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在對循環冷卻水系統構成進行分析的基礎上，從循環冷卻水系統的系統能量輸入與轉化入手，分析了循環冷卻水系統在運行過程中產生的能耗，以此為基礎，對循環冷卻水系統的節能做法進行了闡述，以減輕循環冷卻水系統的能源、資源方面的消耗，使企業運行的成本得以減輕，從而提升循環冷卻水系統的節能水平。
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Part
1
循環冷卻水系統構成及能量轉化

1.1
循環冷卻水系統構成

從系統輸送介質的角度來看，循環冷卻由密閉式和敞開式兩種系統構成。對于敞開式來說,其主要組成部分為電源裝置、傳動系統、循環水泵組、管網、換熱裝置、冷卻塔。其中，整個系統的能源供給來自電源裝置，包括機械輸送設備、 傳動控制系統及自動化控制系統等設備；變頻調速控制等電氣自動化以及管網上流量調節閥等儀表自動化裝置共同構成了自動化控制系統；風機及驅動電機等子設備是冷卻塔的組成部分。廣義上來說，系統的循環系統管網包含了冷卻水使用設備系統，并沒有分門歸類。

1.2
系統能量輸入與轉化

1)電能輸入。依據工廠電網，電能能夠順利與循環冷卻水系統相通。同時為確保設備的正常運轉，應將電能輸入至泵配用的電機、風機配用電機以及系統中自動化控制等設備。
2)能量轉化。電機在電機驅動循環水水泵的作用下，能夠將電能轉化為水泵動能，在水泵影響下進一步變為循環水的動能。電能通過電機能夠轉變為冷卻塔上風機的動能，同時依靠風機進一步變為冷卻風的動能。在電、氣的驅動作用下，控制閥能夠結合自動化系統從而自動調試水壓、流量及冷卻溫度[1] 。

1.3
系統能量消耗

以能量守恒定律為基礎，循環冷卻水系統中的能量消耗應與能量轉移、轉化時所消耗量相一致。具體來看，循環水系統中的電機、水泵和風機等能夠促進電能、機械能及動能的能量轉化；機械接手及變速齒輪等連接器、換熱器有利于 推動能量的傳遞與轉移。在一系列轉移和轉化期間，能量消耗必然發生，因此，應不斷從整體上優化和提高涉及設備的運行效率，以此保證循環冷卻水系統的運行效率。

Part
2
冷卻塔在循環冷卻水系統中的應用

循環水冷卻系統的硬件配置常采用冷卻塔。在我國南方,水資源相對充足,因而以直流系統居多;北方水資源匱乏,直流系統無法滿足水資源的持續性供應要求,為實現節約用水的目標,通常將冷卻塔作為冷卻水系統配置中的重要裝置,水升溫后再經由冷卻塔降溫,加之凝汽器及其他輔助設備的應用,達到水資源循環利用的效果。

在冷卻塔循環功能的輔助下，可減少水資源的浪費量，但并不能從根本上解決水資源的使用困境。隨著技術的發展，機械通風直接空氣冷卻系統應運而生，成為水資源循環利用中的重要選擇對象。在應用機械通風直接空氣冷卻系統時，工作人員需明確直接空冷凝汽器的特性，認識到此裝置在應用中的局限性。由于裝置安裝復雜的緣故，通常在汽機間的高架平臺處設置，除此之外的其他設施依然為傳統的循環冷卻水系統。

Part
3
冷卻循環水系統的配套技術及可靠性分析

1)配套技術。循環冷卻水系統的組成復雜，各功能系統間存在密切的聯系，彼此必須保持協同運行狀態，如此才可推動大系統的有效運行。各系統在安裝方式、運行原理、控制機制等方面存在差異，裝置能量流失方式不同，需加強對能量轉移、流失及轉換率的分析，根據分析結果精心挑選最佳的節能技術。電源裝置的優化是直接且效果較佳的途徑, 需成為設計人員的重點考慮對象，搭配高效水泵、變頻調速等方法可以起到良好的節能效果。現階段可選擇的節能技術多樣化，各自均有側重點，在挑選節能技術時需做針對性的考慮。例如，變頻調速控制的基本原理是調節系統的控制狀態，在加強控制后減少系統不必要的能源消耗；水動能冷卻塔的運行原理在于發揮出管網水動能余量的利用價值;水泵節能機制相對復雜，需從優化設計效果、改善設備等方面著手。

2)可靠性分析。循環冷卻水系統的穩定運行至關重要, 但系統運行期間受到諸多因素的干擾，組成系統的各設備均要保持穩定可靠的工作狀態。各系統間的連接方式需合理，以免由于連接問題而威脅到系統的可靠性。在保證循環冷卻水系統各設備可靠性的前提下，提高制造廠的加工水平、 注重材料優化、深化設備結構均屬于重要內容。相關工作人員應加強對循環水泵的配置及連接等關鍵部位的檢查，為保證循環水泵的穩定運行，配置 2 臺或 3 臺水泵，其中 1 臺備 用，以便在水泵出現異常后及時啟用備用設備。循環水泵采用冗余方式并聯連接，此連接對維持設備的可靠性有益，但需控制并聯設備的個數并保證每臺并聯設備的穩定性，通常隨著并聯設備數量的增加，整體可靠性提升，并聯系統能夠 更加有效的運行。

