鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水定量?jī)?yōu)化方法
【專利摘要】鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水定量?jī)?yōu)化方法，屬于工業(yè)節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明提出高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水優(yōu)化分區(qū)的原則及連接方式，并進(jìn)行優(yōu)化分區(qū)；對(duì)各種分區(qū)連接供水方式實(shí)施水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行，計(jì)算運(yùn)行費(fèi)用，計(jì)算比較不同分區(qū)供水方式的運(yùn)行費(fèi)用、節(jié)能效果和設(shè)備投資，確定壽命期內(nèi)運(yùn)行費(fèi)用和設(shè)備投資總費(fèi)用最低的供水方案，即為高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)定量?jī)?yōu)化的最優(yōu)分區(qū)連接供水方案。本發(fā)明提出的鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水定量?jī)?yōu)化方法，可以顯著節(jié)省鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能耗和運(yùn)行費(fèi)用。
【專利說明】
鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水定量?jī)?yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種通過理論分析和計(jì)算優(yōu)化的確定鋼 廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中冷卻壁分層布置在高爐的爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐 身、風(fēng)口部位。高爐各部位供水高度和水頭損失相差較大，常用混合式供水方式：除了風(fēng)口 供水壓力要求特別高、供水流量小、采用增壓栗外，其他爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身四個(gè)部 位全部用同一級(jí)供水栗供水。在所述四個(gè)部位中，爐身處于最高位置，但供水水頭損失小， 所以供水壓力不是最高;爐底爐缸雖然供水高度最低，但供水支路水頭損失最大，因而其供 水壓力要求最高。為了保證所述四個(gè)部位供水正壓運(yùn)行，供水栗揚(yáng)程通常按照最不利的爐 底爐缸的供水壓力要求選擇，這會(huì)造成供水壓力要求較小的爐身、爐腹、爐腰部位的供水揚(yáng) 程浪費(fèi)，表現(xiàn)為實(shí)際供水揚(yáng)程小、流量大，造成供水栗不在高效區(qū)運(yùn)行，流量大，功率大，造 成能源浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為解決高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常用的混合式供水方式的高揚(yáng)程水栗低位供 水造成能量浪費(fèi)的問題，提出一種鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水定量?jī)?yōu)化方法，根據(jù) 各部位冷卻水進(jìn)出水溫差要求，計(jì)算各部位冷卻水最小需要流量;估算爐底爐缸、爐腹、爐 腰、爐身和風(fēng)口 5個(gè)部位的最小需要揚(yáng)程;對(duì)高爐5個(gè)部位冷卻水供水進(jìn)行合理分區(qū)，對(duì)合理 分區(qū)供水方式分別采用分支接力式和分區(qū)獨(dú)立式供水方式;對(duì)合理分區(qū)的分支接力式和分 區(qū)獨(dú)立式供水方式實(shí)施變閥組合優(yōu)化運(yùn)行，計(jì)算運(yùn)行費(fèi)用;計(jì)算原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)原供水 方式和其他分區(qū)方式的運(yùn)行費(fèi)用，比較循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不同分區(qū)供水方式的運(yùn)行費(fèi)用、節(jié) 能效果和設(shè)備投資，確定運(yùn)行費(fèi)用低、設(shè)備投資省的高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水方式。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，包括以下步驟：
[0005] A.高爐冷卻部位供水優(yōu)化分區(qū)確定。
[0006] 根據(jù)高爐各部位冷卻水進(jìn)出水溫差要求，計(jì)算各部位冷卻水最小需要流量Qi min; 根據(jù)高爐各部位最小需要流量Qi min，估算各部位最小需要揚(yáng)程：
[0007] Η需i = Hst i+h管i+h換i;i = l，2,3,4,5; (1) 式中，下標(biāo)i = l，2,3,4,5分別表示高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng) 口部位冷卻水供水支路;Hsti為高爐第i供水點(diǎn)出□相對(duì)于涼水池的供水高度;h管i為高爐第 i供水點(diǎn)從涼水池到進(jìn)入高爐前的管路水頭損失;hmi為高爐第i供水點(diǎn)冷卻部位支路的水 頭損失，即冷卻水從流入高爐到流出高爐的水頭損失。
[0008] 以運(yùn)行節(jié)能可靠、設(shè)備投資省、管理方便為原則，通過分析，考慮高爐各部位冷卻 水最小需要揚(yáng)程，兼顧最小需要流量，對(duì)高爐冷卻水進(jìn)行優(yōu)化合理分區(qū)，供水分區(qū)的劃分原 則：（1)將高爐冷卻水需要揚(yáng)程相近的部位劃分在同一個(gè)供水區(qū)域，需要揚(yáng)程相差較大的部 位劃分在不同供水區(qū)域；（2)水栗向某個(gè)區(qū)域供水時(shí)，實(shí)施水栗運(yùn)行臺(tái)數(shù)與供水支路出口閥 門調(diào)節(jié)組合優(yōu)化運(yùn)行，保證各供水支路達(dá)到最小需要流量，減小水栗流量和功率；（3)劃分 供水區(qū)域時(shí)，將流量較大的部位的最小需要揚(yáng)程作為區(qū)域的最高揚(yáng)程，并依此揚(yáng)程和該區(qū) 域內(nèi)所有部位冷卻水最小需要流量之和選擇該區(qū)域的水栗。這樣保證水栗向本區(qū)域內(nèi)較低 最小需要揚(yáng)程和較小最小需要流量的部位供水時(shí)，閥門節(jié)流的流量和能量浪費(fèi)最少；（4)為 減少循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水栗機(jī)組設(shè)備種類和數(shù)量，便于管理，將循環(huán)冷卻水系統(tǒng)劃分為3個(gè)供 水區(qū)域。
[0009] B.高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)連接方式確定。
[0010] 高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)連接方式采用原系統(tǒng)的分支接力式、優(yōu)化分區(qū)采用的獨(dú) 立式和混合式三種方式，分別如圖1、圖2和圖3所示。為便于比較，還列出了高爐循環(huán)冷卻水 系統(tǒng)另外兩種未優(yōu)化的分區(qū)連接方式，如圖5所示。
