冷却塔机械化施工技术

冷却塔机械化施工技术（共7篇）

冷却塔机械化施工技术 篇1

在工业发展给人们带来巨大的经济效益和社会进步的同时, 对环境所产生的影响也越来越显现。随着国家对社会发展与环境污染的重视, 国家对节能、减排要求和标准日益提高, 企业对节能的需求也越来越重视和迫切。循环水系统作为工业企业中的一个重要组成部份, 在为生产工艺设备降温保驾护航的同时也消耗了大量的能源。而冷却塔就是循环水系统中的主要耗能设备之一。

1 循环水系统介绍

工业生产过程中, 往往会产生在量热量, 使生产设备或产品 (汽体或液体) 温度升高, 必须及时冷却, 以免影响生产的正常进行和产品质量。水是吸收和传递热量的良好介质, 常用来冷却生产设备和产品。为了重复利用吸热后的水以节约水资源, 常采用循环冷却水系统, 如图1所示。

冷水池中的水通过水泵送至生产换热设备, 水温升高后利用余压流入冷却塔, 在冷却塔内利用风机所产生的空气与水对流接触后, 使水温下降。

2 机械通风冷却塔的节能方法及特点

机械通风冷却塔是以电机驱动轴流风机叶片转动, 并使空气从进风口抽入与热水对流换热, 来达到降低水温的效果。具有冷却效果好, 效率高的特点, 但因风机需电机驱动, 消耗大量的电能。为节约风机电耗, 机械通风冷却塔有以下几种方法:

2.1 调速电机

(1) 根据春、夏、秋、冬季节对冷却塔需求风量的不同, 设计高、中、低3档可调速的电机。虽能起到一部份节能效果, 但因3档调速不能充分适应冷却塔在不同季节对风量的要求。

(2) 根据季节和生产负荷的不同, 采用变频调速或永磁调速装置调节电机的转速。该种方法机呼可以实现无极调速, 可达到较好的节能效果。但变频器和永磁调速在运行过程中均有一部份效率损耗。

2.2 水动风机冷却塔

在循环水系统管路设计时, 因多方面因素考滤, 水泵扬程比管路实际所需扬程大, 造成系统存在一定的富余水头。通过利用这部份富余水头来推动水轮机转动, 从而带动风机旋转。这种采用“纯水轮机机驱动”的方法, 省去了电机, 达到节能的目的。

但因每个循环水系统在设计、使用过程中富余水头均不同。富余水头充足的循环水系统一般可通过安装水轮机来代替电机驱动风机, 使回水富余水头实现充分利用, 达到节能的目的;而富余水头不足的循环水系统则因无法达到风机设计转速而白白浪费。

3“水-电混合技术”的介绍

冷却塔的“水-电混合技术”是利用循环水系统中的富余回水能量驱动“高效水轮机”转动并通过“双输动力入齿轮箱”带动冷却塔风扇转动, 从而取代传统冷却塔的电机;在系统富余水头不足或需增加冷却塔风扇转速以提高冷却塔降温效果时, 通过监测控制软件自动启动辅助电机, 与水轮机共同驱动风扇转动, 确保系统换热效果。

辅助电机采用与原冷却塔功率相同的电机, 并配有变频调速装置, 可在水轮机维护时单独驱动冷却塔风机且风机转速可达到原转速。能实现“单独水轮机驱动”、“单独电机驱动”和“水-电混合动力驱动”, 确保系统的换热效果, 给系统的安全运行提供保障。

“纯水轮机驱动”与“水-电混合驱动”的区别:

3.1 系统富余水头

纯水轮机驱动:循环水系统均存在一定的富余水头, 纯水轮机驱动需要充足的富余水头, 在富余水头充足的系统中可达到100%节电, 实现冷却塔无电化运行。但目前许多循环水系统中所存在的富余水头均不足, 如采用纯水轮机驱动替代原电机驱动, 则会造成风机无法达到原转速, 从而影响设备的换热效果, 甚至影响生产。

水-电混合驱动:可对系统中的富余水头进行充分利用, 在富余水头充足时实现100%节电, 在富余水头不足时可水轮机和电机同时驱动, 以达到要求的风机转速及风量。可实现“单独水轮机驱动”、“单独电机驱动”和“水-电混合动力驱动”三种方式运行。

3.2 水轮机及减速器

纯水轮机驱动:纯水轮机驱动一般采用混流式水轮机, 安装于冷却塔风筒内, 位于风叶下方, 减速器立式安装于水轮机上部。在运行过程中因混流式水轮机体积大, 对冷却塔的通风存在影响, 且减速器的下油封极易造成漏油, 造成减速器的损坏, 使冷却塔无法运行, 并对循环水水质造成污染。

水-电混合驱动:水-电混合驱动采用贯流式水轮机或将混流式水轮机立式安装, 水轮机安装于风筒外, 采用双动力输入减速器替代原减速器卧式安装与风叶下方。在运行过程中对冷却塔的风通不存在影响, 且因水轮机和电机的输入端均水平设计在减速器中间, 无漏油隐患。减速器安装有机械机油泵, 对轴承进行润滑和降温, 增加轴承的使用寿命。

4 项目应用

4.1 项目情况

某企业循环水系统有560k W循环水泵3台, 将冷水供往各生产设备进行热交换, 换热后的热水通过3座水处理量为2000m3/h的冷却塔降温冷却, 冷却塔风机配套电机功率为55k W。经过杭州福鼎节能科技服务有限公司现场测试水泵常年2开1备运行, 其中一台装有变频调速装置, 且运行时循环水泵进出口阀门全开, 为保证末端设备的压力要求和换热效果, 系统通过调节冷却塔上塔阀门开度来控制系统压力。通过对测试数据分析, 循环水泵在高效区内运行, 运行方式和控制方法较为合理;但因冷却塔上塔阀门未全开, 导致循环水系统回水存在背压现象, 造成了回水富余水头浪费;且冷却塔风机配套电机为定速电机, 无法在季节变化时对风机转速进行调节, 存在季节性无效能耗浪费现象。

4.2 改造方案

通过对循环水系统富余水头进行计算, 发现该水系统回水富余水头不足, 改造后无法实现3座冷却塔在风机全速运行时100%节电。为确保系统的安全生产, 在不改变系统运行模式和工艺参数、不增加水泵能耗的前提下对系统富余水头进行充分利用, 采用“水-电混合技术”可对全部3座冷却塔进行节能改造。主要改造方法如下:

