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基于现场总线的厂矿工业控制系统(FCS)

压风机余热回收利用的PLC自动化控制系统
   发布时间:2020-06-29  在线订购
 

一、概述
压缩机压缩空气产生大量的热能,通过冷却器散发到大气中。如果回收利用,可帮助企业节约能源消耗,又能够间接减少CO2的排放,有着良好的经济、环境和社会效益。本研究方案针对某某公司4台寿力螺杆式压风机,通过回收压风机热能,用于自来水加热供应职工洗澡使用,达到节省能源的目的。
二、现场调研分析
某某公司压风机房配备4台美国寿力TS32S-400LWC压风机,315KW,排气量61.7m/min,平时3开一备。根据采集的数据,基本运行情况汇总如下:

1、压风机系统现状分析
加载率=加载时间/累计运行时间
以上述TS32S-400LWC,315KW为例:
甲方压风机站四台压风机加载率分别为:1#76%,2#机83%,3#机55%,4#机98%。以3台加载率较高的压风机作为计算依据(平时三开一备),则平均加载率为85%。


2、用热系统现状分析
目前洗澡用水情况估算如下:
贵宾1澡堂池子(1个),贵宾2澡堂池子(1个),职工澡堂二楼池子(2个),职工澡堂三楼池子(2个),每一班,每个池子的用水量20立方左右;总共六个池子,每班共用水120立方左右;每天三班共用水360立方左右;每天淋浴的用水量为840立方左右。澡堂共用水量为1200立方左右,常年需要把温度20℃左右的水用锅炉加热到40℃-50℃后,供工人洗澡使用。
根据上面数据,结合实际每天洗澡人数,可发现每天热水的用量存在巨大浪费,因此可改造使用淋浴水控系统,可有效控制热水的浪费现象。
根据收集的资料显示本型号压风机对应回收热水情况如下:

按照现场实际需加热洗澡水升温25度,3台TS32S-400LWC压风机,则每天产生热水465吨。将回收热量加热的热水,自动向淋浴水箱恒温供水,可满足新建澡堂淋浴的设计水量。
按照新澡堂设计,每天共需要40-45度热水400立方,因此可以得出:洗澡用水温升25度,改造4台TS32S-400LWC压风机,可满足新澡堂设计用水量。
同时,为避免压风机加载率下降所引起的热水水量不足的情况,本系统还预留有接口,为其他方式加热补充所缺热水。

ERG热能回收装置
其设计原理采用了双回路温控回路,在保证热回收效率最大化的同时,也使设备的油温控制在正常合理的范围,保障了设备的正常运行,对压风机不会产生任何负面影响。主要设备如下:
·ERG能量回收装置
·油/水热交换器
·能量回收温控阀
·油温控制阀
·用于监控进、出水水温的温度传感器
·常规旁路系统,用于关闭能量回收系统
PCWE-32/27-700闭式循环换热系统:
水泵:立式不锈钢多级离心泵2台(一用一备)
膨胀罐:REFLEX  80L        电器:主要元件为施耐德
板式换热器: SS304不锈钢可拆卸式板式换热器
显示控制器:SIEMENS PLC    水泵功率:4KW

PCWC-32/27系统:
水泵:立式不锈钢多级离心泵2台(一用一备)
电器:主要元件为施耐德  显示控制器:SIEMENS PLC
水泵功率:4KW
·另外为切实体现节能效果,在热水管道上加装能量表。

如上图所示:所有装置全部自动化控制,压风机余热利用系统配备了1个100t的保温水箱和2台一次循环水泵和2台二次循环水泵。一次循环系统为封闭式环路系统,水流经热能转换装置吸收压风机热量后变成热水流经二次循环系统的板式换热器,一次循环系统的水流温度下降后再次回到压风机冷却系统循环,二次循环系统的水流温度升高流回100t水箱,待水箱内水温达到设定值后,开启供水泵将热水排往澡堂储水池,直接供给职工澡堂。
采用热能回收利用装置后可不限时给澡堂提供热水,只要压风开机便可进行热能转换,转换后的热水可进行储存。压风机ERS控制系统主要由西门子比例控制阀、进水温度传感器、回水温度传感器、进油温度传感器、回油温度传感器、板式换热器、电气控制柜组成。电气控制柜采用西门子200PLC、ABB变频器ACS510、威纶触摸屏、施奈德低压电气设备等,分别控制水路、油路及压风机风扇,控制逻辑如下:

水路:PLC控制器将板式换热器出水温度与温度设定值上下限进行比较,当温度低于设定值下限时,比例阀按照设定的最小开度值打开;当温度高于设定值上限时,比例阀全开;当温度在设定值上下限之间时,比例阀按设计的比例关系动作。
油路:PLC控制器将板式换热器回油温度与温度设定值进行比较,当温度低于设定值时,比例阀全部关闭;当温度高于设定值时,比例阀全开。不影响压风机正常运行并包含压缩机内部改造所需的所有零件及外部能量回收控制装置。
4、泵组选型
·对于TS32S-400LWC的热水应用为工艺热水应用,流量可因出水温度不同而对应不同,20℃温升的水流量约为:8 T/h 。
·扬程及外部管道管阻由于压风机房与水源大约为350米,管阻大致为0.5公斤。
·热能表为超声波结构请安装在室内(管径为DN50)。
·热水循环系统需要考虑水受热的膨胀系数,配用膨胀水箱。

某某公司压风机余热利用系统,自投入使用以来,各系统运行良好, 预计春夏秋季可以停运锅炉,冬季有一台锅炉运行时间可以减少12小时,且省去了大量的自用煤、锅炉大修和锅炉岗位工定期培训、劳务工资等资金投入,减少了空气污染,且有效提高设备利用率、延长设备寿命和降低事故停机率,设备故障率明显减少,供给井下风流温度得以降低,空气压缩机的工作效率得到提高。
更重要的是压风机余热利用系统在正常工作时,压风机余热利用系统仅是提取其中的热量,它不仅没有破坏压风机原系统中的任何设施,还改善压风机作业环境,保证压风机高效安全运行。
另外,余热利用系统设备便于固定安装、占用空间小、操作方便,能够适合各个种类压风机,不完全受机房空间、位置和场地条件的限制,具有很好的推广价值。

 

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