入，回风由设于地面的回风口经地沟汇集至空调机房。
6. 节能途径
上面分析了空调系统冷量的构成，在这些冷负荷中，无论是系统真正需要的冷量还是各处理过程系统附加产生的冷负荷，均有一定的节能途径，具体来讲，有以下几点：
（1）选择合适的建厂位置：室外气象参数是空调系统计算的基础数据，直接关系到空调系统的冷负荷——维护结构冷负荷和新风冷负荷。从节能角度出发，厂区选择夏季凉爽的位置能大大降低空调系统的负荷。
（2）加大送风温差：送风温差越大，系统送风量越小，相应的处理空气和输送空气所需的设备也可相应的减小；同时，送风温差变大，而室内状态不变，从而降低了送风温度、相应的也就减小了系统的再热冷负荷。但加大送风温差时应该注意，送风温度过低、送风量过小对工艺性空调有明显的影响——室内温度和湿度分布的均匀性、稳定性将会降低。故加大送风温差的节能措施应视工艺情况而定。
（3）降低新风量：在工艺条件允许的情况下，降低新风量，能大大降低空调能耗。但新风量不能一味降低，应考虑空调厂房维持正压所需要的最小新风量以及生产运行人员所必需的新风量。
（4）减小室内余热：可以从两方面着手，其一是减小围护结构向室内的传热，尽量使空调厂房布置在内区，而邻近室外的外区应加强厂房的绝热、尤其要避免产生冷桥；其二是室内安装的工艺设备、电气设备、自控设备应选用节能高效型产品，降低发热设备的发热量。
（5）加强管道绝热：由于风管内、外存在温差，所以就有热量通过风管管壁进行传递，从而导致风管内空气温度的升高。通过风管管壁传递热量的多少，与风管材料、绝热情况、风管的几何尺寸、内外温差、空气流速等诸多因素有关。在一定的系统中，风管几何尺寸、内外温差、空气流速均是确定的，唯有从风管材料及绝热方面着手来降低该部分能耗。
（6）减小风机温升：为使空调机组的漏风率降到最低，空调送回风机及其电动机一般安装在空调机组的箱体内，这样由风机造成的温升就有两类：风机运行时机械能转变成热能的部分以及电动机工作时电能转变成热能的部分。为降低风机温升引起的能耗，主要着眼于以下三点：其一使空调风系统管路长度尽量减小，缩小系统的服务半径以降低风机的压头；其二选用高效型的通风机，使风机的工作点维持在较高的效率区间以提高通风机的全压效率；其三选用高效节能型电动机，将电能转换成有用的机械能从而提高电动机的效率。
（7）减小漏风量：漏风主要是风管、设备内外存在压差、在密闭不严的情况下，负压段吸入室外新鲜空气，造成新风负荷加大；正压段排出已处理的空气，造成冷量损失。一般空气冷却器前负压段漏风对系统的影响较小，其原因主要是此冷却器之前本来就有室外新鲜空气混入。而空气冷却器后负压段以及正压段漏风对系统的影响就很大，负压段漏风直接影响送风参数，造成送风参数偏高；正压段漏风直接造成系统富裕量增大。
7. 结语
总之，优化高大厂房空调系统的设计在节能方面起着至关重要的作用：他从源头上就控制了系统的能耗。为此在设计此类工艺性空调厂房时，应逐步分析、区分不同的过程，在满足空调系统正常运行的前提下，充分挖掘节能潜力，力争做到系统能耗最低、方案最合理。
参考文献
[1]陆耀庆主编.实用供热空调设计手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2]赵荣义等.空气调节（第三版）.北京：中国建筑工业出版社，1994.
【摘要】文章文针对典型工程，分析空调系统末端夏季室外计算温度下的能耗组成，以此来寻求降低空调系统末端能耗的途径，为以后类似工程、空调系统的设计开拓思维，提供借鉴。
【关键词】空调系统；能耗；节能途径
1. 引言
作为专业型公司的一名暖通从业人员，笔者经常涉及一些大型工艺性厂房的空调设计，此类厂房在设计中采用集中式全空气定风量空调系统。经过实际运行证明，该空调系统能安全可靠的满足工艺对室内参数的要求，同时也发现了一些问题：为满足大型工艺厂房的温度参数，控制温度场波动，空调送风温差较小，厂房的送风量很大；该类厂房一般建设为组合式厂房，功能复杂，留给暖通专业作为机房用地的面积有限，致使空调机房较集中，系统作用半径大，能耗高。
2. 空调特点
（1）厂房的空调为工艺性空调，相对于一般工业性项目，此类厂房对干球温度和露点有严格的要求，其特点是温度低、露点低。厂房工艺设备多，布置紧凑密集、占用的建筑面积大，而且大厅不做分隔，所有的区域都有温湿度的要求，这就形成了大厅空调系统的另一个特点：空调建筑面积大、层高高。
（2）温度低、露点低直接影响到空调的负荷，相对于一般工艺性空调，空调系统处理的显热、潜热都是很大的，空调冷却器前后处理的温差接近12℃，焓差接近20KJ/（Kg.干）。送风温度与环境温度的温差大，对管道设备的绝热要求高，若绝热做的不理想，往往出现结露，一旦出现这种情况，轻则造成冷损失加大，重则影响主工艺系统的运行安全。
（3）空调建筑面积大、层高高直接影响到空调系统的送风量。为达到厂房的温度要求，如此高大的空调建筑，首先必须满足一定的空调换气次数才能做到各个平面位置、各个空间高度的温差维持在一定的范围。
3. 系统组成
3.1厂房设计采用集中式全空气定风量空调系统，典型空调系统流程如图1所示，因不讨论冷热源方面的问题，故在流程图中予以省略。本文所选典型工程空调系统送风量为328000m3/h（109.34Kg/s），新风量为60000m3/h（20Kg/s）；夏季空调室外计算干湿球温度为32.8/26.6℃，室内设计干球露点温度为19.0/10.0℃。
3.2空调送回风均通过设于空调机房的组合式空调机组对空气集中处理。由于系统负担的空调区域大，送回风管道长，管道阻力大，一般设计为双风机系统。如图1所示：空调机组由①新回风混和段、②初效过滤段、③中间段、④冷却挡水段、⑤二次回风段、⑥加热段、⑦中效过滤段、⑧送风机段以及⑨回风机段等组成。
3.3厂房的气流组织为上送下回，送风由设在吊顶内的散流器均匀送入，回风由设于地面的回风口经地沟汇集至空调机房。
6. 节能途径
上面分析了空调系统冷量的构成，在这些冷负荷中，无论是系统真正需要的冷量还是各处理过程系统附加产生的冷负荷，均有一定的节能途径，具体来讲，有以下几点：
（1）选择合适的建厂位置：室外气象参数是空调系统计算的基础数据，直接关系到空调系统的冷负荷——维护结构冷负荷和新风冷负荷。从节能角度出发，厂区选择夏季凉爽的位置能大大降低空调系统的负荷。
（2）加大送风温差：送风温差越大，系统送风量越小，相应的处理空气和输送空气所需的设备也可相应的减小；同时，送风温差变大，而室内状态不变，从而降低了送风温度、相应的也就减小了系统的再热冷负荷。但加大送风温差时应该注意，送风温度过低、送风量过小对工艺性空调有明显的影响——室内温度和湿度分布的均匀性、稳定性将会降低。故加大送风温差的节能措施应视工艺情况而定。
（3）降低新风量：在工艺条件允许的情况下，降低新风量，能大大降低空调能耗。但新风量不能一味降低，应考虑空调厂房维持正压所需要的最小新风量以及生产运行人员所必需的新风量。
（4）减小室内余热：可以从两方面着手，其一是减小围护结构向室内的传热，尽量使空调厂房布置在内区，而邻近室外的外区应加强厂房的绝热、尤其要避免产生冷桥；其二是室内安装的工艺设备、电气设备、自控设备应选用节能高效型产品，降低发热设备的发热量。
（5）加强管道绝热：由于风管内、外存在温差，所以就有热量通过风管管壁进行传递，从而导致风管内空气温度的升高。通过风管管壁传递热量的多少，与风管材料、绝热情况、风管的几何尺寸、内外温差、空气流速等诸多因素有关。在一定的系统中，风管几何尺寸、内外温差、空气流速均是确定的，唯有从风管材料及绝热方面着手来降低该部分能耗。
（6）减小风机温升：为使空调机组的漏风率降到最低，空调送回风机及其电动机一般安装在空调机组的箱体内，这样由风机造成的温升就有两类：风机运行时机械能转变成热能的部分以及电动机工作时电能转变成热能的部分。为降低风机温升引起的能耗，主要着眼于以下三点：其一使空调风系统管路长度尽量减小，缩小系统的服务半径以降低风机的压头；其二选用高效型的通风机，使风机的工作点维持在较高的效率区间以提高通风机的全压效率；其三选用高效节能型电动机，将电能转换成有用的机械能从而提高电动机的效率。
（7）减小漏风量：漏风主要是风管、设备内外存在压差、在密闭不严的情况下，负压段吸入室外新鲜空气，造成新风负荷加大；正压段排出已处理的空气，造成冷量损失。一般空气冷却器前负压段漏风对系统的影响较小，其原因主要是此冷却器之前本来就有室外新鲜空气混入。而空气冷却器后负压段以及正压段漏风对系统的影响就很大，负压段漏风直接影响送风参数，造成送风参数偏高；正压段漏风直接造成系统富裕量增大。
7. 结语
总之，优化高大厂房空调系统的设计在节能方面起着至关重要的作用：他从源头上就控制了系统的能耗。为此在设计此类工艺性空调厂房时，应逐步分析、区分不同的过程，在满足空调系统正常运行的前提下，充分挖掘节能潜力，力争做到系统能耗最低、方案最合理。
参考文献
[1]陆耀庆主编.实用供热空调设计手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2]赵荣义等.空气调节（第三版）.北京：中国建筑工业出版社，1994.