(1) 因冷却塔无备用, 利用系统年终大修时对冷却塔上水管进行改造, 在原进水管上增设旁通阀门、水轮机进回水阀门及接口。

(2) 拆除原单动力输入减速器, 安装双动力输入减速器、水轮机和辅助电机 (辅助电机采用原电机代替) 。安装水轮机支撑支架, 对接上水管道和回水管道。

(3) 安装变频调速装置和自动控制系统, 通过实测监测供回水温差, 来控制辅助电机的开启和转速。

(4) 在原3台电机的控制柜来安装电度表和计时器, 计量改造前、后的风机电机耗电量。

4.3 改造效果

通“水-电混合技术”对冷却塔进行改造, 改造前、后对比如表1~2。

从表1可看出, 改造前后水泵和冷却塔的运行模式、系统供水总管压力、供水总管压力、运行流量均保持不变, 水泵能耗没有增加, 且在风机全速运行时转速反而比改造前高, 降温效果优于改造前。

从表2可知, 改造后, 在夏季风机全速运行时节电率达70%, 在其它季节辅助电机可视降温效果变频运行或不启动, 最高节电率甚至可达100%。按每年运行8640h计算, 改造后每年其可节约用电90.7万度以上, 解决了因富余水头不足而无法进行水轮机改造的问题, 节电效果和节电收益非常可观。

5 结束语

“水-电混合技术”是一种新型的机械通风冷却塔节能改造技术。改造后系统各供水参数保持不变, 不增加水泵等其余设备的能耗, 解决了众多因富余水头不足而无法改造的问题, 具有安全可靠、修护方便等优点, 目前已在多个企业得到实际应用。该项技术的应用与推广, 为工况企业冷却塔高能耗问题提供了一个新的解决方法。

摘要：冷却塔风机耗电是循环水系统的主要能耗之一。通过对循环水系统设计富余水头进行充分利用, 解决因富余水头不足而导致能耗浪费现象, 对冷却塔风机进行“水-电混合”驱动改造 (即:采用水轮机驱动的同时, 能量不足部份采用辅助电机补足) , 且可实现“单独水轮机驱动”、“单独电机驱动”和“水-电混合动力驱动”三种驱动模式, 给系统的安全运行提供保障。

关键词：循环水,冷却塔,水-电混合驱动,节能

参考文献

[1]严煦世, 范瑾补.给水工程.中国建筑工业出版社, 2007.

[2]朱月海, 朱江.循环冷却水.中国建筑工业出版社, 2008.

[3]来周传, 李沛明, 包可羊.《一种有辅助电机的节能型冷却塔》专利.

冷却塔机械化施工技术 篇2

1 水动风机的工作原理与主要优点

1.1 水动风机的工作原理

水动风机所采用的驱动方式并不是传统的电能, 而是水力。通过节能改造, 修改循环冷却管道的配管, 并增设旁通管道, 使循环冷却回水先通过水轮机后, 再进入冷却塔的配水系统中, 整个过程总, 水轮机的动力源均来自于整个循环冷却水系统的富余能量。同时, 水轮机的输出轴是与风机直接连接而带动其旋转, 从而实现了彻底取消原电动机的节能目的。

1.2 水动风机的优点

(1) 节能性好。从水动风机的工作原理可以看出, 其动力源均来自于循环冷却水系统的富余水压, 在达到了水轮机正常工作标准的同时, 还能确保循环水泵的能耗不发生变化, 从而实现了良好的节能效果。

(2) 冷却效果好。水轮机的转速, 会随着水量的变化而同步变化, 其所带动的风机转速与风量也随之改变, 从而使得冷却塔在整体气水比的稳定度方面, 能始终处于最佳的状态, 实现了良好的冷却效果。

(3) 操作便捷。水动风机可通过调节旁通阀门来控制进入水轮机的水流量, 从而实现转速的调节。在冬季时, 可以打开旁通阀门使水量直接进入布水器中, 此时水轮机即可缓慢运行。当需要完全停运水轮机时, 只需要同时将出水阀门与进入阀门关闭即可, 操作非常简单方便。

(4) 维护费用较低。通过水轮机替代电动机的节能改造以后, 可以取消风机原有的传动轴与减速机, 从而减少了日常的检修与维护工作, 降低了运维成本。

2 工程实例

本热电联厂共设置3座机械通风冷却塔, 配置4台循环水泵, 同时该循环水系统还设置有旁滤、加药和加氯等辅助设施。

2.1 冷却塔配置

本热电联厂冷却塔工艺编号分别为1#、2#和3#。单塔设计处理量为2500m3/h, 总处理量为7500m3/h, 其具体技术参数为:塔体尺寸12m×12m×10m;额定温降为12℃;冷却塔进水管管径为DN800mm。

2.2 风机配置

每座冷却塔各配置1台电动风机, 其中1#冷却塔风机采用变频控制, 2#和3#冷却塔风机采用直接工频控制, 具有停止与全运行两种工作状态。3台风机的具体技术参数为:风机直径8530mm, 电动额定功率为132k W, 电机额定电流为240A, 风机额定转速为136r/min, 风量为200×104m3/h;风机传动方式采用的是减速器+传动轴+电机, 风叶材质为玻璃钢, 共10片。

2.3 循环水泵配置

本工程共设置有4台循环水泵, 其工艺编号分别为3#、4#、5#和7#, 其中3#和5#循环水泵为同一型号的小泵, 4#和7#为同一型号的大泵。在运行过程中, 为一大泵搭配一小泵共同运行, 通常为3#水泵和4#水泵为一组, 而5#水泵则是和7#水泵为一组。各水泵的具体技术参数, 详见表1所示。

2.4 热电联厂原运行工况

在节能改造之前, 热电联厂运行工况为:5#泵和7#泵同时运行, 而3#泵则和4#泵备用, 三座冷却塔全部运行。实际处理循环水量为4800m3/h, 供水总管压力为0.44MPa。其中, 上塔阀门的开度, 1#塔为80%, 2#塔为50%, 3#塔为30%;运行泵出口阀门的开度, 5#泵为25%, 7#泵为50%;运行泵出口压力, 5#泵为0.497MPa, 7#泵为0.49MPa。