[0011] C.不同供水方案水栗運(yùn)行工況與能耗計(jì)算。
[0012] (1)高爐原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行方案一方案一。
[0013] 高爐原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)如圖1所示，爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水 支路出口無調(diào)節(jié)閥，建立各支路從涼水池、經(jīng)水栗、高爐冷卻部位到出水管調(diào)節(jié)閥、通大氣 出口的能量平衡方程，聯(lián)立兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的供水栗和一臺(tái)串聯(lián)運(yùn)行的增壓栗性能曲線方 程：
[0015]式中，91，92,93,9 4為分別為爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支路流 量，為未知待求量，m3/s; Si，S2，S3，S4，35分別為出水管無調(diào)節(jié)閥時(shí)對(duì)應(yīng)支路阻力系數(shù)，為已 知量，S2/m5 ; Sl-2，S2-3，S3-4, S4-5，S5-6，S6-7，S2-8, S8-9分別為原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)各管段阻力系 數(shù)，為已知量，s2/m5,如圖1所示。用方程組⑵求解冷卻水支路流量札〇 2,〇3,〇4,〇5及供水 栗、增壓栗揚(yáng)程和流量，進(jìn)一步確定上塔栗工況，進(jìn)而計(jì)算循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年耗電量。
[0016] (2)原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)置調(diào)節(jié)閥，水栗臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行一方案二。
[0017] 在圖1所示的高爐原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水 支路出水管上分別設(shè)置調(diào)節(jié)閥，按照各部位冷卻水支路通過最小需要流量，優(yōu)化(減少)供 水栗、增壓栗、上塔栗運(yùn)行臺(tái)數(shù)，建立各支路從涼水池、經(jīng)水栗、高爐冷卻部位到出水管調(diào)節(jié) 閥、通大氣出口的能量平衡方程，聯(lián)立供水栗、增壓栗性能曲線方程：
[0020] 式中，Qlmin，Q2min，Q3min，Q4min，Q5min分別為爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻 水支路最小需要流量，為已知量，Η?3/8;1αΛ2*別為圖1所示的原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水栗和 增壓栗優(yōu)化后的運(yùn)行臺(tái)數(shù)；A Si Δ&，Δ S3, Δ S4, Δ &分別為爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng) 口部位冷卻水支路出水管調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)，為待求量，s2/m 5。應(yīng)用方程組(3)，求解原循環(huán)冷 卻水系統(tǒng)爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支路恰好通過最小需要流量時(shí)所需 出水管調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)ASi AS2, AS3, AS4, AS5，計(jì)算循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年耗電量。
[0021] (3)原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)置調(diào)節(jié)閥、重新選栗，水栗臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行一方 案三。
[0022] 在方程組(3)中，采用重新選擇的供水栗和增壓栗的性能曲線方程和優(yōu)化運(yùn)行臺(tái) 數(shù)，求解確定供水栗和增壓栗運(yùn)行參數(shù)、各支路出水管調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 年耗電量。
[0023] (4)優(yōu)化分區(qū)獨(dú)立供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水栗臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行一 方案四。
[0024] 圖2所示優(yōu)化分區(qū)獨(dú)立供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，設(shè)根據(jù)式（1)計(jì)算結(jié)果，確 定爐腹、爐腰、爐身為低揚(yáng)程區(qū)，爐底爐缸為中揚(yáng)程區(qū)，風(fēng)口為高揚(yáng)程區(qū)。三個(gè)供水分區(qū)的水 栗揚(yáng)程分別為Η低、Η中、Η高。當(dāng)各供水支路通過最小需要流量時(shí)，聯(lián)立三個(gè)供水區(qū)的各供水點(diǎn) 能量平衡方程和三種供水栗流量-揚(yáng)程性能曲線方程：
[0026] 式中，Sa-b為圖2循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中點(diǎn)a到點(diǎn)b管段阻力系數(shù)。應(yīng)用方程組(4)，求解 優(yōu)化分區(qū)獨(dú)立供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)三種供水栗的流量、揚(yáng)程，以及爐底爐缸、爐 腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支路恰好通過最小需要流量時(shí)所需出水管調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù) Δ Si、Δ S2、Δ S3、Δ S4、A S5,計(jì)算循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年耗電量。
[0027] (5)優(yōu)化分區(qū)混合供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水栗臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行一 方案五。
[0028] 圖3所示優(yōu)化分區(qū)混合供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，爐腹、爐腰、爐身為低揚(yáng)程 區(qū)，爐底爐缸為中揚(yáng)程區(qū)，風(fēng)口為高揚(yáng)程區(qū)。中揚(yáng)程區(qū)獨(dú)立供水，供水栗揚(yáng)程為Η中;低揚(yáng)程區(qū) 供水栗同時(shí)向低揚(yáng)程區(qū)和高揚(yáng)程區(qū)供水，供水栗揚(yáng)程為Η低;高揚(yáng)程區(qū)增壓栗從低揚(yáng)程區(qū)供 水栗出水管取水，向高揚(yáng)程區(qū)供水，增壓栗揚(yáng)程為咖。當(dāng)各供水支路通過最小需要流量時(shí)， 聯(lián)立三個(gè)供水區(qū)的各供水點(diǎn)能量平衡方程和二種供水栗、一種增壓栗流量-揚(yáng)程性能曲線 方程：