【摘要】文章文针对典型工程，分析空调系统末端夏季室外计算温度下的能耗组成，以此来寻求降低空调系统末端能耗的途径，为以后类似工程、空调系统的设计开拓思维，提供借鉴。
【关键词】空调系统；能耗；节能途径
1. 引言
作为专业型公司的一名暖通从业人员，笔者经常涉及一些大型工艺性厂房的空调设计，此类厂房在设计中采用集中式全空气定风量空调系统。经过实际运行证明，该空调系统能安全可靠的满足工艺对室内参数的要求，同时也发现了一些问题：为满足大型工艺厂房的温度参数，控制温度场波动，空调送风温差较小，厂房的送风量很大；该类厂房一般建设为组合式厂房，功能复杂，留给暖通专业作为机房用地的面积有限，致使空调机房较集中，系统作用半径大，能耗高。
2. 空调特点
（1）厂房的空调为工艺性空调，相对于一般工业性项目，此类厂房对干球温度和露点有严格的要求，其特点是温度低、露点低。厂房工艺设备多，布置紧凑密集、占用的建筑面积大，而且大厅不做分隔，所有的区域都有温湿度的要求，这就形成了大厅空调系统的另一个特点：空调建筑面积大、层高高。
（2）温度低、露点低直接影响到空调的负荷，相对于一般工艺性空调，空调系统处理的显热、潜热都是很大的，空调冷却器前后处理的温差接近12℃，焓差接近20KJ/（Kg.干）。送风温度与环境温度的温差大，对管道设备的绝热要求高，若绝热做的不理想，往往出现结露，一旦出现这种情况，轻则造成冷损失加大，重则影响主工艺系统的运行安全。
（3）空调建筑面积大、层高高直接影响到空调系统的送风量。为达到厂房的温度要求，如此高大的空调建筑，首先必须满足一定的空调换气次数才能做到各个平面位置、各个空间高度的温差维持在一定的范围。
3. 系统组成
3.1厂房设计采用集中式全空气定风量空调系统，典型空调系统流程如图1所示，因不讨论冷热源方面的问题，故在流程图中予以省略。本文所选典型工程空调系统送风量为328000m3/h（109.34Kg/s），新风量为60000m3/h（20Kg/s）；夏季空调室外计算干湿球温度为32.8/26.6℃，室内设计干球露点温度为19.0/10.0℃。
3.2空调送回风均通过设于空调机房的组合式空调机组对空气集中处理。由于系统负担的空调区域大，送回风管道长，管道阻力大，一般设计为双风机系统。如图1所示：空调机组由①新回风混和段、②初效过滤段、③中间段、④冷却挡水段、⑤二次回风段、⑥加热段、⑦中效过滤段、⑧送风机段以及⑨回风机段等组成。
3.3厂房的气流组织为上送下回，送风由设在吊顶内的散流器均匀送入，回风由设于地面的回风口经地沟汇集至空调机房。
6. 节能途径
上面分析了空调系统冷量的构成，在这些冷负荷中，无论是系统真正需要的冷量还是各处理过程系统附加产生的冷负荷，均有一定的节能途径，具体来讲，有以下几点：
（1）选择合适的建厂位置：室外气象参数是空调系统计算的基础数据，直接关系到空调系统的冷负荷——维护结构冷负荷和新风冷负荷。从节能角度出发，厂区选择夏季凉爽的位置能大大降低空调系统的负荷。
（2）加大送风温差：送风温差越大，系统送风量越小，相应的处理空气和输送空气所需的设备也可相应的减小；同时，送风温差变大，而室内状态不变，从而降低了送风温度、相应的也就减小了系统的再热冷负荷。但加大送风温差时应该注意，送风温度过低、送风量过小对工艺性空调有明显的影响——室内温度和湿度分布的均匀性、稳定性将会降低。故加大送风温差的节能措施应视工艺情况而定。
（3）降低新风量：在工艺条件允许的情况下，降低新风量，能大大降低空调能耗。但新风量不能一味降低，应考虑空调厂房维持正压所需要的最小新风量以及生产运行人员所必需的新风量。
（4）减小室内余热：可以从两方面着手，其一是减小围护结构向室内的传热，尽量使空调厂房布置在内区，而邻近室外的外区应加强厂房的绝热、尤其要避免产生冷桥；其二是室内安装的工艺设备、电气设备、自控设备应选用节能高效型产品，降低发热设备的发热量。
（5）加强管道绝热：由于风管内、外存在温差，所以就有热量通过风管管壁进行传递，从而导致风管内空气温度的升高。通过风管管壁传递热量的多少，与风管材料、绝热情况、风管的几何尺寸、内外温差、空气流速等诸多因素有关。在一定的系统中，风管几何尺寸、内外温差、空气流速均是确定的，唯有从风管材料及绝热方面着手来降低该部分能耗。
（6）减小风机温升：为使空调机组的漏风率降到最低，空调送回风机及其电动机一般安装在空调机组的箱体内，这样由风机造成的温升就有两类：风机运行时机械能转变成热能的部分以及电动机工作时电能转变成热能的部分。为降低风机温升引起的能耗，主要着眼于以下三点：其一使空调风系统管路长度尽量减小，缩小系统的服务半径以降低风机的压头；其二选用高效型的通风机，使风机的工作点维持在较高的效率区间以提高通风机的全压效率；其三选用高效节能型电动机，将电能转换成有用的机械能从而提高电动机的效率。
（7）减小漏风量：漏风主要是风管、设备内外存在压差、在密闭不严的情况下，负压段吸入室外新鲜空气，造成新风负荷加大；正压段排出已处理的空气，造成冷量损失。一般空气冷却器前负压段漏风对系统的影响较小，其原因主要是此冷却器之前本来就有室外新鲜空气混入。而空气冷却器后负压段以及正压段漏风对系统的影响就很大，负压段漏风直接影响送风参数，造成送风参数偏高；正压段漏风直接造成系统富裕量增大。
7. 结语
总之，优化高大厂房空调系统的设计在节能方面起着至关重要的作用：他从源头上就控制了系统的能耗。为此在设计此类工艺性空调厂房时，应逐步分析、区分不同的过程，在满足空调系统正常运行的前提下，充分挖掘节能潜力，力争做到系统能耗最低、方案最合理。
参考文献
[1]陆耀庆主编.实用供热空调设计手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2008.