3 节能改造的技术可行性分析

3.1 水量可行性分析

目前, 该热电联厂实际循环水的总量为4800m3/h, 其中1#塔为1600m3/h, 2#塔为1700m3/h, 3#塔为1500m3/h。由于这三个大型机械通风冷却塔的设置方式为三间并联, 因此可以通过调整上塔的控制阀门, 使一间冷却塔的水流量能充分满足HLW-2500型号水轮机对水量的需求。

3.2 富余水压可行性分析

(1) 上水管富余水压

在当前运行条件下, 各冷却塔的上塔阀门开度分别为80%、50%和30%, 当将各冷却塔的上塔阀门全部开启以后, 其供水总管的压力会由原先的0.44MPa降低到0.42MPa。而这部分富余水压即为0.02MPa, 可提供给水轮机的使用。

(2) 运行水泵富余水压

由于水泵出口阀开度5#泵为25%, 7#泵为50%, 供水两台泵的供水总量为4800m3/h。根据流量匹配关系可以得出, 当前运行条件下5#泵和7#泵的实际供水量分别为2064m3/h和2736m3/h。

根据公式△P=Q2r/K2, 可计算得出DN600和DN800阀门在不同开度下的闭压压差值。其中K是指阀门的流量系数。详见表2所示。

当将5#泵出口阀门的开度由25%调整到90%时, 可获得富余水压为:0.16-0.00031=0.15969MPa。

当将7#泵出口阀门的开度由50%调整到90%时, 可获得富余水压为:0.0054-0.00022=0.00518MPa。

因此, 在保证水泵电流不增大的情况下, 全开运行水泵出口阀门可获得的富余水压为: (2064×0.15969+2736×0.00518) ÷4800=0.0717MPa。

综合上水管富余水压和运行水泵富余水压的结果, 可以得出热电联厂总共可利用的富余水压为0.02+0.0717=0.917MPa, 可充分满足HLW-2500水轮机运行的需要。

4 节能改造的具体内容

4.1 电机、减速机和传动轴的改造

将原机械通风冷却塔中的电机、减速机和传动轴取消, 在原风机叶片和轮毂下端安装水轮机, 并使原有进水管和水轮机的出水口相连接。

4.2 冷却塔的上水管的改造

经装置水冷器换热后的热水先通过水轮机, 然后再进入到冷却塔的配水系统中。进水主管提高3m后, 达到冷却塔平台位置直接与水轮机的进水口相对接。然后, 在水轮机旁边加装旁通管路, 通过调节旁通管道的流量来实现对水轮机流量的控制, 并控制水轮机的转速。同时, 水轮机出水口分别接在冷却塔内的布水管上, 以实现均匀布水的效果。

4.3 化冰系统的改造

在冷却塔的四周还装设有孔径为6mm, 管径为40mm的多孔化冰管, 并使化冰和冷却塔的布水主管之间相连接。在运行过程中, 可直接应用循环水回水的热量, 并均匀的喷洒在塔体的四周, 以实现塔壁与边缘填料的化冰。融化后的冰水可顺流进入到塔池的内部, 通常情况下, 要求化冰系统的喷淋水量不宜低于冷却塔淋水密度的两倍。

4.4 水轮机相关技术参数

在该热电联厂大型机械通风冷却塔的节能改造中, 所采用的水轮机型号为HLW-2500, 型式为混流式冷却塔专用水轮机, 外形几何尺寸为1846.2m×1518.1m×1601mm, 重量为1500kg, 额定工作效率为90%。节能改造前后的结构示意图, 分别见图1和图2所示。

5 节能改造的效果分析

5.1 节能预测

冷却塔年运行小时数按照5760计算, 则节省电能为:132k W×5760=760320k W/年。

电价费用按照工业电费0.5元/度计算, 则所节省的费用为:0.5×760320=380160元/年。

5.2 投资回报期分析

节能改造工程中, 冷却塔改造费用的单价约为300元/ (m3/h) , 则总共改造费用为:300×2500=750000元。

投资回报期即为:750000÷380160≈1.97年。

即用于该热电联厂大型机械通风冷却塔节能改造的费用, 仅需要1.97年的时间就能全部收回投资。

6 结束语

本文结合某热电联厂实施节能改造的工程实例, 就采用水动风机代替电动风机的技术可行性、具体改造内容以及改造效果进行了分析与探讨。经过一段时间的实际应用证明, 所采用的HLW-2500水轮机, 它具有设计严谨、结构合理、维护方便以及转动平稳等多方面特点, 可有效杜绝漏电、漏油、电机和减速机烧毁或损坏等故障问题, 为冷却塔的安全、连续性工作提供了有力的保障。而且整个节能改造工程投资回报期短, 节能效率高, 值得大力推广与应用。

参考文献

[1]李伟华.冷却塔的节能改造与适用性分析[J].炼油与化工, 2011 (1) :40~42.

[2]任晓杰, 杨建, 等.水轮风机替代电动风机在工业循环冷却水中的应用[J].科技传播, 2010 (16) :33~34.

[3]陈静.分析水动风机替代冷却塔电动风机的节能改造[J].中小企业管理与科技, 2014 (3) :123~125.

高温油泵机械密封冷却系统改进 篇3

初底泵是150AYⅡ150×2B型, 使用波纹管机械密封, 减底泵和常底泵均为100AYⅢ120×2B型, 使用波纹管机械密封。介质温度200～400℃, 操作压力0.75～1.75MPa。每台泵的平均水垢故障率在7～20天。机修车间的工作量增加, 经常拆泵也使油泵组装精度降低, 特别是冷却水水质差, 极易结垢, 易造成机械密封失效。

二、原因分析

1. 从所用冷却水分析

从泵的密封腔中取出结垢样本进行盐酸滴定试验, 发现水垢只有很少一部分被盐酸溶解。因此, 对冷却水取样送中心化验室化验, 化验结果见表1。

从表1的对比中可以发现, 悬浮物含量是控制指标的5倍, COD (Chemical Oxygen Demand化学需氧量又称化学耗氧量) 含量则高达控制指标的20多倍。由此可以断定, COD和悬浮物含量的异常是导致冷却水结垢的主要原因。COD是利用化学氧化剂 (如高锰酸钾) 将排水中可氧化物质 (如有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等) 氧化分解, 然后根据残留氮化剂的量计算出氧的消耗量, 是表示水质污染度的重要指标。COD值越小, 说明水质污染程度越轻。COD含量超标, 为各种细菌的滋生提供了温床, 从而产生生物粘泥, 随着生物粘泥的增多, 最后导致冷却水管线堵塞。生物粘泥在高温下硬结, 即使使用盐酸也很难溶解。