[0030] 應(yīng)用方程組(5)，可求得優(yōu)化分區(qū)混合供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)二種供水栗 和一種增壓栗的流量、揚(yáng)程，以及爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支路恰好通 過最小需要流量時(shí)所需出水管調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)A Si、Δ S2、Δ S3、Δ S4、Δ S5，計(jì)算循環(huán)冷卻水 系統(tǒng)年耗電量。
[0031] (6)計(jì)算循環(huán)冷卻水系統(tǒng)其他兩種未優(yōu)化的分區(qū)實(shí)施水栗臺(tái)數(shù)和變閥優(yōu)化運(yùn)行方 案一方案六和方案七的年總耗電量。
[0032] D.不同供水方案設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用比較與最優(yōu)分區(qū)連接方案確定。
[0033] 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)方案一、方案二、方案三、方案四、方案五和方案六、方案七年的年 耗電量已經(jīng)由C計(jì)算得出。
[0034] 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用包括水栗機(jī)組費(fèi)用、管道及附件費(fèi)用、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥費(fèi)用、 材料費(fèi)和安裝費(fèi)。各方案管道及附件費(fèi)用相差不大，未在設(shè)備費(fèi)用中考慮。
[0035] 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在壽命周期t年內(nèi)，設(shè)備投資和運(yùn)行總費(fèi)用按下式計(jì)算：
[0037]式中，i 一設(shè)備類型序號(hào)，一共有r種設(shè)備；
[0038] Di-第i類設(shè)備的單價(jià)；
[0039] m-第i類設(shè)備的數(shù)量；
[0040] %-投資年限為t年的銀行基準(zhǔn)存款利率；
[0041 ] j-系統(tǒng)運(yùn)行的年度序號(hào)；
[0042] Ddj-第j年的電價(jià)；
[0043] Wj-第j年的系統(tǒng)年耗電量；
[0044] 根據(jù)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)各設(shè)備及系統(tǒng)壽命周期，應(yīng)用式(6)計(jì)算系統(tǒng)各方案壽命期 內(nèi)設(shè)備投資與運(yùn)行總費(fèi)用，選擇設(shè)備投資與運(yùn)行總費(fèi)用最低的方案即為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)定 量?jī)?yōu)化的最優(yōu)分區(qū)連接供水方案。
[0045] 本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提出的一種鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水定量 優(yōu)化方法，通過分析高爐傳統(tǒng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)高耗能的原因，提出循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水優(yōu) 化分區(qū)的原則及連接方式，對(duì)各種分區(qū)連接供水方式實(shí)施變閥組合優(yōu)化運(yùn)行，并根據(jù)計(jì)算 比較，確定循環(huán)冷卻水系統(tǒng)最優(yōu)分區(qū)連接供水方式。結(jié)果表明，本發(fā)明確定的最優(yōu)分區(qū)連接 供水方式，最高可節(jié)能66.4%，節(jié)能效果顯著，設(shè)備及運(yùn)行總費(fèi)用節(jié)省13847.1萬元。
【附圖說明】
[0046] 圖1本發(fā)明實(shí)施例原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)圖。
[0047]圖2本發(fā)明實(shí)施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化分區(qū)獨(dú)立式供水方式圖。
[0048] 圖3本發(fā)明實(shí)施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化分區(qū)混合式供水方式圖。
[0049] 圖4本發(fā)明實(shí)施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)未優(yōu)化分區(qū)獨(dú)立式供水方式圖。
[0050] 圖5本發(fā)明實(shí)施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)未優(yōu)化分區(qū)混合式供水方式圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 下面結(jié)合附圖1-5和案例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本案例不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明 的限制。
[0052]如圖1所示，實(shí)施例循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用于450m3高爐的冷卻。系統(tǒng)有兩座冷卻塔，型 號(hào)分別為DFNL-1000T、DFNL-1200T，采用自溢式冷卻方式，風(fēng)機(jī)配風(fēng)功率均為30kW，風(fēng)量分 別為1000111 3/11、12001113/11。系統(tǒng)配有供水栗三臺(tái)，型號(hào)為31^01350-52018，并聯(lián)連接，兩臺(tái)運(yùn) 行，一臺(tái)備用，同時(shí)并聯(lián)1臺(tái)柴油消防栗，型號(hào)為XBC-SL0W350-440。供水栗單栗設(shè)計(jì)流量 1792m 3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程63m，轉(zhuǎn)速1480r/min。供水栗配套YKK4506-4型電機(jī)，額定功率400kW，額 定電流28.72A，功率因素0.86，額定轉(zhuǎn)速1483r/min。風(fēng)口增壓栗兩臺(tái)，型號(hào)為SL0W200-410， 并聯(lián)連接，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。風(fēng)口增壓栗單栗設(shè)計(jì)流量790m 3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程34m，轉(zhuǎn)速 1480r/min。風(fēng)口增壓栗配套Y315-4型電機(jī)，額定功率110kW，額定電流201A，功率因素0.89， 額定轉(zhuǎn)速1480r/min。上塔栗三臺(tái)，型號(hào)為SL0W350-380I，并聯(lián)連接，兩臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。上 塔栗單栗設(shè)計(jì)流量1733m 3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程32m，轉(zhuǎn)速1480kW。上塔栗配套YKK4501-4型電機(jī)，額 定功率200kW，額定電流15.1A，功率因素0.81，額定轉(zhuǎn)速1483r/min。系統(tǒng)配套熱水池。