能耗优化控制系统 篇5
随着我国现代化工业进程不断加快, 能源消耗越来越大, 能源紧张问题日益突出, 作为能源消耗大户之一的电机在节能方面大有潜力可挖。对于带周期性负载和长期轻载运行的电机, 在不采取节能措施情况下用电效率低, 功率因数低。[1,2,3]通过对电动机进行节能控制, 可明显提高用电效率和提高功率因数, 达到节能降耗的目的。[4,5,6,7,8]因此, 电动机经济运行的理论研究和节能技术研究近年来备受关注。
二、节能运行原理
电动机运行时的用电效率是衡量经济运行的重要指标, 在满足相同负载功率前提下, 电机输入有功功率越小, 效率越高, 则用电量越小。电动机的能耗包括:定子铜耗、转子铜耗、摩擦损耗、铁耗、杂耗及有效功率。 其中定子铜耗、转子铜耗和铁耗可以通过对电动机供电电源的合理控制, 在满足负载有效功率需求前提下, 使定子铜耗、转子铜耗和铁耗减小。
将维持电机工作的定子电流分解为直角坐标系下两个垂直分量:阻性电流IR1分量及感性电流IM1分量。感性电流分量依赖于电压和磁通密度, 在额定电压下, 磁场消耗的能量保持恒定, 与负载所需的转矩无关。支持负载转矩的能量取决于阻性电流IR1分量, 在满电压情况下负载转矩变化引起的定子电流变化实质是阻性电流IR1的变化, 随着负载转矩的减小, 功率因数角φ随之增大。恒压供电方式下定子电压电流矢量图如图1所示。
由于异步电动机运行在恒压供电方式, 所以电机的磁场耗能维持不变, 即感性电流IM1分量维持不变, 随着负载减小, 阻性电流分量IR1随之减小, 这就是为什么在负载轻时功率因数低的原因。
若在负荷发生变化的同时, 对异步电动机采用变压恒功率因数供电方式, 若能实现合理恒功率因数控制, 通过调整供电电压来调整感性电流IM1分量, 不仅能够减少铁耗, 还可减少定子、转子的铜耗, 从而达到节能的目的。
设三相异步电动机在某一负载降压运行时的效率为:
undefined
再设在某一负载下满压运行时的效率为:
undefined
由于两种供电电压下的负载不变, 因此:P2x=P2Nx
所以:undefined
由异步电动机等值电路得电机阻抗:
undefined
则有:undefined
所以:undefined
即:undefined
可知, undefined, 某一负载下电动机的用电效率与电压、转差率及功率因数三因素有关。而三因素之间存在耦合关系, 因此异步电动机调压节能控制是一个非线性问题。同时, 轻载时不是所有的降低电压行为都能起到节能效果, 只有当电压降低的幅度能补偿转差率变化和功率因数变化的幅度时才有节电效果。
三、自动最小能耗寻优控制 (AEO)
由于交流异步电机的最佳功率因数在全工作范围内呈曲线变化, 不同制造厂生产的同一规格的异步电机的功率因数呈一定的离散性, 同一台电机在其新旧寿命期, 在同一工况下的功率因数也呈现一定的离散性, 这就给节能控制器设计带来一定困难。最早出现的异步电机优化节电器NoLacosφ功率因数控制器为恒功率因数控制, 故这种方法不能达到最佳节电效果。
(一) 以ηj=ηmax为效率目标的最优预期调压值的确定。
从节能运行的角度出发, 根据上述理论分析得知, 在不同负载下供电电压存在一个最佳值, 这个最佳值取决于系统追求的最佳效率ηj和与之对应的功率因数cosφj。
在某一负荷下, P2=ηjP1=mI1U1jηjcosϑj。设负载率undefined, 而在额定负载下, P2N=ηNP1N=mI1NU1NηNcosφN, 所以, P2=βP2N=mI1NU1NηNβcosφN。
由mI1U1jηjcosφj=mI1NU1NηNcosφN
得undefined
设效率目标ηj=ηmax, 则得某一负载率下最佳调整电压, undefined。 ... ( 2 )
(二) 在线自动寻优ηjmax并确定对应控制功率因数。
采用恒功率因数控制实现节能运行, 最关键的问题是给定功率因数的确定, 如前所述, 由于确定功率因数呈现一定的离散性, 所以, 键盘设定功率因数或机器内嵌入功率因数的办法都不科学, 如果采用机器上电后在线自动寻优并确定对应控制功率因数将是最为可行的方法。具体做法是:设备上电软启动完成后, 按30组功率因数给定值分别进行功率因数控制, 并进行电动机单位耗能计算和效率计算, 并将30组计算结果存储, 将30组数据按效率做降序排队, 得到的最高效率组即为节能器寻优cosφj和对应的控制功率因数cosφj。
(三) 三相异步电动机自动最小能耗寻优控制系统 (AEOS) 。
按照上述思想构成的三相异步电动机自动最小能耗寻优控制系统 (AEOS) 如图3所示。
系统工作分三个阶段, 上电后首先执行软启动过程, 按照特定的软启动模式[6]控制异步电动机完成平滑无冲击启动。然后按程控功率因数给定, 进入最小能耗寻优控制功率因数 值阶段, 当最优功率因数确定后进入恒功率因数闭环控制阶段。
在实际设计中, 节能控制器采用了LPC932 微控制器[9]为核心的单片机系统, 很适合要求高集成度低成本的场合。系统反馈通道采用ATT7022A[10]与单片机LPC932接口技术, 进行三相异步电动机供电多电量的检测和计算。不仅减轻了节能运行控制器工作负担, 提高了测量精度, 还减少了系统硬件开支。
四、 结语
影响三相异步电动机用电效率的三个关键因素电压、转差和功率因数之间存在耦合关系, 因此对三相异步电动机进行节能控制的问题是一个非线性控制问题。本文从异步电动机节能运行的角度出发, 按能耗最小寻优目标功率因数cosφj以及按负载率β确定最佳调整电压U1j, 不仅在理论上得出了控制方法, 在技术实现上也是切实可行的。
参考文献
[1].罗文广, 陆英北.异步电动机按负载大小降压节能的研究[J].电工技术, 1998, 8
[2].王雪丹, 王若虚, 王彦杰.异步电动机节能途径的研究[J].黑龙江矿业学院学报, 1999, 3, (9) , 1
[3].秀东等.交流电动机软起动节电器控制装置的研究[J].山东科技大学学报 (自然科学版) , 2000, 6, (19) , 2
[4].崔力.交流异步电动机软起动及优化节能控制技术研究[J].电气传动自动化, 2003, 25 (1)
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[6].刘建业, 安曙明, 付占稳等.三相异步电动机智能化节能器控制策略与控制算法[J].电工技术杂志, 2004, 2
[7].Gurkan Zenginobuz, Isik Cadirci, Muammer Ermis, Soft starting of Large induction Motors at Constant Current With Minimized Starting Torque Pulsation, IEEE Transactions On Industry Applications, 2001, 9:1334～1347
[8].刘建业, 安曙明, 付占稳等.异步电动机启动与节能智能控制技术综述[J].电工技术杂志, 2004, 3
[9].高正中, 桑志锋, 李世光.P89LPC932单片机在电能表中的应用设计[J].煤矿机械, 2005, 10
能耗优化控制系统 篇6
悬浮式物料输送是一种全新的物料输送方式, 该物料输送系统用气垫支撑代替传统的托辊支撑, 大大降低了运行阻力, 具有结构简单、运行平稳、能耗低、粉尘污染少等优点。近年来, 悬浮式物料输送系统逐渐开始应用于矿山及工厂, 用以输送各种散状物料, 并向长距离、大运量、高带速方向发展。