2. 从机械密封结构分析

波纹管机械密封的结构安装情况, 见图1。由图1可知, 冷却水进入冷却腔后, 会分别流入5处。其中动环与轴套处为1, 轴套外圆与水套内圆间隙处为2, 水套外圆与静环波纹管内圆间隙处为3。流入到1处的冷却水不能流动, 称为“死水”, 冷却效果不佳。一般水垢的生成温度在80℃左右, 但1、2、3处的温度比较高, 钙镁盐类的结晶首先在这3处析出, 生成水垢。无论是疏松的碳酸盐水垢, 还是坚硬的硫酸盐、硅酸盐水垢, 生成速度很快, 特别是温度最高的动环1处。由于1、2、3处水垢的生成, 降低了轴套及动静环密封面的表面光洁度。首先造成密封面磨损, 使机械密封出现轻微渗漏。水垢进一步增加, 会减小3处间隙, 使冷却水冷却效果进一步下降。当水垢在静环波纹管内圆和水套处堆积并堵死静环环座与水套的径向间隙时, 就会引发机械密封故障。

三、对策

1. 增大冷却水的过水间隙

修改轴套和水套及压盖上的进出、水眼的尺寸, 增大冷却水的过水间隙。具体做法是将压盖的进水孔由原来的5mm改为7mm, 将出水孔由原来的5mm改为8mm。重新定做水套, 将水套外圆尺寸减小1.5mm, 从而加大机械密封波纹管和水套的间隙, 同时将轴套的外圆车掉1.5mm, 保证回流水能顺利回流。

2. 改软塑料冷却水管为金属软管连接

采用金属软管连接, 可避免软管被烫坏而导致的机械密封故障。

3. 定期进行放空

冷却水管线安装低位放空装置, 定期放空, 将水管线中的沉积物排除。特别是在生产装置开停工期间, 做好放空工作将极大减少开工期间的通冷却水的次数。

四、效果

高温重油泵机械密封冷却系统改造 篇4

一、机泵工况

大港石化公司催化裂化装置油浆泵型号为200ZPY315, 流量为350m3/h, 扬程110m, 转速2 980/min, 轴功率132kW, 为波纹管密封。输送介质为催化油浆, 介质温度为370℃, 泵入口压力为0.4MPa, 泵出口压力为1.25MPa。

2009年, 该泵机械密封发生泄漏事故5次, 对该机泵机械密封系统拆检和更换时均发现: (1) 机械密封端面的内侧形成一层较厚的水垢, 波纹管夹缝处水垢更多, 导致波纹管弹性减弱、伸缩不自由; (2) 机械密封端面的外侧形成一层较厚的原油结焦物, 动环端面有微小凹坑, 密封端面出现龟裂现象但无划痕, 辅助密封垫圈无异常。

二、机械密封失效原因分析

机泵机械密封使用的冷却水为循环水, 冷却水在循环使用过程中逐渐沉积大量的无机盐及微生物, 其中含有大量的难溶或微溶的盐类, 如碳酸盐、硫酸钙、硅盐以及氧化铁等。冷却水冷却机械密封时, 在高温作用下水被不断浓缩, 温度和碱度也不断升高, 从而使这些盐类溶解度下降而在水中呈饱和状态、结晶析出, 在机械密封端面及波纹管波谷等间隙处逐渐形成水垢, 造成静环的密封面磨损、波纹管弹性降低或失去弹性, 机械密封端面的封闭状态破坏, 最终导致机械密封失效, 发生泄漏。

还有一种物理现象, 即当机械密封两侧结垢后, 严重影响机械密封端面的散热, 也会使密封端面的温度越来越高, 当超过机械密封使用温度时将造成密封端面龟裂。当端面液膜的饱和蒸汽压大于端面比压时, 液膜气化顶开密封端面造成机械密封失效泄漏, 其冲击力非常大, 会在密封端面的软质面上形成凹坑。

三、改造方案

由于结垢主要原因为循环水水质差、无机盐、微生物等杂质夹带, 更换冷却介质、使用蒸汽冷却系统替代循环水冷却系统, 可以有效解决机械密封体结垢的问题。

蒸汽冷却系统的优点如下。

(1) 不结垢。低压蒸汽水质好, 盐分等杂质夹带微量, 不存在结垢现象。

(2) 冷却效果好。蒸汽流速比循环水快、压力高, 可以减少在机械密封体内停留时间, 快速冲刷密封腔, 及时清理泄漏异物, 保持密封腔清洁, 避免结焦、结垢。同时蒸汽温度高于循环水温度, 与高温重油温差小, 可减少波纹管等密封元件因温差大而产生的变形失效, 减轻密封端面结焦现象。

(3) 相比循环水使用量, 蒸汽使用量小, 经济效益高。

(4) 现场整洁。蒸汽清洁且用量小, 符合清洁生产的要求。

机械密封结构如图1所示。

油浆温度为370℃, 而1.0MPa饱和冷却蒸汽温度为180℃, 冷却蒸汽压力和温度分别为0.2MPa和120℃, 满足机械密封冷却需要。

总管采用1.0MPa的饱和蒸汽, 经孔板节流后, 低压蒸汽由进汽口处注入波纹管内壁与冷却蒸夹套组成的空腔内, 经过铀套与冷却蒸汽夹套组成的空腔, 由出汽口排出。蒸汽流量的大小以出口冷凝后蒸汽略带水为标准控制。

四、改造效果

在2010年7月改造期间将回炼油泵机械密封冷却系统陆续改造为蒸汽冷却系统。改造至今, 9台泵均未发生因结垢导致的机械密封泄漏故障。同时, 因取消循环水系统, 冷却水及污油飞溅现象消失, 现场整洁, 卫生情况明显好转。

五、结论

蒸汽冷却在高温重油泵机械密封系统上的使用, 满足了生产的需要, 同时明显降低了机泵故障率和维修成本, 减少了循环水消耗, 实现了机泵的清洁、长周期运行, 提高了经济效益。

摘要：炼化装置高温重油泵机械密封泄漏多数是由结垢引起的。将机械密封循环水冷却系统改为蒸汽冷却系统, 冷却效果满足生产需要, 机械密封泄漏的故障率明显下降。

关键词：高温重油泵,结垢,蒸汽冷却

参考文献

[1]高武民.机械密封的失效原因分析及实际应用[J].石油化工设备技术, 2002 (2) 53~56.