[0053] 從冷水池到供水栗進(jìn)口的管段長(zhǎng)10m，管徑600mm，沿程有2個(gè)閘閥。從供水栗出口 到供水總管入口的管段長(zhǎng)l〇m，管徑500mm，沿程有1個(gè)多功能水栗控制閥和1個(gè)閘閥。供水總 管的長(zhǎng)度約為150m，管徑700mm。供水總管出口到高爐各層冷卻壁分兩端并聯(lián)供水。供水總 管出口到爐基爐缸冷卻入口管的連接管管長(zhǎng)13.5m，沿程有2個(gè)閘閥和1個(gè)過濾器，管徑 500mm。從爐基爐缸冷卻入口管到爐腹冷卻入口管長(zhǎng)4.5m，管徑300mm。從爐腹冷卻入口到爐 腰冷卻入口管長(zhǎng)lm，管徑300mm。從爐腰冷卻入口到爐身冷卻入口管長(zhǎng)6m，管徑250mm，沿程 有1個(gè)閘閥。各管段阻力系數(shù)列于表1中。表1中，31、52、53、54和55分別為爐底爐缸、爐腹、爐 腰、爐身和風(fēng)口部位冷卻水支路阻力系數(shù)(不包括支路出水管調(diào)節(jié)閥）。
[0054]表1圖1原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)各管段阻力系數(shù)(單位:s2/m5)
[0055]
[0056] 冷卻塔回水上塔高度6.4m，冷水池水位-0.7m，熱水池水位-0.7m。供水栗出口高程 1.6m，供水總管高程1.6m。風(fēng)口增壓栗高程1.35m，上塔栗高程1.55m。爐底爐缸供水高度8m， 風(fēng)口供水高度11.5m，爐腹供水高度12.5m，爐腰供水高度13.5m，爐身供水高度18.5m。
[0057] 該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，供水栗開啟2#和3#栗，需要換設(shè)備時(shí)將其中1臺(tái)切 換至1 #栗;風(fēng)口增壓栗運(yùn)行2#栗;上塔栗運(yùn)行2#和3#栗。系統(tǒng)每天運(yùn)行24h，平均每年運(yùn)行360 天。該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)未設(shè)置變頻調(diào)速設(shè)備。
[0058] A.高爐冷卻部位供水優(yōu)化分區(qū)確定。
[0059] 根據(jù)高爐爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口各處發(fā)熱量和冷卻水最大允許進(jìn)出水 溫差，計(jì)算出各處冷卻水最小需要流量;應(yīng)用式（1)估算高爐爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng) 口各處通過最小需要流量冷卻水時(shí)的供水最小需要揚(yáng)程。所述高爐五個(gè)部位冷卻水最小需 要流量和最小需要揚(yáng)程如表2;系統(tǒng)冷卻水總最小需要流量為0.519m 3/s。在所述各供水支 路末端設(shè)調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)流量。
[0060] 表2高爐各部位冷卻水最小需要流量和最小需要揚(yáng)程(單位:s2/m5)
[0061]
[0062] 表2中，高爐風(fēng)口供水最小需要揚(yáng)程較爐底爐缸、爐腹、爐腰和爐身四處供水最小 需要揚(yáng)程大得多，所以將風(fēng)口作為單獨(dú)一個(gè)供水區(qū)域;爐底爐缸雖然位于高爐的最下部，供 水凈揚(yáng)程較小，但由于支路水頭損失大，其供水最小需要揚(yáng)程明顯大于爐腹、爐腰和爐身， 并且供水流量較大，所以，將爐底爐缸也單獨(dú)作為一個(gè)供水區(qū)域;爐腹與爐腰供水最小需要 揚(yáng)程相近、小于爐身供水最小需要揚(yáng)程，將爐身、爐腹和爐腰三處作為一個(gè)供水區(qū)域，以三 者中最高的爐身最小需要揚(yáng)程和三處最小需要流量之和作為該區(qū)域的最小需要揚(yáng)程和最 小需要供水流量，這樣，該區(qū)域水栗向爐腹和爐腰供水造成的揚(yáng)程和流量浪費(fèi)都很小，因而 能耗浪費(fèi)少。
[0063] B.高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)連接方式確定。
[0064] 高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)原系統(tǒng)的分支接力連接方式如圖1所示。優(yōu)化分區(qū)后，采用圖 2所示的優(yōu)化分區(qū)獨(dú)立供水連接方式和圖3所示的優(yōu)化分區(qū)混合供水連接方式。為便于比 較，列出了所述高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)另外兩種分區(qū)連接方式，如圖5所示。
[0065] C.不同供水方案水栗運(yùn)行工況與能耗計(jì)算。
[0066] (1)高爐原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行方案一方案一。
[0067] 如圖1所示，高爐原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行方案--方案一，供水未優(yōu)化分區(qū)，冷卻 水各支路出水管未設(shè)置調(diào)節(jié)閥，未實(shí)施優(yōu)化運(yùn)行，求解方程組(2)，得到水栗實(shí)際運(yùn)行參數(shù)： 供水栗運(yùn)行2臺(tái)，單臺(tái)流量為0.59825m 3/s，揚(yáng)程為50.47m，效率為83.3%。風(fēng)口增壓栗運(yùn)行1 臺(tái)，流量為〇 . l〇74m3/s，揚(yáng)程為55.05m，效率為71.62 %。上塔栗運(yùn)行2臺(tái)，單臺(tái)流量 0.59825m3/s，揚(yáng)程為25.06m，效率為78.43 %。計(jì)算得該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年總耗電量為 11965993kff · h〇
[0068] (2)原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)置調(diào)節(jié)閥后水栗臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行一一方案二。
[0069] 如圖1所示，高爐原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，供水未優(yōu)化分區(qū)，不換栗，在爐底爐缸、爐腹、 爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支路出水管上分別設(shè)置調(diào)節(jié)閥。應(yīng)用調(diào)節(jié)閥將冷卻水各供水支 路流量調(diào)節(jié)至最小需要流量，優(yōu)化(減少)供水栗、增壓栗、上塔栗運(yùn)行臺(tái)數(shù)，實(shí)施系統(tǒng)水栗 臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行，求解方程組(3)，得到水栗實(shí)際運(yùn)行參數(shù):供水栗運(yùn)行1臺(tái)，單臺(tái) 流量為〇. 519m3/s，揚(yáng)程為55.25m，效率為79.80 %。風(fēng)□增壓栗運(yùn)行1臺(tái)，流量為0.086m3/s， 揚(yáng)程為57.27m，效率為60.59%。上塔栗運(yùn)行1臺(tái)，單臺(tái)流量0.519m 3/s，揚(yáng)程為30.78m，效率 為82.89%。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年總耗電量為63694211^*11。爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口 部位冷卻水支路恰好通過最小需要流量時(shí)所需出水管調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)ASi，△&，△&，Δ S4, Δ S5如表3所不。