鉴于悬浮式物料输送系统的众多优点, 国内外学者逐步开始对其展开研究。Cadafalch等[1]对有限体积内的稳定流场和热交换进行了数值计算, 得到了有限体积内的流场特性。Meng等[2]对悬浮式物料输送系统所用风机进行了能耗分析, 提出了适应系统工作参数的风机设计方法, 并通过试验验证了其性能。Li等[3]提出了气垫场的楔形缝隙流动模型, 对气孔的不同排列方式进行了理想状况下的数值模拟, 得到了基于数值模拟的定性结论。庞明军等[4,5,6,7,8]对气垫场的横向出流进行了理论分析和数值模拟, 并对其进行对比分析, 得到了气垫场横向的气压分布规律, 并对气膜厚度分布进行了初步建模。李剑峰等[9]对气垫流场的速度分布和压力分布进行了试验检测, 得到了气垫流场的速度和压力的分布规律。季新培等[10]基于气膜厚度分布计算得到了气垫场压力分布, 进一步研究了气垫带式输送机形成稳定气膜的布孔方式。薛河等[11]将气膜近似为线性分布并建立其几何模型, 对多排孔的气垫输送机的流场进行了动力学分析, 得到了气垫流场的速度、压力以及能量损耗的基本分布规律。李元科[12]将带式气垫输送机的气膜承载问题简化为以雷诺方程表示的二维气体润滑问题, 用有限元计算求解, 得到了气膜压力分布、承载能力、供气流量等技术指标与气膜厚度的数值关系。上述研究主要为气垫场的理论研究和数值模拟, 研究中的边界条件多是人为设定的, 得到了相应条件下的气垫场参数分布规律, 但未与实际系统相结合。实验研究揭示了气垫场压力、流速、气膜厚度等参数的分布规律, 并没有对系统的整体运行状态进行研究。悬浮式物料输送系统最大的特点是用气垫支撑输送带, 可降低输送机的运行阻力, 悬浮式物料输送系统的设计应综合考虑系统能耗和运行阻力, 即应考虑系统的综合能耗。
本文基于综合能耗研究了悬浮式物料输送系统的气孔排列方式, 搭建了智能实验平台, 进行了能耗优化模型的失真性分析, 提出了悬浮式物料输送系统综合能耗评价体系。基于综合能耗对单排孔排列方式进行了优化, 得到了最优的系统运行状态和工作点, 并将其推广到任意长度的悬浮式物料输送系统。
1 实验平台及参数优化实验
1.1 智能实验平台
悬浮式物料输送系统是一个复杂的系统, 影响其运行状态的因素包括气室压力、供气流量、气孔的排列方式等。图1为沿输送带长度方向过气孔中心的截面图, 高压气体经过气孔从气室内流入输送带和盘槽之间, 形成气垫场, 以减小系统的运行阻力。
气室压力、供气流量与负载相互作用, 决定了气垫场的形态。载荷一定时, 气孔的排列方式决定了气室压力和供气流量的关系, 从而直接影响悬浮式物料输送系统的运行状态。因此, 气孔排列方式是悬浮式物料输送系统最重要的设计因素。通过对不同气孔直径和间距下运行参数的采集, 可获得最优设计结果。系统运行的能耗包括风机和牵引电机的能耗, 图2为实验平台整体布局图。该系统可实时完成气室压力、供气流量和牵引力等数据的采集。智能实验平台通过变频器改变风机的输出功率, 得到不同的系统运行状态;拉力传感器可以测量系统的运行阻力。
1.2 载荷分布模型
为提高实验数据的工程价值, 必须建立准确的负载分析模型, 使实验中的载荷分布与实际工程应用相同。图3为悬浮式物料输送系统实验平台的横截面示意图。设实验平台盘槽半径为R, 带宽为B, 物料密度为ρ, 物料堆积角为α, 物料堆积最大盘槽位置角为θ, 以盘槽圆心为坐标原点建立坐标系。设物料上边缘为f (x) 、盘槽曲线函数为g (x) , 则物料沿x方向的厚度分布方程为
实验中, 用袋装的石子作为载荷, 为便于研究, 对物料分布进行离散化处理, 将物料沿x方向均分成n等分, 设第i (i=1, 2, …, n) 份物料的x坐标为 (xi-1, xi) , 则单位长度输送带上第i份物料的质量为
图4所示为智能实验平台。实验平台采用工程组态软件实现系统运行状态的实时监控, 完成实验数据的采集和处理。
1.3 设计参数优化实验
由于气孔排列方式的不可穷举性, 故本实验以单排孔排列方式为研究对象进行气孔排列方式的优化。基于智能实验平台完成了气孔直径由3mm增大至7mm (间隔为1mm) , 气孔间距由25mm增大至150mm (间隔为25mm) 的气孔排列实验。对于不同的气孔排列, 通过变频器调节风机的输出功率, 采集系统的供气流量、气室压力、输送带的运行阻力、风机的能耗等实验数据。
2 系统评价模型的建立
由悬浮式物料输送系统的运行原理可知, 当外部载荷一定时, 气室压力和供气流量决定了气垫层的状态, 进而决定了系统的运行阻力。图5所示为孔径3mm, 孔距25mm时系统运行阻力与气室压力和供气流量的关系曲线。从图5可知, 对于一定的气孔排列方式, 随着气室压力和供气流量的增加, 运行阻力降低, 最后趋于一个稳定值。
不同气孔排列方式下运行阻力与气室压力和供气流量的关系曲线相差较大。表1所示为3种不同的气孔排列方式下的实验数据。数据表明, 气孔排列方式对系统的运行状态至关重要, 以单纯的气室压力或供气流量为衡量标准都不能很好地反映系统的运行状态。
2.1 能耗优化模型
悬浮式物料输送系统与传统的托辊输送机相比, 最大的特点是高效节能。输送带带宽和载荷分布相同时, 用单位长度上悬浮式输送机较托辊输送机的节能率表征节能效果。设托辊皮带输送机满载运行时单位长度输送带的系统功率为P1, 悬浮式物料输送系统满载运行时单位长度输送带的系统功率为P2, 则悬浮式物料输送系统的节能率u可表示为
u越大, 悬浮式物料输送系统的节能性越显著。
2.1.1 托辊皮带输送机能耗计算
设托辊输送机的驱动力为F1, 运行速度为v1, 驱动电机的运行效率为η1, 则托辊输送机的能耗为
由运输机械设计选用手册[13]可知, 当输送机长度大于5000m时, 输送机的驱动功率主要用来克服托辊的摩擦阻力, 单位长度托辊输送机的最小功率约151W。因此, 为了提高悬浮式物料输送系统的节能率, 应尽可能地降低其综合能耗。
2.1.2 悬浮机能耗计算
悬浮式物料输送系统综合能耗由风机和驱动电机的能耗组成。实验系统中, 风机的运行功率可直接从变频器输出, 设风机功率为P3, 单位长度悬浮式物料输送系统的运行阻力为F2, 运行速度为v2, 驱动电机运行效率为η2, 可得悬浮式物料输送系统的功率为
2.1.3 实验分析
图6所示为驱动电机功率和风机功率关系, 风机能耗的增加使气室压力加大, 从而降低输送带的运行阻力, 降低了驱动电机的能耗, 因此, 两者是相互矛盾的。通过对不同气孔排列方式进行能耗对比分析, 从而得到最优参数。
结合实验数据计算不同气孔排列方式下悬浮式物料输送系统的总能耗。图7为孔径为3mm、孔距为25mm气孔排列方式的系统总能耗-风机能耗曲线图。从图7可以看出, 随着风机能耗的增加, 系统总能耗增加。
图8为牵引功率占系统能耗的比例图, 从图8可以看出, 随着系统总能耗的增加, 牵引能耗占总能耗的比例降低, 且始终低于20%, 因此在系统总能耗中, 风机能耗为主导, 系统总能耗随风机能耗的增加而增加。
风机对系统的有功功率为气室压力与供气流量的乘积, 且系统的运行状态只与气室压力和供气流量有关, 但不同工况下系统的运行效率不同, 使得风机能耗和牵引能耗直接相加所得的悬浮式物料输送系统总能耗的优化模型在进行设计参数优化时是失真的, 不能反映悬浮式物料输送系统较托辊输送机的优越性。
2.2 综合能耗优化模型