[2]王汝美.使用机械密封技术问答[M].北京:中国石化出版社, 1999.

[3]李继和.机械密封技术[M].北京:化学工业出版社, 1987.

工程机械用柴油机冷却系统的设计 篇5

随着柴油机采用更加紧凑的设计和具有更大的比功率, 柴油机生产的废热密度也随之明显增大。一些关键区域, 如排气门周围, 的散热问题需优先考虑。冷却系统即便出现小的故障也可能在这样的区域造成灾难性的后果。柴油机冷却系统的散热能力一般应满足柴油机满负荷时的散热需求。已为此时柴油机产生的热量最大。然而, 在部分负荷时, 冷却系统会发生功率损失。水泵所提供的冷却液流量超过所需的流量。

我们希望柴油机冷起动时间尽可能短。因为柴油机怠速时排放的污染物较多, 油耗也大。而冷却系统的结构对柴油机的冷起动时间有较大的影响。

现代的柴油机设计充分考虑这些问题, 将柴油机的热量管理系统纳入到整个柴油机控制系统中, 全面考虑柴油机的暖机、冷却效率、废气排放控制、燃油利用、乘客室的取暖和三元催化剂活化时间等。目前的冷却系统属于被动系统, 只能有限地调节柴油机和工程机械的热分布状态。采用先进的冷却系统设计和先进的工作方式可大大改进冷却系统, 使冷却系统高效的运行, 间接地提高燃料经济性和降低排放量。

2 现代柴油机冷却系统的特点

2.1 温度设定点

柴油机性能受到多种因素影响, 不可能改变一项条件就能提高柴油机的整个性能。因此先进的冷却系统要全面考虑各种条件才能改善柴油机的性能。使冷却液温度保持在设定点是冷却系统最常见的工作方式。通常人们会认为冷却液的温度可用金属温度表示。实际上这种关系只在稳态下和特定运转速度和负荷下才能成立。金属和冷却液温度在柴油机不同地方可能相同也可能不同。柴油机整体处于不均匀温度分布状态。

柴油机工作温度的极限值取决于排气门周围区域最高温度。最理想的情况是按金属温度而不是冷却液温度控制冷却系, 这样才能更好地保护柴油机。由于冷却系统设定的冷却温度是以满负荷时最大散热率为基础, 因此柴油机和冷却系统在部分负荷时处于不太理想状态, 如市区行驶和低速行驶时, 会产生高油耗和排放。

通过改变冷却液温度设定点可改善柴油机和冷却系统在部分负荷时的性能。根据排气门周围区域温度极限值, 可升高或降低冷却液或金属温度设定点。升高或降低温度点都各有特点, 这取决于希望达到的目的。

2.2 提高温度设定点

提高工作温度设定点是一种比较受欢迎的方法。提高温度有许多优点, 它直接影响柴油机损耗和冷却系统的效果、以及柴油机排放物的形成。提高工作温度将提高柴油机机油温度, 降低柴油机摩擦磨损, 降低柴油机燃油消耗。

研究表明柴油机工作温度对摩擦损失由很大影响。将冷却液排出温度提高到150℃, 使气缸温度升高到195℃, 油耗则下降4~6%。将冷却液温度保持在90~115℃范围内, 使柴油机机油的最高温度为140℃, 则油耗在部分负荷时下降10%。

提高工作温度也明显影响冷却系统的效能。提高冷却液或金属温度会改善柴油机和散热气热传递的效果, 降低冷却液的流速, 减小水泵的额定功率。从而降低柴油机的功率消耗。此外, 可采用不同的传热方式, 进一步减小冷却液的流速。

2.3 降低温度设定点

降低冷却系统的工作温度可提高柴油机充气效率, 降低进气温度。这对燃烧过程、燃油效率及排放有利。降低温度设定点可以节省柴油机运行成本, 提高部件使用寿命。

研究表明, 若气缸盖温度降低到50℃, 点火提前角可提前3o而不发生爆震。充气效率提高将2%, 柴油机工作特性改善。有助于优化压缩比和参数选择, 取得更好的燃油效率和排放性能[9]。

2.4 精确冷却系统

精确冷却系统主要体现在冷却水套的结构设计与冷却液流速的设计。在精确冷却系统中, 热关键区, 如排气门周围, 冷却液有较大的流速, 热传递效率高, 冷却液的温度梯度变化小。这样的效果来自缩小这些地方冷却液通道的横截面, 提高流速, 减少流量。

精确冷却系统的设计关键在于确定冷却水套的尺寸, 选择匹配的冷却水泵, 保证系统的散热能力能够满足低速大负荷时关键区域工作温度的需求。

柴油机冷却液流速的变化范围相当大, 从怠速时1ms-1到最大功率时5ms-1。因此应将冷水套和冷却系统整体考虑, 相互补充, 发挥最大潜力。

研究表明, 采用精确冷却系统, 可在柴油机整个工作转速范围, 冷却液流量下降40%。对气缸盖上冷却水套的精确设计, 可使普通冷却道的流速从1.4m s-1提高到4m s-1, 大大提高气缸盖传热性, 将气缸盖的金属温度降低到60℃。

2.5 分流式冷却系统

分流式冷却系统为另外一种冷却系统。在这种冷却系统中, 气缸盖和气缸体由各自的液流回路冷却, 气缸盖和气缸体具有不同的温度。分流式的冷却系统具备特有的优势, 可使柴油机各部分在最优的温度设定点工作。冷却系统的整体效率达到最大。每个冷却回路将在不同冷却温度设定点或流速下工作, 创造理想的柴油机温度分布。

理想的柴油机热工作状态是气缸盖温度较低而气缸体温度相对较高。气缸盖温度较低可提高充气效率, 增大进气量。温度低且进气量大可促进完全燃烧, 降低CO、HC和NOx的形成, 也提高输出功率。较高气缸体温度会减小摩擦损失, 直接改善燃油效率, 间接的降低缸内峰值压力和温度。分流式冷却系统可使缸盖和缸体温度可相差100℃。气缸温度可高达150℃, 而缸盖温度可降低50℃, 减少缸体摩擦损失, 降低油耗。较高的缸体温度使油耗降低4~6%, 在部分负荷时HC降低20~35%。节气门全开时, 缸盖和缸体温度设定值可调到50℃和90℃, 从整体上改善燃油消耗、功率输出和排放。