[0070] 表3方案二高爐各部位阻力系數(shù)增量Δ S(s2/m5)
[0071]
[0072] (3)原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)置調(diào)節(jié)閥、重新選栗后的水栗臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn) 行 方案二。
[0073] 如圖1所示，高爐原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻水各支路出水管設(shè)置調(diào)節(jié)閥，重新選擇供 水栗和增壓栗，實(shí)施水栗臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行，求解方程組（3)，得到水栗實(shí)際運(yùn)行參 數(shù):供水栗運(yùn)行2臺(tái)，單臺(tái)流量為0.2595m 3/s，揚(yáng)程為29.67m，效率為85.73%。風(fēng)□增壓栗運(yùn) 行1臺(tái)，流量為〇. 〇86m3/s，揚(yáng)程為41.85m，效率為85.05 %。上塔栗運(yùn)行1臺(tái)，單臺(tái)上塔栗流 量0.519m3/s，揚(yáng)程為30.78m，效率為82.89%，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年總耗電量為4131635W · h。爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支路恰好通過最小需要流量時(shí)所需出水管 調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)ASi，AS2, AS3, AS4, AS5如表4所示。
[0074] 表4方案三高爐各部位阻力系數(shù)增量Δ S(s2/m5)
[0075]
[0076] (4)優(yōu)化分區(qū)獨(dú)立供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水栗臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行一 方案四。
[0077] 如圖2所示，方案四優(yōu)化分區(qū)獨(dú)立供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，爐腹、爐腰、爐身 為低揚(yáng)程區(qū)，爐底爐缸為中揚(yáng)程區(qū)，風(fēng)口為高揚(yáng)程區(qū)，采用低、中、高分區(qū)直接從涼水池取 水、獨(dú)立供水方式。爐底爐缸所需流量由低揚(yáng)程栗提供，爐腹、爐腰、爐身所需流量由中揚(yáng)程 栗提供，風(fēng)口所需流量由高揚(yáng)程栗提供。低揚(yáng)程栗、中揚(yáng)程栗、高揚(yáng)程栗各設(shè)2臺(tái)，一用一備。
[0078] 低揚(yáng)程栗爐身供水凈揚(yáng)程19.2m，供水區(qū)爐身、爐腹、爐腰總最小需要流量 0.311m3/s，供水主管管段4-5管徑600mm，供水支管管徑同原系統(tǒng)，即管段5-6管徑300mm，管 段6-7管徑300mm，管段7-8管徑250mm。管段4-5阻力損失0.79m，管段5-6阻力損失0.61m，管 段6-7阻力損失0.20m，管段7-8阻力損失0.89m。爐身段阻力損失1.55m。爐身最小需要揚(yáng)程 23J4m〇
[0079] 中揚(yáng)程栗向爐底爐缸供水，凈揚(yáng)程8.7m，流量0.122m3/s，供水主管管段1-2管徑 350mm，供水支管管段2-3管徑250mm。管段1-3阻力損失1.99m，爐底爐缸段阻力損失19.23m。 最小需要揚(yáng)程29.92m。
[0080] 風(fēng)口高揚(yáng)程栗供水凈揚(yáng)程12.2m，流量0.086m3/s，供水主管管徑700mm，即管段9-10管徑700mm。管段9-10阻力損失0.004m，其余管段阻力損失58.68m。風(fēng)口最小需要揚(yáng)程 70.88m〇
[0081 ]方案四優(yōu)化分區(qū)獨(dú)立供水連接方式選栗結(jié)果如表5所示。
[0082]表5方案四優(yōu)化分區(qū)獨(dú)立供水連接方式選栗結(jié)果
[0083]
[0084] 方案四中，低揚(yáng)程供水栗型號(hào)14SA-20A，配套電機(jī)Y315S-4，功率因素0.89。
[0085]低揚(yáng)程供水栗的流量~揚(yáng)程性能曲線方程為：
[0086] H=-81.328Q2-6.0797Q+33.726 (7)
[0087] 流量~效率性能曲線方程為：
[0088] q = -5.4456Q2+3.6273Q+0.2362 (8)
[0089] 低揚(yáng)程供水栗流量0.31 lm3/s，揚(yáng)程23.97m，效率83.76%。計(jì)算得低揚(yáng)程供水栗年 耗電量849224kW · h。
[0090] 中揚(yáng)程供水栗型號(hào)DFSS150-360B，配套電機(jī)Y225M-4,功率因素 0.88。
[0091]中揚(yáng)程供水栗的流量~揚(yáng)程性能曲線方程為：
[0092] H=-2335.1Q2+361.63Q+21.008 (9)
[0093] 流量~效率性能曲線方程為：
[0094] q = -48.017Q2+10.732Q+0.2505 (10)
[0095] 中揚(yáng)程供水栗流量0.122m3/s，揚(yáng)程30.37m，效率84.51 %。計(jì)算得中揚(yáng)程供水栗年 耗電量421908kW · h。
[0096] 風(fēng)口高揚(yáng)程栗型號(hào)KD0W100-260(I)，配套電機(jī)Y280M-2，功率因素0.89。
[0097] 風(fēng)口栗的流量~揚(yáng)程性能曲線方程為：
[0098] H=-2540.6Q2-75.591Q+97.441 (11)
[0099] 流量~效率性能曲線方程為：
[0100] n = -228.83Q2+36.137Q-0.6013 (12)
[0101] 風(fēng)口高揚(yáng)程栗流量0. 〇86m3/s，揚(yáng)程72.15m，效率81.41 %。計(jì)算得風(fēng)口高揚(yáng)程栗年 耗電量731527kW · h。
[0102] 上塔栗運(yùn)行1臺(tái)，年總耗電量2015304kW · h。
[0103] 所以，方案四系統(tǒng)年總耗電量4017963kW · h。
[0104] 求解方程組(4)，求得高爐爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口處冷卻水支路出口調(diào) 節(jié)閥的阻力系數(shù)ASi，AS2, AS3, AS4和AS5如表6所示。
[0105] 表6方案四高爐各部位阻力系數(shù)增量Δ S(s2/m5)
[0106]
[0107] (5)優(yōu)化分區(qū)混合供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水栗臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行一 方案五。