2.2.1 能耗的单位化表征
不同应用场合的悬浮式物料输送系统长度不同, 需要一个能耗分析的标准。由连续性方程可得气孔出流速度:
式中, QV为供气流量;S为气流出口总面积;t为气孔间距;d为气孔直径;L为输送带长度。
当气室压力、外部载荷和气孔排列方式相同时, 气孔处流速也相同。由式 (6) 可得, 流速一定时, 供气流量与输送带长度成正比。
为了验证上述结论, 完成了载荷分布和气孔排列方式相同的条件下, 只改变输送带长度的实验, 输送带长度为2m和4m, 采集系统运行中的供气流量和气室压力。设2m输送机的气室压力、流量分别为p1和q1, 4m输送机的气室压力、流量分别为p2和q2。将2m输送带的气室压力保持不变, 供气流量变为2倍, 与4m长度的输送带进行对比分析, 如图9所示。
从图9可以看出, 两条曲线趋势完全一致, 因此当气室压力和外部负载一定时, 供气流量与输送带长度成正比。由风机运行理论可知, 悬浮式物料输送系统的有功功率为气室压力和供气流量的乘积, 因此, 要达到摩擦因数相同的要求, 风机的有功功率与输送带长度成正比, 且牵引力与输送带长度成正比, 则单位长度上的系统能耗可有效表征整个输送系统的能耗。
2.2.2 综合能耗分析
系统的运行状态只与气室压力和供气流量有关 (由风机的有功功率决定) , 因此用风机的有功功率表征风机的综合能耗能避免了风机效率不同的影响, 则悬浮式物料输送系统的总能耗为
式中, p为气室压力;q为单位长度系统的供气流量。
悬浮式物料输送系统较托辊输送机的节能率为
降阻率为
其中, f1、f2分别为托辊输送机和悬浮机的运行阻力系数。托辊输送机按标准设计, 制造、调整好, 运行阻力系数f1=0.022。通过实验得到了输送带的运行阻力, 进一步可得
式中, m1、m2分别为单位长度输送带和物料的质量。
系统较托辊输送机的性能优越性可表述为
为了使式 (11) 最大, 则寻优目标函数:
图10所示为孔径为3mm、孔距为25mm时寻优目标与单位长度系统综合能耗关系曲线, 从图中可以看出, 随着综合能耗的增加, 寻优目标值先减小后增大, 有一个极小值, 其他气孔排列方式的寻优目标值均为此规律。
对实验数据进行拟合处理即可得到不同气孔排列方式下寻优目标的最小值, 如表2所示。从表2可知, 孔径为5mm、孔距为75mm的气孔排列方式下寻优目标的最小值最小, 即为最优值, 此时系统单位长度的能耗P2=87W。对实验数据进行插值求解可得此时单位长度风机的有功功率为57.35W, 运行阻力为7.8N。
2.3 最优工作点研究
通过基于综合能耗的气孔排列优化实验研究得到了最优气孔排列方式为:孔径5mm, 孔距75mm。单位长度系统的最佳运行状态为:运行阻力7.8N, 风机有功功率为57.35W。有功功率为供气流量和气室压力的乘积, 在风机选型中, 气室压力和供气流量是最重要的两个参数。图11为单位长度输送系统的气室压力和供气流量二次拟合曲线与实验曲线的对比图, 曲线上的气室压力的最大相对误差为1.72%, 满足工程要求。
对气孔排列方式为5-75 (气孔直径为5mm, 间距为75mm, 下同) 的气室压力和单位长度供气流量曲线进行二次拟合, 拟合方程 (流量单位为m3/h, 压力单位为Pa) 为
有功功率为57.35W, 即
联立式 (13) 、式 (14) 求解可得p=6259Pa, q=32.98m3/h, 它们即为单位长度系统基于综合能耗的最优工作点。
2.4 风机选型
悬浮式物料输送系统的能耗主要包括风机能耗和牵引电机能耗。从图8可以看出, 牵引电机的能耗占总能耗的比例较小, 风机能耗为主要能耗, 因此风机的选型对系统的节能性至关重要。
通过最优工作点的计算得到了单位长度悬浮式物料输送系统综合能耗最优的工作点, 即气室压力p和供气流量q。气室压力和外部载荷一定时, 供气流量与输送带长度成正比, 设长度为m的悬浮式物料输送系统, 其最优工作点为保持气室压力p不变, 供气流量为单位长度供气流量q与系统长度的乘积, 考虑一定的安全系数k, 则其工作点为 (kp, mq) 。
图12所示为风机效率与供气流量关系, 点M为风机效率最高点, 风机选型中应使系统的工作点位于M附近, 使风机高效率运行。
3 结论
(1) 综合能耗模型可以很好地表征悬浮式物料输送系统较托辊输送机的节能特性。
(2) 基于综合能耗的最佳气孔排列方式为孔径5mm、孔距75mm。满载时最佳运行状态为单位长度风机的能耗为57.35W, 运行阻力为7.8N。
能耗优化控制系统 篇7
1 机器学习与嵌入式数据采集系统结构总述
1.1 机器学习
机器学习算法作为一种新型的人工智能技术,可以对海量数据进行分析、存储,并可对复杂问题做出智能决策以供技术人员参考[1,2]。机器学习算法可以模拟人类思考、学习及创造的过程,因此可以从数据库中计算出未知的、潜在的概率模型。
1.2 系统总体结构概述
ARM+数据采集器系统作为当今较为流行的嵌入式数据采集系统,既克服了开发复杂硬件结构带来的庞大工作,又弥补了单片机结构产生的诸多缺陷,因此是较为合理的一种架构方案[3,4]。
1.3 硬件设计与选型
嵌入式处理器作为嵌入式数据采集系统中的控制核心,是各系统运行的中枢大脑。本次嵌入式数据采集系统设计采用的是高速数据采集器。
1.4 软件系统设计
嵌入式操作系统EOS作为较为流行的操作系统,具有实时性强、可装卸、可开放、网络功能强大、代码固定、交互性强等多项优点。结合实际需求,最终选择了Windows CE操作系统平台作为设计基础。
2 操作系统搭建和移植
2.1 板级支持包的研究与移植
(1)板级支持包BSP的研究与应用
Windows CE的板级支持包由四个部分组成,其中最为重要的两个部分是设备驱动和OEM适配层,见图1。
(2)串口驱动程序扩展
在本次设计中,采用了分层架构的方法实现串口驱动,驱动模型见图2。
(3)系统启动性能优化
考虑到开发成本不足、硬件配置较低等难题,在设计时采用了价格低廉的NAND FLASH,并重新修改优化了NBOOT的分支跳转代码。优化后的启动流程见图3。
2.2 新增硬件驱动与系统特性
(1)电源管理与实时时钟驱动
基于机器学习的嵌入式数据采集系统对能耗有较高的节能要求,为此在设计时需对两部分特性进行优化:一是系统在关机状态时需做到彻底断电;二是系统在非工作状态时需保持耗能较低的状态[5],优化流程见图4。
(2)面板功能键驱动
新设计的嵌入式数据采集系统为方便用户使用,特别增加了方向导航键、翻页键、帮助键等快捷键来提高系统的可用性。
(3)节能方案设计及Hive技术应用
新型的Hive注册表技术可以在对系统冷启动的同时,还可以保存用户的相关配置信息。其具体的工作原理如图5所示。
2.3 操作系统定制和搭建
本次设计采用Platform Bulider构建嵌入式数据采集系统平台。其中Windows CE在Platform Bulider的定制流程见图6。
3 数据采集模块设计
3.1 硬件工作原理介绍
基于机器学习的嵌入式数据采集系统其核心部件是数据采集模块。在设计该系统时,采用数模转换芯片将数据直接读入到FIFO。当驱动接收到FIFO发出的中断信号后,系统将自动清除数据[6]。其中该系统的硬件工作流程见图7。
3.2 振动与加速度测量驱动设计
数据采集系统的核心是加速度测量数据采集驱动和ADD驱动。
为保证数据采集过程中的稳定性和准确性,基于机器学习的嵌入式数据采集系统需及时准确地对硬件提出的所有中断请求进行响应,并发出相应控制信号[7]。为此,专门设置了基于电平触发的中断响应机制,见图8。