3 结论

前面介绍的几种先进冷却系统的特性具有改善冷却系统性能潜力, 能够提高燃油经济性和排放性能。冷却系统的能控性是改善冷却系统的关键, 能控性表示对柴油机结构保护的关键参数, 如金属温度, 冷却液温度和机油温度等能够控制, 确保柴油机在安全限度范围工作。冷却系统能够对不同工况作出快速反应, 最大地节省燃料、降低排放, 而不影响柴油机整体性能。

从设计和使用性能角度看, 分流式冷却与精密冷却相结合具有很好发展前景, 既能提供理想的柴油机保护, 又能提高燃油经济性和排放性。这种结构有利于形成柴油机理想的温度分布。直接向气缸盖排气门周围供给冷却液, 减少了气缸盖温度变化, 使缸盖温度分布更加均匀, 也能将机油和缸体温度保持在设计的工作范围, 具有较低的摩擦损失和污染排放量。

本文介绍分析最新的冷却系统的设计和工作特性, 冷却系统改进的目标是提高柴油机的保护能力, 燃油效率和低排放性。分析表明先进冷却系统具备的特性具有明显提高现代柴油机性能的潜力, 分流式冷却、精密精确式冷却和可控式元件相结合, 能使气缸盖温度较低, 缸体温度较高, 满足柴油机对未来冷却系统的要求。

参考文献

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[4]肖成永, 李健, 张建武.柴油机冷却系统的建模与仿真[J].计算机仿真, 2003, 20 (9) .

[5]朱建军, 郑国璋.465Q汽油机冷却系统的改进[J].内燃机工程, 2003, 24 (3) .

冷却塔机械化施工技术 篇6

蒸发冷却与机械制冷复合空调机组指的是,通过有效利用自然环境中的空气的干球温度与湿球温度的差值,将水当做主要制冷剂的复合空调机组系统,本文通过对其过渡季节的相关运行参数进行测试,并根据测试得出的结果分析了中等湿度地区在过渡性季节运行间接-直接两级蒸发冷却空调机组时,间接、直接和间接-直接蒸发冷却器的冷却效率、制冷量,以及风管温升对系统冷承载量相关的研究。

1 复合空调机组概述

1.1 机组结构概述

复合空调机组利用技术手段将热管间接蒸发冷却和管式间接蒸发冷却相结合,是一种直接利用蒸发冷却技术的同时采用蒸发式冷凝器进行机械制冷的系统机组,与传统空调机组不同,这一复合式空调机组具备“无偿供冷”的优势。在结构上,复合空调机组具备新风过滤部分、热管与管式间接部分,并在这一部分后还包括加热部分、风机部分以及表冷部分等。在能源消耗系统的热力学分析当中,通过更全面、更深刻的分析才能有效揭示资源利用与资源损失的本质问题,并探寻产生损失的原因,进而指明降低损失的目标方向和有效方式。为此,本文对蒸发冷却与机械制冷复合空调机组进行了详细的分析,进一步证明了这一机组相比较于常规的空调机组在能源的使用上更加高效、更加合理和节能。

1.2 机组工作原理概述

在季节过渡的大段时间内,需要暂停复合空调机组系统中制冷的主机,此时在机组系统中运行的部分主要包括热管间接蒸发冷却部分、管式间接蒸发冷却部分以及直接蒸发冷却这三部分,并提供“无偿供冷”。在这一过程中,全部采用新风,利用自来水循环的作用进行喷淋,实现间接的蒸发冷却。在夏季,符合空调机组利用率较高的时间段,要将阀门打开,把通过机械制冷制备出的冷水运送到表冷器。在这一过程中,只有热管热回收部分、间接蒸发冷却部分在运行,运用间接蒸发冷却的原理完成对新风的预先冷处理,从而减少复合空调机组运行的巨大压力,降低空调机组运行制冷所需要的能源消耗。

1.3 机组设备主要参数

通常情况下,复合空调机组的设计风量为5000m3/h,设置制冷量为40k W,与此同时截面风速2.5m/s,热管的间接段的外观参数(长×宽×高)为1500mm×1021mm×1350mm,而管式的间接段的外观参数(长×宽×高)为1500mm×1021mm×1650mm,另外表冷段的外观参数(长×宽×高)为500mm×1021mm×1650mm,其额定的制冷量25k W。直接段的外观参数(长×宽×高)为500mm×1021mm×1650mm,使用无机填料的方式运作。

2 机组设备测试方案探析

2.1 研究测试方法研究

在研究过程中应该注重冷管以及热管回收工作中出现的间接蒸发总量,以及在冷却蒸发过程中风干球的温度变化情况、复合空调机组系统内部相对的湿度状况,以及内部温度的变化程度和变化效率。并且还要注意在研究样本两端中的总降温效果、出风口的相对湿度的研究,也不能忽略固定单位时间内的冷水器的总流量,最终根据上述研究数据来计算出复合空调机组的运行效率与能源消耗量。为了有效计算系统运行的相关数据,应该详细设置复合空调机组的比对环境,通过分析不同环境状态下作用不同的内在能源的价值,发现任意两个状态点之间的差值还与环境的选择相关联。在环境状况下的工质被认为是没有任何能够运用的有用能源,然而当大气处于饱和状况下,仍具备蒸发冷却的能力,该能力可以被解释成水含有的有用能。如果挑选环境大气状态为对比状态点,并对表冷器进行评估时,测验发现其效率并不高,并不是由于不可逆的损失引起的,而是排出的冷凝水消耗了巨大的有用能源,这便导致对于设备性能的提高丧失了借鉴作用。

2.2 存在的问题及解决的措施

在本次试验当中主要会遇到三个方面的常见问题,包括在气流组织上的问题以及在风量平衡上的问题,另外还包括了在间接蒸发冷却部分经常出现的漏水问题。在通常情况下,由于风口的风量太小,导致温度较高,超出了复合空调机组的实际负荷。而在室内处于正常压力状态下时,排风机的排风量会相对有所欠缺。针对目前存在的一些常见问题,可以采取如下的措施有效解决,一方面通过检测每一个送风口的风速,找到风速较高的通风口,通过调整每个风口之路上的风速阀门,调节送风量较小的阀门,是气流能够合理流通。另外,由于排风机的频率固定,无法调节风量,所以可以充分发挥回风的作用,利用回风与新风一起,尽量降低排风机的风量。