[0108] 如圖3所示，方案五優(yōu)化分區(qū)混合供水連接方式：
[0109] 中揚(yáng)程區(qū)爐底爐缸仍采用中揚(yáng)程栗獨(dú)立供水，系統(tǒng)及水栗選擇同（3)方案四。
[0110]低揚(yáng)程區(qū)水栗在向低揚(yáng)程爐腹、爐腰、爐身供水的同時(shí)，利用增壓栗從低揚(yáng)程區(qū)水 栗出水管分支取水，向風(fēng)口供水。低揚(yáng)程栗按低揚(yáng)程區(qū)所需最小揚(yáng)程、低揚(yáng)程區(qū)和高揚(yáng)程 區(qū)所需最小流量之和選取。低揚(yáng)程栗、中揚(yáng)程栗、風(fēng)口增壓栗各2臺(tái)，一用一備。
[0111] 低揚(yáng)程栗供水凈揚(yáng)程19.2m，流量0.397m3/s，供水主管管段4-5管徑450mm，管段5-6管徑600mm，，管段6_7管徑300mm，管段7_8管徑300mm，管段8_9管徑250mm，管段5-10管徑 700mm，管段10-11同原系統(tǒng)。管段4-5阻力損失1.33m，管段5-6阻力損失0.55m，管段6-7阻力 損失0 · 61m，管段7-8阻力損失0 · 20m，管段8-9阻力損失0 · 89m。爐身段阻力損失1 · 55m?？傂?要揚(yáng)程24.33m。
[0112] 低揚(yáng)程栗采用型號(hào)DFSS350-305A，配套電機(jī)Y315M-4,功率因素0.89。選栗結(jié)果如 表7所示。
[0113] 表7方案五低揚(yáng)程栗選栗結(jié)果
[0114]
[0115] 低揚(yáng)程栗的流量~揚(yáng)程性能曲線方程為：
[0116] H=-78.059Q2+39.502Q+21.382 (13)
[0117] 流量~效率性能曲線方程為：
[0118] q = -3.7805Q2+3.3249Q+0.1307 (14)
[0119] 此時(shí)低揚(yáng)程栗流量0.397m3/s，揚(yáng)程24.76m，效率85.48%。計(jì)算得低揚(yáng)程栗年耗電 量 1095539kW · h。
[0120] 方案五的中揚(yáng)程栗同（3)方案四，采用型號(hào)DFSS150-360B，配套電機(jī)Y225M-4,功率 因素〇 . 88。變閥優(yōu)化運(yùn)行，系統(tǒng)流量最小時(shí)，中揚(yáng)程栗流量0.122m3/s，揚(yáng)程30.37m，效率 84.51%。計(jì)算得中揚(yáng)程栗年耗電量4219081^·!!。
[0121] 風(fēng)口凈揚(yáng)程12.2m，流量0.086m3/s，供水主管管段4-5管徑450mm，管段5-10管徑 700_，管段10-11同原系統(tǒng)。管段4-5阻力損失1.33m，管段5-10阻力損失0.006m。其余管段 阻力損失58.68m。風(fēng)口最小需要揚(yáng)程72.22m，低揚(yáng)程栗揚(yáng)程24.76m，所以風(fēng)口增壓栗最小需 要揚(yáng)程47.46m。
[0122] 風(fēng)口增壓栗采用型號(hào)DFSS150-460(I)C，配套電機(jī)Y280S-4,功率因素0.88。選栗結(jié) 果如表8所示。
[0123] 表8方案五風(fēng)口增壓栗選栗結(jié)果
[0124]
[0125] 風(fēng)口增壓栗的流量~揚(yáng)程性能曲線方程為：
[0126] H=-699.74Q2-166.29Q+67.196 (15)
[0127] 流量~效率性能曲線方程為：
[0128] q = -58.417Q2+11.208Q+0.2424 (16)
[0129] 風(fēng)口增壓栗流量0.086m3/s，揚(yáng)程47.72m，效率77.42 %。計(jì)算得風(fēng)口增壓栗年耗電 量514187kW · h。
[0130] 上塔栗運(yùn)行1臺(tái)，年總耗電量2015304kW · h。
[0131] 所以，方案五系統(tǒng)年總耗電量4046938kW· h。
[0132] 求解方程組(5)，得高爐爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口處冷卻水支路出口調(diào)節(jié) 閥的阻力系數(shù)A Si，Δ S2，Δ S3，Δ S4和Δ S5如表9所示。
[0133] 表9方案五高爐各部位阻力系數(shù)增量Δ S(s2/m5)
[0134]
[0135] (6)計(jì)算循環(huán)冷卻水系統(tǒng)其他兩種未優(yōu)化分區(qū)實(shí)施水栗臺(tái)數(shù)和變閥優(yōu)化運(yùn)行方 案一方案六和方案七的年總耗電量。
[0136] 如圖4、圖5所示的未優(yōu)化分區(qū)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)方案六、方案七，分別進(jìn)行選栗，并 實(shí)施變閥優(yōu)化運(yùn)行，計(jì)算出系統(tǒng)年總耗電量分別為:4127301kW · h、4188597kW · h。
[0137] D.不同供水方案設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用比較與最優(yōu)分區(qū)連接供水方案確定。
[0138] 現(xiàn)階段設(shè)備的購(gòu)買價(jià)格如表10所示(包括配套電動(dòng)機(jī)、水栗出口止回閥）：
[0139] 表10水栗機(jī)組及止回閥價(jià)格
[0141] 不同直徑電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的價(jià)格如表11所示。
[0142] 表11電動(dòng)調(diào)節(jié)閥價(jià)格
[0143]
[0144] 在水栗壽命期20年內(nèi)，每個(gè)調(diào)節(jié)閥更換兩次，填料、膜片等兩年更換一一次，安裝 費(fèi)和材料費(fèi)平均每次400元，系統(tǒng)設(shè)備總費(fèi)用如表12所示。
[0145] 表12各方案設(shè)備投資總費(fèi)用 單位:萬元
[0146]
[0147] 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)方案一、方案二、方案三、方案四、方案五和方案六、方案七年總耗 電量已經(jīng)由C計(jì)算得出。電價(jià)按江蘇省電網(wǎng)銷售電價(jià)：1~1 OkV大工業(yè)用電為0.6601元/ (kW · h)。各方案設(shè)備投資與運(yùn)行費(fèi)用綜合比較如表13所示。
[0148] 表13各方案綜合比較(壽命期20年）
[0149]
[0150] 由表13知，高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)20年壽命期內(nèi)，由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，其運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)高 于設(shè)備費(fèi)用。高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)實(shí)施水栗運(yùn)行臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行后的方案二至方 案七，與原系統(tǒng)運(yùn)行的方案一相比，壽命期內(nèi)設(shè)備投資與運(yùn)行總費(fèi)用節(jié)省46.3%~66.4%; 在實(shí)施水栗運(yùn)行臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行的基礎(chǔ)上，重新選栗的方案三至方案七，與不更 換水栗的方案二相比，設(shè)備投資與運(yùn)行總費(fèi)用節(jié)省34.7%~37.4%;在分區(qū)供水方案中，分 區(qū)優(yōu)化的方案四和方案五的設(shè)備投資與運(yùn)行總費(fèi)用低于分區(qū)未優(yōu)化的方案三、方案六和方 案七。