3.3 I2C总线驱动设计
I2C总线驱动设计的关键在于要保持硬件应答和软件设置的握手机制一致。为此驱动设计时通过采取超时处理、加入互斥锁、信号量队列等机构处理信息采集过程中出现的各种异常现象。设计流程如图9所示。
4 应用层软件结构设计
4.1 数据显示与分析模块
当系统通过应用程序提取出相应数据时,会通过算法库对提取数据进行包络分析、频谱分析、波形分析等。设计人员只需要了解算法库的接口函数即可,其内部程序可通过专业技术人员编写。
为方便用户读取数据,在系统设计时将图形界面进行了接口函数化处理。
4.2 数据存储与通信模块
在本次设计的嵌入式数据采集系统中,采用SQLite数据库作为本系统的存储模块,它的资源占用空间很小,较为适合嵌入式系统。
对于通信模块,本次设计采用Windows CE中自带的微软Active Sync组件进行通信。
5 整体性能调试与优化
为了优化硬件资源,选择采用中断方式优化中断服务线程。测试新系统发现,数据采集效率得到了明显提高。
软件资源控制和调优主要是指解决程序冲突和性能调优。为保证驱动程序的正常运行,建议多采用与或非运算,而尽量避免直接对寄存器进行赋值。此外,在软件操作时需使用正确的编程语言,特别要注意寄存器读写缓存、物理地址空间映射、字节对齐等细小问题,否则会出现程序错误、数据采集中断等结果。
6 结论
本文通过分析嵌入式数据采集系统结构,阐明了系统硬件和软件的设计与选型。通过系统搭建和移植设计、数据采集模块设计、应用层软件结构设计、系统整体性能调试与优化四个方面,深入开展了基于机器学习的嵌入式数据采集系统能耗优化方法研究工作。同时提出了符合实际的系统构架设计方案,以及数据采集模块的驱动程序设计方案,并对整个系统的软件和硬件资源进行了控制与调优分析。
摘要：为方便对复杂设备故障进行快速、准确的检测,以机器学习语言为基础,进行了嵌入式数据采集系统能耗优化方法研究。主要从操作系统搭建和移植设计、数据采集模块设计、应用层软件结构设计、系统整体性能调试与优化四个方面提出了符合实际的系统构架设计方案,并分析了嵌入式操作系统移植和搭建的过程,提出了数据采集模块的驱动程序设计方案,同时优化分析了软件和硬件资源,并在实际的项目检测中得到了良好的试验效果。
关键词：机器学习,嵌入式操作系统,数据采集系统,优化设计
参考文献
[1]彭刚,徐庆江,张崇金,等.基于STM32单片机的RS 485总线分布式数据采集系统设计[J].伺服控制,2011(2):64-67.
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[6]刘淼.嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.
能耗优化控制系统 篇8
基于最佳工艺温度的炼钢—转炉流程能耗综合优化系统的整体结构, 包括质量分析与保证, 能耗综合优化, 过程优化层和难测参数检测四个子系统, 这四个子系统通过信息网络平台进行连接, 各个子系统通过信息平台进行数据交互。
三钢为本信息平台提供各生产环节的生产指示信息、生产实绩信息以及生产状态信息, 而信息平台反馈给三钢流程优化, 温度控制优化, 能耗综合分析及质量分析等方面的信息。
三钢原有网络结构, 包括PLC和MES系统, 使用MES系统对生产进行管理。本项目的系统通过信息网络平台把原有系统和本项目系统组合成为三钢新的生产管理系统如图1, 老系统提供计划指示信息, 生产实绩信息和生产状态信息, 新系统提供流程优化信息, 温度优化信息和能耗综合分析, 两部分主要进行交互的数据信息, 数据交互信息非常庞大。
2、分布式数据库系统
随着计算机网络技术的不断发展和硬件价格的下降, 三钢各部门都拥有1台或者多台计算机, 并且通过计算机网络共享各种数据资源。共享数据资源的方式之一, 是在计算机网络中设置一个集中式数据库, 各个结点可以通过计算机网络访问这个数据库。但是这种方式的缺点在于通信开销大、性能欠佳、可用性不高、可扩充性差、安全性低以及难以管理。一般说来, 每个部门常用的数据有一定的范围。如果按照数据的来源以及需求, 分散建立多个数据库, 合理分布在系统中, 以代替一个集中式数据库, 则大部分数据可以就地存取, 同时又可以共享一些偶尔需要的其他数据库的数据, 这显然要比建立一个集中式数据库合理[1]。
本系统选择分布式数据库系统结构, 在信息平台上建立主数据库, 同时在生产调度优化、温度优化制度、能耗综合分析等子系统上, 分别建立数据库, 共同组成本信息平台。
3、信息平台网络结构体系结构
根据信息平台的特点, 考虑到三钢目前正在使用的MES系统为C/S结构 (客户机/服务器) , 决定继续采用C/S体系结构来开发信息平台。[2]
但是, 为了克服传统二层C/S结构存在的以下局限[3]:
(1) 它是单一服务器且以局域网为中心的, 所以难以扩展至大型企业广域网或internet;
(2) 受限于供应商;
(3) 软、硬件的组合及集成能力有限;
(4) 难以管理大量的客户机。
信息平台决定采用三层C/S的体系结构如图2所示。
三层C/S结构是将应用功能分成表示层、功能层和数据层三部分[4]。其解决方案是:对这三层进行明确分割, 并在逻辑上使其独立。其主要功能如下[5]:
(1) 数据层。数据层就是DBMS, 负责管理对数据库数据的读写。DBMS必须能迅速执行大量数据的更新和检索。现在的主流是关系数据库管理系统 (RDBMS) 。因此, 一般从功能层传送到数据层的要求大都使用SQL语言。系统在数据层采用Oracle。
(2) 表示层。表示层是应用的用户接口部分, 它担负着用户与应用间的对话功能。它用于检查用户从键盘等输入的数据, 显示应用输出的数据。在变更用户接口时, 只需改写显示控制和数据检查程序, 而不影响其他两层。检查的内容也只限于数据的形式和值的范围, 不包括有关业务本身的处理逻辑。图形界面的结构是不固定的, 这便于以后能灵活地进行变更。例如, 在一个窗口中不是放入几个功能, 而是按功能分割窗口, 以便使每个窗口的功能简洁单纯。在这层的程序开发中主要是使用可视化编程工具。
(3) 功能层。功能层相当于应用的本体, 它是将具体的业务处理逻辑地编入程序中。例如, 在制作订购合同的时要计算合同金额, 按照定好的格式配置数据、打印订购合同, 而处理所需的数据则要从表示层或数据层取得。表示层和功能层之间的数据交往要尽可能简洁。一定要避免“进行一次业务处理。
4、结语
本文根据三钢的实际需求, 选择分布式数据库系统和三层C/S结构作为信息平台的方案。数据库语言和网络结构是建立基于最佳工艺温度的能耗优化系统信息平台的前提, 为后续工作的开展打下了良好的基础。
摘要：本文以国家863项目“基于最佳工艺温度的炼钢—连铸能耗优化系统”为背景, 采用先进的计算机技术、网络通信技术及数据库技术, 针对中国钢铁企业现状及福建三钢闽光钢铁股份有限公司炼钢厂一炼钢的实际需求, 分析与比较常见的数据库和系统结构, 确定适合信息平台的最佳数据库结构与网络结构方案, 实现炼钢单元能耗综合自动化系统物流、信息流动态实时同步。
关键词：分布式数据库,ORACLE,网络结构
参考文献
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[3]张晓刚.基于C/S与B/S混合结构的自动测控平台软件结构设计[D], 北京:中国石油大学, 2008.