2.3 研究结果及分析

经研究发现复合空调机组总风量保持5000m3/h固定不变,热接管部分热端的淋水总密度保持不变时,利用变频器进行调节,使两次的总风量与一次的风量之比处于合理范围之内,并利用其计算其中湿球的效率。利用对与热管间接部分以及管式间接部分的研究发现,当复合空调机组各个功能组成部分交叉运作之后,运行总风量处于不变之时,变频空调机组此时会通过管式间接部分进行二次传送,从而改变风量。当室外平均的干球温度为33摄氏度、湿球的温度为26摄氏度时,热管间接部分的出口平均干球温度为29摄氏度,管式间接部分出口平均的干球温度为26摄氏度,直接段出口干球温度达24.5摄氏度左右,低于二次空气入口湿球温度1.5摄氏度。说明自然环境中的空气通过三级蒸发冷却处置后,总的温降程度达到10摄氏度左右,并且不高于二次空气的湿球温度。

3 结语

近些年来,随着科学技术的不断发展,目前我国传统的空调机组已经无法满足社会快速发展的需要,亟需提高空调机组的性能。而蒸发冷却与机械制冷复合空调机组指的是,通过有效利用自然环境中的空气的干球温度与湿球温度的差值,将水当做主要制冷剂的复合空调机组系统。本文通过对复合空调机组的结构及工作原理进行研究,发现复合空调机组在过渡性季节时,采用新风,利用自来水循环的作用进行喷淋,实现间接的蒸发冷却,而在夏季时,运用间接蒸发冷却的原理完成对新风的预先冷处理,从而减少复合空调机组运行的巨大压力,降低空调机组运行制冷所需要的能源消耗。

摘要：随着科学技术的不断发展,越来越多的领域逐渐融入了科技,目前我国传统的空调机组已经无法满足社会快速发展的需要,传统的空调机组的科技含量还有待进行大幅度提高。针对我国目前的传统空调机组使用的状况,本文对蒸发冷却与机械制冷复合空调机组进行了深入的研究,通过对复合式空调机组设备的结构以及设备的主要参数的研究,并结合了相对完备的测试方案,深入挖掘了复合空调机组的性能与潜力,力求可以有效解决当前发展所遭遇的瓶颈问题,最大限度的提高复合式空调机组的使用效率并有效降低能源消耗。

关键词：蒸发冷却,机械制冷,复合空调机组

参考文献

[1]徐方成,黄翔,武俊梅.蒸发冷却与机械制冷相结合的集中式空调系统[J].西安工程科技学院学报2013:21.

[2]王伟,黄翔,孙铁柱,等.中等湿度地区蒸发冷却空调的冷却效率分析和验证[J].暖通空调,2013,43(1):18-21.

双曲线冷却塔结构施工技术 篇7

1 工程概况

中国华电国际重庆奉节电厂2×600MW机组工程, 位于重庆市奉节县, 新建2台装机容量600MW超临界“W”火焰锅炉燃煤发电机组, 中国华电国际电力股份有限公司投资。电厂配套有1座240m双钢内筒烟囱和2座9000m2逆流式自然通风双曲线冷却水塔, 1座烟囱和2座双曲线冷却水塔 (见图1) 。

2 冷却塔的主要施工技术

2.1 环形基础施工技术

2.1.1 钢筋工程

为了保证底板上层钢筋的稳定, 在垫层上设准16钢筋马凳@1500, 将底板上层钢筋放在钢筋马凳上, 然后进行钢筋绑扎。

钢筋连接方式:直径大于20mm的钢筋采用直螺纹方式连接, 直径小于20mm的钢筋采用闪光对焊连接。

2.1.2 模板工程

冷却塔环基采用定型模板支模, 模板拼缝处加垫5mm厚的海绵胶条, 模板下端与混凝土垫层接触处加10mm厚海绵胶条以防止漏浆, 支侧模前要放好侧面钢筋保护层垫块, 环基内外模设Φ48钢管围檩, 并设Φ12对拉螺栓, 模板用Φ48钢管加固[2]。

2.1.3 混凝土工程

环基、水池底板、池壁的混凝土, 采用分段跳仓法浇筑, 分仓长度不得大于30m。采用全断斜面分层的方法进行施工, 分层厚度宜控制在400mm, 中间不得留设施工缝。

2.2 人字柱施工技术 (见图2)

冷却塔人字柱, 由48对Φ900mm圆形人字柱组成, 成为冷却塔风筒的支撑柱。

2.2.1 模板工程

人字柱模板采用8套1/2半园形定型专用钢模板, 在支模前涂刷无色水性隔离剂, 模板组合时, 模板之间采用螺栓连接。在模板拼缝处加垫5mm厚的海绵条, 以保证接缝紧密。安装就位后, 将两侧加固定位, 再将顶模底部第一块就位固定[3]。

2.2.2 混凝土工程

浇筑人字柱混凝土, 按批次进行, 每批次浇筑4对。采用泵车送料到操作平台上, 在操作平台上用Φ150mm的串桶下料。采用水平分层浇筑, 快插慢拔的振捣方法, 浇筑时每次下料高度不超过300mm。

当浇满第一块模内的混凝土后, 安装就位第二块, 当浇满第二块模内的混凝土后, 安装就位第三块, 直至将整根柱混凝土浇筑完毕。

当混凝土的强度大于90%时, 可以拆除底模, 每拆一节随即用钢管支撑人字柱底面, 保证不因拆模而损伤混凝土表面。

2.3 冷却塔风筒施工技术 (见图3)

冷却塔风筒由下环梁、风筒标准节、顶部刚性环三部分组成。

(1) 筒壁施工前的技术准备:施工前, 根据模板的模数把筒壁分节, 以每节作为一个施工单元, 把每节的上下半径、上下壁厚、混凝土量、钢筋量、预埋件的数量和位置、防腐涂料数量等都列入表内, 以指导现场施工[4]。