與方案七相比，方案四和方案五總費(fèi)用分別節(jié)省4.27%、3.41%;在所有七個(gè)方案中， 優(yōu)化供水分區(qū)的方案四設(shè)備投資與運(yùn)行總費(fèi)用最低，較原方案一節(jié)省13847.1萬元，節(jié)省 66.4%，因此，方案四為該高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)定量?jī)?yōu)化的最優(yōu)分區(qū)連接供水方案。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水定量?jī)?yōu)化方法，其特征在于，包括W下步驟： A. 高爐冷卻部位供水優(yōu)化分區(qū)確定； B. 高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)連接方式確定； C. 不同供水方案水累運(yùn)行工況與能耗計(jì)算； D. 不同供水方案設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用比較與最優(yōu)分區(qū)連接方案確定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水定量?jī)?yōu)化方法，其特征在 于:步驟A中所述供水優(yōu)化分區(qū)確定是根據(jù)高爐各部位冷卻水進(jìn)出水溫差要求，計(jì)算各部位 冷卻水最小需要流量化min;根據(jù)高爐各部位最小需要流量Qi min,估算各部位最小需要揚(yáng) 程： Η需i二Hst i+h管i+h換i;i = l,2,3,4,5; (1) 式中，下標(biāo)i = l，2,3,4,5分別表示高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng) 口部位冷卻水供水支路;出t功高爐第i供水點(diǎn)出口相對(duì)于涼水池的供水高度;h窗為高爐第 i供水點(diǎn)從涼水池到進(jìn)入高爐前的管路水頭損失;h換1為高爐第i供水點(diǎn)冷卻部位支路的水 頭損失，即冷卻水從流入高爐到流出高爐的水頭損失； W運(yùn)行節(jié)能可靠、設(shè)備投資省、管理方便為原則，通過分析，考慮高爐各部位冷卻水最 小需要揚(yáng)程，兼顧最小需要流量，對(duì)高爐冷卻水進(jìn)行優(yōu)化合理分區(qū)，供水分區(qū)的劃分原則： (1) 將高爐冷卻水需要揚(yáng)程相近的部位劃分在同一個(gè)供水區(qū)域，需要揚(yáng)程相差較大的 部位劃分在不同供水區(qū)域； (2) 水累向某個(gè)區(qū)域供水時(shí)，實(shí)施水累運(yùn)行臺(tái)數(shù)與供水支路出口閥口調(diào)節(jié)組合優(yōu)化運(yùn) 行，保證各供水支路達(dá)到最小需要流量，減小水累流量和功率； (3) 劃分供水區(qū)域時(shí)，將流量較大的部位的最小需要揚(yáng)程作為區(qū)域的最高揚(yáng)程，并依此 揚(yáng)程和該區(qū)域內(nèi)所有部位冷卻水最小需要流量之和選擇該區(qū)域的水累;運(yùn)樣保證水累向本 區(qū)域內(nèi)較低最小需要揚(yáng)程和較小最小需要流量的部位供水時(shí)，閥口節(jié)流的流量和能量浪費(fèi) 最少； (4) 為減少循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水累機(jī)組設(shè)備種類和數(shù)量，便于管理，將循環(huán)冷卻水系統(tǒng)劃 分為3個(gè)供水區(qū)域。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水定量?jī)?yōu)化方法，其特征在 于:步驟B中所述分區(qū)連接方式采用原系統(tǒng)的分支接力式、優(yōu)化分區(qū)采用的獨(dú)立式和混合式 Ξ種方式;為便于比較，還列出了高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)另外兩種未優(yōu)化的分區(qū)連接方式。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水定量?jī)?yōu)化方法，其特征在 于:步驟C中所述不同供水方案水累運(yùn)行工況與能耗計(jì)算包括： (1)高爐原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行方案一方案一： 高爐原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支路出口無調(diào) 節(jié)閥，建立各支路從涼水池、經(jīng)水累、高爐冷卻部位到出水管調(diào)節(jié)閥、通大氣出口的能量平 衡方程，聯(lián)立2臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的供水累和1臺(tái)串聯(lián)運(yùn)行的增壓累性能曲線方程：式中，Ql，化，Q3，Q4，Qs分別為爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支路流量，為 未知待求量，111^3;51，52,53,54,55分別為出水管無調(diào)節(jié)閥時(shí)對(duì)應(yīng)支路阻力系數(shù)，為已知量， S2/m5 ; Sl-2，S2-3，S3-4，S4-日，S日-6，Ss-7，S2-8，Ss-9分別為原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)各管段阻力系數(shù)，為已 知量，sVm5;用方程組（2)求解冷卻水支路流量化，Q2,化，94,舶及供水累、增壓累揚(yáng)程和流 量，進(jìn)一步確定上塔累工況，進(jìn)而計(jì)算循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年耗電量； (2)原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)置調(diào)節(jié)閥，水累臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行一方案二： 在高爐原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支路出水管上 分別設(shè)置調(diào)節(jié)閥，按照各部位冷卻水支路通過最小需要流量，優(yōu)化供水累、增壓累、上塔累 運(yùn)行臺(tái)數(shù)，建立各支路從涼水池、經(jīng)水累、高爐冷卻部位到出水管調(diào)節(jié)閥、通大氣出口的能 量平衡方程，聯(lián)立供水累、增壓累性能曲線方程：式中，Qlmin，Q2min，Q3min，Q4min，化min分別為爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支 路最小需要流量，為已知量，m^S;kl，k2分別為原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)供水累和增壓累優(yōu)化后的 運(yùn)行臺(tái)數(shù)；A&，A S2, A S3, A S4, Δ S5分別為爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支 路出水管調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)，為待求量，s2/m5;應(yīng)用方程組(3)，求解原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)爐底爐 缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支路恰好通過最小需要流量時(shí)所需出水管調(diào)節(jié)閥阻 力系數(shù)ASi，Δ82, Δ83, Δ84, ASs，計(jì)算循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年耗電量； (3) 原循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)置調(diào)節(jié)閥、重新選累，水累臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行一方案 -* · _A · 在方程組(3)中，采用重新選擇的供水累和增壓累的性能曲線方程和優(yōu)化運(yùn)行臺(tái)數(shù)，求 解確定供水累和增壓累運(yùn)行參數(shù)、各支路出水管調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年耗電 量； (4) 優(yōu)化分區(qū)獨(dú)立供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水累臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行一方案 四： 優(yōu)化分區(qū)獨(dú)立供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，設(shè)根據(jù)式（1)計(jì)算結(jié)果，確定爐腹、爐腰、 爐身為低揚(yáng)程區(qū)，爐底爐缸為中揚(yáng)程區(qū)，風(fēng)口為高揚(yáng)程區(qū)；Ξ個(gè)供水分區(qū)的水累揚(yáng)程分別為 Η低、Η中、Η高;當(dāng)各供水支路通過最小需要流量時(shí)，聯(lián)立Ξ個(gè)供水區(qū)的各供水點(diǎn)能量平衡方程 和Ξ種供水累流量-揚(yáng)程性能曲線方程：式中，Sa-b為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中點(diǎn)a到點(diǎn)b管段阻力系數(shù);應(yīng)用方程組(4)，求解優(yōu)化分區(qū) 獨(dú)立供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)Ξ種供水累的流量、揚(yáng)程，W及爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐 身、風(fēng)口部位冷卻水支路恰好通過最小需要流量時(shí)所需出水管調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)A Si、AS2、 Δ S3、Δ S4、Δ Ss，計(jì)算循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年耗電量； (5)優(yōu)化分區(qū)混合供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水累臺(tái)數(shù)與變閥組合優(yōu)化運(yùn)行一方案 五： 優(yōu)化分區(qū)混合供水連接方式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，爐腹、爐腰、爐身為低揚(yáng)程區(qū)，爐底爐缸 為中揚(yáng)程區(qū)，風(fēng)口為高揚(yáng)程區(qū)；中揚(yáng)程區(qū)獨(dú)立供水，供水累揚(yáng)程為Ηφ;低揚(yáng)程區(qū)供水累同時(shí) 向低揚(yáng)程區(qū)和高揚(yáng)程區(qū)供水，供水累揚(yáng)程為Η低;高揚(yáng)程區(qū)增壓累從低揚(yáng)程區(qū)供水累出水管 取水，向高揚(yáng)程區(qū)供水，增壓累揚(yáng)程為聯(lián);當(dāng)各供水支路通過最小需要流量時(shí)，聯(lián)立Ξ個(gè)供 水區(qū)的各供水點(diǎn)能量平衡方程和二種供水累、一種增壓累流量-揚(yáng)程性能曲線方程：應(yīng)用方程組(5)，可求得優(yōu)化分區(qū)混合供水連接方式二種供水累和一種增壓累的流量、 揚(yáng)程，W及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)爐底爐缸、爐腹、爐腰、爐身、風(fēng)口部位冷卻水支路恰好通過最小 需要流量時(shí)所需出水管調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)A Si、Δ S2、Δ S3、Δ S4、Δ S5,計(jì)算循環(huán)冷卻水系統(tǒng)年 耗電量； (6)計(jì)算循環(huán)冷卻水系統(tǒng)其他兩種未優(yōu)化的分區(qū)實(shí)施水累臺(tái)數(shù)和變閥優(yōu)化運(yùn)行方案一 方案六和方案屯的年耗電量。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼廠高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分區(qū)供水定量?jī)?yōu)化方法，其特征在 于，步驟D中所述不同供水方案設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用比較與最優(yōu)分區(qū)連接方案確定： 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)方案一、方案二、方案Ξ、方案四、方案五和方案六、方案屯的年耗電量 已經(jīng)由C計(jì)算得出； 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用包括水累機(jī)組費(fèi)用、管道及附件費(fèi)用、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥費(fèi)用、材料 費(fèi)用和安裝費(fèi)用;各方案管道及附件費(fèi)用相差不大，未在設(shè)備費(fèi)用中考慮； 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在壽命周期t年內(nèi)，設(shè)備投資和運(yùn)行總費(fèi)用按下式計(jì)算：式中，i-設(shè)備類型序號(hào)，一共有r種設(shè)備； 化一第i類設(shè)備的單價(jià)； m-第i類設(shè)備的數(shù)量； %-投資年限為t年的銀行基準(zhǔn)存款利率； j-系統(tǒng)運(yùn)行的年度序號(hào)； Ddj-第j年的電價(jià)； Wj-第j年的系統(tǒng)年耗電量； 根據(jù)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)各設(shè)備及系統(tǒng)壽命周期，應(yīng)用式(6)計(jì)算系統(tǒng)各方案壽命期內(nèi)設(shè) 備投資與運(yùn)行總費(fèi)用，選擇設(shè)備投資與運(yùn)行總費(fèi)用最低的方案即為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)定量?jī)?yōu) 化的最優(yōu)分區(qū)連接供水方案。
【文檔編號(hào)】C21B7/10GK105969923SQ201610425070
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】仇寶云, 丁慧, 馮曉莉, 陸霞
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州大學(xué)