[4]姚松, 董小国.企业信息系统的三层结构[J].计算机应用, 2000, 2 (10) :23-26.
能耗优化控制系统 篇9
关键词：建筑能耗；能耗模拟； eQUEST节能分析；经济性
前言：空调系统由冷热源、输送系统和末端系统三部分构成，其中冷热源系统是空调系统的核心部分，因为冷热源的选取形式对空调系统的经济性和耗能量起着决定性的作用。本文以南京市某企业作为研究对象，利用eQUEST能耗模拟软件对比模拟分析了企业改造前后的中央空调系统的运行能耗和经济性。
一、建筑概况
（一）建筑基本资料。南京地处我国长江下游地区，属亚热带季风气候区，夏热冬冷，春秋短暂，雨量集中，历年平均气温16℃，四季分明，夏季主导风向为西南风，冬季主导风向为东北风。南京市某企业总共八层，建筑总高度为32.5m，首层高度为
4.5m，其余七层高度皆为4.0m。建筑总面积为36116m？，空调建筑面积为35126m？。
（二）改造前中央空调系统基本信息。（1）空调系统设备装机容量。南京市某企业在改造前所采取的系统为水冷机组加锅炉系统，冬夏双用，冬季供热，夏季供冷，空调末端采用风机盘管加新风的系统形式。系统包含的设备有：6台螺杆式冷水机组，单台功率102.5 KW；2台燃煤热水锅炉，单台功率23.89KW；3台冷却水泵，两用一备，单台功率60 KW；3台冷冻水泵，两用一备，单台功率37 KW；2台冷却塔，单台功率
5 KW；2台采暖热水泵，单台功率45KW；2台锅炉热水泵，单台功率50KW；182台风机盘管FP-238WA—Z，单台功率0.228KW。（2）系统耗煤量。冷水机组加燃煤锅炉供热空调系统耗能量空调系统耗能量分为采暖和制冷两类，其中采暖耗能量为8433897 KWh，折合标煤为1036吨；制冷耗能量为7785136
KWh，折合标煤为957吨，则总耗能量折合标煤为1993吨。
二、改造前空调系统能耗模拟
（一）eQUEST能耗模拟软件简介。eQUEST（The Quick
Energy Simulation Tool）是在DOE-2的基础之上由美国劳伦斯伯克利国家实验室和J.J. Hirsch及其联盟共同开发的一款快速能耗模拟软件。eQUEST为我们进行建筑能耗分析提供了便利平台，通过经济技术分析，预测产生的年度能源消耗和节省费用，并依此选择最优的节能改造方案，在建筑节能和能耗预测方面起到建设性指导作用。
（二）能耗模拟分析。（1）模拟参数设置。1）建筑信息。南京市某企业首层为中央空调机房，二～八层为商铺。首层层高4.5m，即14.8ft（14.8英尺）， 二～八层层高皆为4.0 m ，即13.1
ft（13.1英尺），企业总高度约为32.5m，即106.4ft（106.4英尺），总建筑面积约为36116m2，即388247 ft2（388247平方英尺），其中空调建筑面积为35026 m2，即376529.5 ft2（376529.5平方英尺）。2）气象参数的设置。可以从EnergyPlus官方网站下载南京市的气象参数，并储存起来以便eQUEST软件调用。3）用电价格。南京市电价实行了分时计费的政策，采用分时定价方式对能源价格分析进行自定义设置，峰段（On Peak）时间为19：00-21：00，价格为1.4元/kWh；平段（Off-Peak）时间为5：00-19：00和21：00-23：00，价格为1.1元/kWh；谷段（SuperOff-Peak）时间为23：00-5：00，价格为0.8元/kWh。4）维护结构类型。企业建筑护结构的类型实行自定义，设置如下，屋顶：（a）防水层；（b）找平层（水泥砂浆）；（c）保温层；（d）隔气层；（e）承重eQUEST在企业中央空调系统能耗
与经济性分析中的应用
参考文献：
[1] 莫忠能.信源大厦中央空调系统能耗分析及水系统节能研究[D].华南理工大学，2010.
延迟焦化装置能耗分析及优化 篇10
关键词：能耗分析,工艺优化,加工损失
随着高硫、高残炭、高金属和高酸值原油加工比例的增加, 特别是随着重质和非常规石油资源的开采技术的日益成熟, 焦化工艺越来越受到炼厂的重视, 成为第一位的重油转化技术。从本质上而言焦化是热脱炭工艺, 焦化反应中的热裂化反应是强吸热过程, 需要消耗较多热量。因此, 在焦化工艺日益受到各炼厂重视、延迟焦化装置数量得到快速发展、节能降耗日益成为全社会共同关注的今天, 探讨如何降低延迟焦化装置能耗具有重大意义。
1 装置能耗偏高的原因分析
中石化股份天津分公司炼油部1#延迟焦化装置原设计处理量为100万吨/年, 在2005年5月大修时经过改造后使加工能力达到120万吨/年, 采用两炉四塔, 无堵焦阀预热工艺流程。经过2008年大检修后共分两大部分:第一部分包括加热炉、焦炭塔、分馏、密闭放空、冷切焦水处理、水力除焦和焦炭装卸等;第二部分包括气压缩、汽柴油两级吸收、解析、稳定等。2010年针对加工高硫原油装置再次进行了改造, 更换了焦炭塔等关键设备。装置设计循环比0.2-0.4, 设计能耗30.05KgEo/t。2010年1#焦化装置累计能耗25.58 KgEo/t, 超出炼油部下达指标, 这不仅在中石化同类装置排名中处于下游水平, 而且与节能降耗、降本增效的大方向不符。经分析, 影响装置能耗偏高的主要原因有:
(1) 3.5MPa蒸汽消耗较高, 自产蒸汽较少。
1#焦化装置3.5MPa蒸汽耗汽点:
伴热 (32条, 1吨/小时, 仪表伴热未计) ;
汽轮机 23吨/时 ;
除氧蒸汽 2吨/时;
焦炭塔小吹汽 (0.8吨/时, 1小时) 、大吹汽 (9吨/时, 2小时;回炼污泥5吨/时、1小时) 、焦炭塔新塔准备过程中的赶空气试压 (5吨/时, 30分钟) 、特阀汽封用汽1.5吨/时, 仪表伴热用汽。
蒸汽发生器 4吨/时。
(2) 加热炉热效率偏低。
装置开工后, 受空气预热器换热效果差等因素影响加热炉排烟温度过高, 加热炉热效率较低, 燃料气消耗较大。
(3) 装置电耗过大。
装置对高压水泵、空冷等大耗电设备管理精细化不足, 有较大降低单耗的空间。
2 优化及调整措施
2.1 工艺优化
2.1.1 加强加热炉管理, 降低瓦斯消耗
加热炉瓦斯消耗占装置总能耗的55%以上, 如何降低瓦斯消耗成为降低装置能耗的关键之一, 操作上采取了如下措施:
(1) 调整和优化火嘴燃烧情况。
精细调节, 调整好瓦斯和供风量, 严格控制炉膛氧含量在2%-4%, 控制合理的过剩空气系数, 既保证了加热炉安全运行的需要, 又降低了燃料气消耗;优化火嘴燃烧情况, 及时清洗堵塞和燃烧工况不好的火嘴, 做到“齐火焰、短火苗”。
(2) 提高加热炉进料温度、降低燃料气消耗。
缩短生焦周期后, 加热炉进料总流量一般保持在120t/h以上, 若进料温度提高1℃, 加热炉就可少提供约380 MJ/h的能量, 燃料气消耗降低7Nm3/h以上。对此, 操作上进行如下调整:
①联系常减压装置, 稳定减压渣油直供量, 并在确保管线安全运行的前提下提高直供温度;