(2) 冷却塔风筒下环梁施工

(1) 下环梁模板:下环梁支撑系统是利用人字柱施工的脚手架作为环梁底模板的支撑。在搭设人字柱脚手架时, 要结合下环梁的结构形式统一设置。在人字柱施工完毕后, 调整上层脚手架, 分段制作安装下环梁底模。下环梁下口外沿采用圆弧定型模板, 与标准定型模板宽度相同。底模支撑采用4道50mm×50mm的环向方木均匀布置, 底模板采用15mm厚木胶合模板制作拼装, 10.30m层牛腿模板组合拼装, 第1~3节牛腿之间使用风筒专用钢模, 专用钢模高1300mm, 宽1000mm。13.60m层牛腿用15mm厚木胶合模板制作拼装, 用准16对拉螺栓加固。内模和底模板缝之间加双面胶带, 节与节之间用双面胶带粘牢, 以防混凝土施工时漏浆[5]。

(2) 下环梁钢筋:下环梁底模铺设完成后, 即可进行环梁钢筋的绑扎。环梁钢筋在钢筋加工场制作, 运至现场绑扎安装。钢筋直径d≥20mm时, 采用直螺纹套筒连接;钢筋直径不足20mm时, 采用绑扎连接;竖向钢筋采用直螺纹套筒连接, 在环梁内外侧之间设“S”型拉筋将内外主筋拉接。

环梁钢筋绑扎固定时, 先搭设固定“U”型筋的脚手架, 找准架子的位置, 将“U”型筋摆放在底模上, 然后将环向筋在“U”形筋内进行连接。由于整个下环梁钢筋重达103t, 且钢筋是向内倾斜的, 应在钢筋第2节和第3节处固定, 并放大钢筋半径30~40mm进行调节。

(3) 下环梁混凝土:下环梁混凝土为C35W8F50, 每板混凝土量大, 采用混凝土输送泵车浇筑。布料时从一点下料, 用两台泵车从一点斜面分层两个方向依次推进浇筑。牛腿混凝土与下环梁一起浇筑, 标高10.30m处牛腿不设施工缝, 标高13.60m处牛腿上可设施工缝。

混凝土在振捣过程中, 做到快插慢拔, 振捣点分布均匀, 严禁振捣模板及钢筋骨架。

筒壁第1节作为整个塔筒的一部分, 混凝土的外观质量要求高, 必须控制好振捣时间, 不得出现过振和漏振现象, 最大限度减少气泡的产生。

混凝土达到设计强度后方可拆除底模, 模板拆除后, 及时清理混凝土表面, 打磨错台部位, 保持表面平滑。

(3) 冷却塔风筒标准节施工

(1) 钢筋工程:

为保证钢筋位置正确, 控制双层主筋间距, 根据筒壁厚度及钢筋位置设“S”型拉筋将内外主筋拉接。

钢筋绑扎过程中, 应同时预埋20根避雷针引下线。

(2) 模板工程:

采用附着式三角架模板支撑系统, 三角架及模板共设置三层, 根据筒壁分节收分计算表, 确定模板的数量, 调整模板间的间隙, 安装内外模。在施工过程中三层循环交替使用, 周而复始, 直至完成整个筒壁施工。

(3) 冷却塔风筒的测量:

每节模板进行一次筒壁中心及内模上口标高和半径的测量。

风筒中心点控制采用十字找中, 激光经纬仪控制, 高程和筒壁半径采用钢卷尺测量。

筒壁中心控制:在筒壁内设下吊一垂球的吊盘, 用4根钢丝绳从四个十字方向, 通过紧线器固定在三角架上, 用钢丝绳控制吊盘, 使其处于塔筒的中心。

筒壁半径控制:在吊盘上用长钢尺, 吊盘对中后拉钢尺校正模板半径。由于吊盘与模板上口存在高差, 实际拉测的是经过计算的“斜半径”, 首先校正内半径, 通过衬管保证壁厚来间接控制外模半径。

壁厚控制方法:在内外模之间设PVC衬管, 通过拉杆受力和衬管顶紧来控制壁厚。

(4) 混凝土工程:

混凝土下料时, 从一点布料, 两个工作面依次环形向后推进斜面分层浇筑, 一次性连续浇筑, 中间不留施工缝。振捣时不许碰振对拉杆、钢筋和模板。

(5) 施工缝留设:每节混凝土浇筑后, 用50mm×100mm木枋压成凹槽, 设置成水平施工缝。

(6) 螺栓堵孔:筒壁混凝土脱模后, 及时进行表面清理, 筒壁上的螺栓孔用石棉膨胀水泥砂浆, 在筒壁两侧同时封堵, 并将表面收光。

(7) 拆模及养护:风筒施工后, 混凝土强度发展很块, 混凝土的养护采用喷洒养护液进行养护。

(4) 冷却塔顶部刚性环施工技术:

在顶层外三脚架上设方木三道, 上面铺设刚性环的底模。

底模板采用胶合板, 胶合板钉在方木上, 内侧搁置在外模板上沿搭接牢靠, 接缝处用海绵胶条封贴严密, 防止漏浆。

(5) 内壁防腐涂料施工:

塔筒内壁防腐涂料为防潮防腐冷却塔专用涂料。施工时, 利用吊篮作为操作平台进行涂刷 (见图4) , 涂刷前要求筒壁混凝土干燥, 混凝土表面清理干净。

3 主要施工机械

冷却塔主要施工机械, 是水塔施工专用液压顶升平桥和冷却塔翻模施工装置 (见图5) 。1座冷却塔使用1套水塔施工专用液压顶升平桥和1套冷却塔翻模施工装置, 平桥配套的折臂吊作为水塔施工材料垂直运输机械[6]。

4 结束语

大规模电厂里面, 大部分都安装了双曲线冷却塔。双曲线冷却塔是一种非常重要的具体冷却结构, 对冷却电力生产过程中的水以及散热等活动非常有利。相关设计人员应该以电厂内系统实际调度要求为基础, 优化以及改进冷却塔热力和塔结构, 可以确保冷却循环系统能够高效运行。

参考文献

[1]王延东.大型双曲线冷却塔热力及结构优化选型综合分析[J].沿海企业与科技, 2012 (7) :26~28.

[2]熊大健, 李秉正.9000m2双曲线自然通风逆流冷却塔的优化改造[J].热力发电, 2010, 39 (8) :54~56.

[3]纪纪念.大型双曲冷却塔相邻双塔风致干扰效应研究[J].工程与建设, 2012, 26 (6) :735~737.

[4]何业玉.超大型双曲冷却塔风荷载作用影响研究[J].工程与建设, 2012, 26 (3) :298~300.

[5]凌琦.自然通风逆流式冷却塔风致干扰效应研究[D].合肥工业大学, 2011.