②优化原料换热流程, 提高渣油入分馏塔温度;
③在焦炭塔切换四通前后。对分馏塔侧线取热进行调整, 降低四通切换对分馏塔的影响, 稳定塔底温度。
(3) 控制合适的注汽量。
在确保加热炉长周期安全运行的前提下, 控制合适的注汽总量, 合理分配各点注汽量, 降低加热炉负荷。
(4) 对加热炉进行烧焦, 提高炉管传热效率。
2010年, 利用更换焦炭塔、装置停工改造的机会, 组织对加热炉进行了烧焦。烧焦后, 在相同的处理量和操作条件下, 炉膛温度下降约80℃, 炉管表面温度下降约60℃, 炉管传热阻力降低, 热效率提高, 瓦斯消耗降低。经过努力, 加热炉瓦斯消耗出现较大下降。
2.1.2 优化换热流程、提高高温位余热利用水平
(1) 多措并举, 降低装置蒸汽消耗量。
① 降低伴热用汽量。
A、将可采用水伴热的工艺管线由汽伴热改为水伴热, 目前已改造水伴热86条。
B、将放空塔顶空冷器加热层由汽伴热改为水伴热, 既减少了加热层水击情况的发生, 又降低了蒸汽耗量。
C、根据凝结水回水温度调整蒸汽伴热手阀开度 (所有汽伴热手阀开度保持过量) 。
②结合回炼污泥操作, 减少大吹汽用量。
结合生产实际摸索污泥回炼配汽量由原来的5t/h降低至目前的3t/h, 车间将进一步优化回炼污泥操作, 力争将蒸汽单耗降至更低。
③降低特阀汽封用汽。
1#焦化共有特阀12台, 其中焦炭塔7米平台各注入量有瞬时流量表。通过调节各注入点阀门开度, 蒸汽耗量由1.6t/h降低到目前的0.55t/h。
④关闭气压机反飞动控制阀, 降低汽轮机用汽。
气压机在正常状况下蒸汽耗量在23～24t/h, 而焦炭塔预热和切换两个操作的前后两个小时蒸汽耗量基本在21t/h左右。制定气压机日常调节操作指导书:根据装置焦炭塔各项操作, 及时调整气压机反飞动控制阀开度;同时在反飞动控制阀开度是0%的前提下才允许降低汽轮机转速, 确保中压蒸汽耗量达到最低。
⑤优化装置内热量, 停用稳定塔底蒸汽热源, 降低消耗。按照设计给出的数据, 该重沸器蒸汽耗量在5t/h。
⑥优化柴油余热, 提高软化水进入除氧器的温度, 降低除氧蒸汽因加热软化水造成的损耗 (平均每月可降低能耗0.2kgEo/t) 。
(2) 合理转移高温位热量, 多产蒸汽。
在保证装置产品质量合格的前提下, 降低稳定塔、解吸塔低温:稳定塔低温已经由原来的195℃降低到目前的188℃, 解析塔底温也由166℃降低到目前的162℃。通过降低上述两项温度来提高原料的换热终温, 同时可以提高蒸汽发生器的入口温度, 促进产汽 (通过该项操作可降低能耗0.5kgEo/t) 。
2.1.3 降低电单耗:抓大不放小
(1) 对高压水泵进行精细化管理。
1#焦化装置所用高压水泵功率1600kw/h, 也就是说高压水泵每运行1分钟相当于1台普通空冷1小时的电耗, 因此, 对高压水泵的用电管理尤为重要。车间严格控制高压水泵开停时间, 规定5分钟内完成开停泵;并加强除焦操作管理, 减少故障率。
(2) 普通机泵运行节电措施。
①加强间歇性试用机泵的管理, 按时开停泵 (冷焦给水泵、甩油泵、冷焦水提升泵、冷焦倒水泵) ;
②采取叶轮切削或变频技术降低电单耗 (目前车间共上报需要做叶轮切削机泵4台, 正在等待答复) ;
③停用稳定塔进料泵。
(3) 空冷风机运行节电措施。
①加强间歇性试用空冷的管理, 按时开停。 (放空塔顶空冷器、分馏塔顶空冷器) ;
②对间歇性试用空冷建议采取变频技术降低电单耗;
③根据季节和温度变化调整空冷运行数量;
④建立定期清理空冷翅片制度, 确保空冷器冷却效果。
2.2 保持装置长周期运行
装置开停工期间加工量为零, 但要消耗蒸汽 (用于吹扫试压等) 和电力 (用于照明、检修等) , 开停工期间退出的污油还会带来损失, 因此长周期运行可降低装置消耗。主要采取的措施:
①保持合适的分馏塔蒸发段温度, 既能满足较低循环比运行的需求, 又要防止蒸发段温度过高而干板;
②在分馏塔底循环泵负荷允许的情况下, 提高循环量, 增加塔底扰动, 防止结焦;
③对分馏塔顶循系统进行在线清洗, 确保顶循系统长周期运行;
④利用好中子料位计, 加强对生焦塔的监控, 同时将原料质量流量计在线密度显示引人DCS, 依据原料在线密度显示和中子料位计指示变化趋势及时调整加工量, 在确保长周期安全运行的前提下充分挖掘装置空余能力;
⑤及时注入消泡剂, 降低泡沫层高度, 减少焦炭塔顶油气中焦粉携带量, 降低对后续系统的影响;
⑥加强设备日常维护, 以小修小停代替大检修。
2.3 降低加工损失
加工损失是资源损耗, 也是能耗, 还是环境污染源, 降低加工损失有较大的经济利益和社会效益。
(1) 1#延迟焦化装置加工损失产生点有。
①产品焦炭扣水不合理;
②含硫污水带油;
③设备检修的物料跑损;
④散落焦炭产生的损失。
(2) 降低加工损失的措施。
①产品焦炭在2010年10月份开始更改扣水, 由原来的汽运10%、火车运输8%, 降低为汽运出厂6%、火车运输7%, 每年可降低加工损失0.5%左右。
②含硫污水中油含量的控制, 采取提高油水界位的措施, 由原来的85%提高至95%, 含硫污水中的油含量由1100mg/l降低至950mg/l左右, 每年可降低加工损失0.001%。
③设备检修物料跑损引起的损失:通过开展TPM, 提前诊断设备故障, 减少设备维检修次数, 减少设备吹扫、放油, 降低加工损失。
④落地焦炭产生的损失:及时对刮落的焦粉、边沟内的焦粉进行回收, 重新堆放在产品焦炭中, 减少损失, 每年可降低加工损失约0.006%。
3 效果检查
1#焦化装置经过一系列的优化操作, 综合能耗由2010年11月的29.17KgEo/t降至2011年6月的23.02KgEo/t, 降低能耗6.15KgEo/t, 节能降耗工作取得明显成果, 产生了可观的经济效益。
2011年上半年装置累计加工原料为495732.277吨, 累计能耗23.37KgEo/t, 以每吨标油价格3000元计算, 与2010年累计能耗25.58KgEo/t相比, 2011年装置上半年节省的能耗产生了328.67万元的经济效益。
4 结语
(1) 加强加热炉管理, 控制合适的炉膛氧含量, 提高加热炉效率, 可降低瓦斯消耗。
(2) 对各种机泵进行分门别类管理, 特别是控制好高压水泵用电操作, 可有效降低电单耗。
(3) 装置长周期满负荷运行, 利于降耗。
(4) 从装置的本身特点出发, 采取一些有针对性的措施, 通过操作优化和小规模的技术改造, 也可降低装置电耗、汽耗和水耗等。
(5) 合理利用焦化装置高温位余热, 优化换热流程, 可为装置的节能降耗增加新的亮点。
参考文献
[1]瞿国华.延迟焦化工艺在重质/劣质原油加工过程中的地位和发展[J].炼油技术与工程, 2010, 40 (6) :1-6.
[2]张力, 张政伟.延迟焦化加热炉炉管结焦原因分析及对策[J].石油炼制与化工, 2010, 41 (1) :21-25.