Part
4
循環冷卻水系統常規生產流程

冰水循環泵能夠將低于 28 ℃ 的冰水回水槽中高溫冰水運輸至制冷機組蒸發器，同時冷卻水泵將低于 32 ℃ 的循環水輸送至制冷機組冷凝器。此時，制冷機組同時流經循環水與冰水，可促使循環水與冰水之間的融合，從而降低溫度。此外，在冷卻塔的工作之下，能夠將循環水系統中的熱量暴露在大氣之中，進而降低循環水溫度，所得到的循環水可再次流入循環水池，達到循環利用的效果。

Part
5
循環冷卻水系統的節能舉措

5.1
冬季運行時的設計優化

冬季時,在冷卻塔降溫后的循環水溫度不會超過 26 ℃ , 外部溫度最低時，循環水溫度也可相對低至 10 ℃ ，生產時便可直接運用循環水，以此在降溫時便可運用其來取代電驅動制冷機組與吸收式制冷機組。在工藝運行中開展管線的改 造具備簡便性特征，往往將一路 3 m 長的串通管道配置于制冷機降溫后供生產車間的供水總管道——原冰水管道以及供應制冷機組的循環水供水總管——循環水管道之間，同時安裝一只 DN700 切斷蝶閥。此外，增加 2 只 DN700 的控制蝶閥，一只在制冷機出口總管向冷卻塔進水的總管處，另一只在生產車間用冰水降溫后向冰水回水槽進水總管處，同時安裝一路 5 m 的串通管道于冰水回水總管與制冷機組冷卻水回水總管之間，至此改造完成。

在整體改造之后，在外部環境氣溫較低的條件下，冬季便可通過切換管路來推動氨基酸生產部動力車間所供應的冰水最大限度轉變為循環水，經由冷卻塔的冷卻，能夠起到取代冰水的作用直接流入冰水管道，為生產所使用。因此，可停用該制冷機(生產車間發酵降溫制冷機所用)，在冬季環境下減輕制冷機組的運行成本，優化節能效益[2]。從 5 萬 t / 年的賴氨酸生產線規模的用能狀況來看，在經過提升之后，對制冷量為2. 510 4 × 10 7 kJ/ h 的制冷機組及相應的輔機等 4 臺設備可停止使用，期間節約的維護資金、降低的工作人員任務量等不可估量，預估年實際節約電耗可達 4 427. 9 萬 kW·h。

5.2
夏季運行時的設計優化

在夏季運行情況下，制冷機組的工作任務為確保生產用冰水溫度處于 28 ℃以下狀態，運行壓力較大。在全面探究夏季環境溫度的變化特征之后，能夠得出溫度較高天氣下，一天中 80% 時間內冷卻塔降溫后循環水的溫度仍能呈現出低于 30 ℃的狀態，回水溫度最低為 35 ℃ ，相對于在 8、9 月份更高溫的天氣，階段之內的循環水溫度也能保持在28 ℃ 。進一步整合所得數據能夠歸納出以下結論：首先，夏季期間，循環水溫度仍能在某些時段內達到生產標準，此部分低溫循環水能夠直接利用；其次，進入冷卻塔的回水與循環水池冷卻后的循環水在溫度上呈現出 6 ℃左右的差值，同時冷卻后的循環水溫度也僅比發酵冷卻水的溫度高 1 ℃ ~ 2 ℃ ,冷卻塔能夠起到自然降溫的散熱性能[3]。

根據實際情況，夏季在不采取冰水供應循環水而對循環水多加運用的同時，將板式換熱器配置于冷卻塔降溫后循環冷卻水進入冰水管道之前，以此充分達到冰水降溫循環水的效果。

充分落實此種冷卻水供應方式，能夠全面以賴氨酸發酵生產對冷卻水溫度的需求為基礎，不僅有利于在夏季環境溫度階段性較低的條件下停用制冷機組。同時,在自然降溫循環水難以符合賴氨酸生產要求(僅高于生產所需溫度上限 1 ~ 2 ℃ )之下，可良好發揮板式換熱器的作用，降低循環水溫度以達到冰水的生產要求。從而在冷卻塔自然降溫的方式之下推動冷卻水中絕大比重的熱負荷發散至大氣環境之中，同時依靠制冷機組的冰水將受環境溫度限制難以直接散熱的較小比重的熱負荷疏散出去。

傳統制冷工作原理如下：循環水在制冷機組的運行下能迅速讓冰水的溫度降低，降溫之后的水流經蒸發器后水溫變得更低，循環水將低溫水的熱量帶走，從而起到升溫的作用，當水溫升至冷卻水的飽和溫度之上時，循環水將高溫水的熱量帶走，使之發散到大氣之中。循環水降溫用冰水的方式不同于傳統的制冷工作原理。這種方式經無數事實的驗證可知是極為有效果的。即使在夏季，使用這種方式降溫也具有良好的效果。這樣一來，制冷機組的運行負荷得到了有效降低，甚至在條件允許的情況下可以暫時性全面暫停制冷機組，故而這種方式更能起到節能的效果，且收益可觀[4]。

5.3
參數優化

耗能最大的部分當屬循環水泵和風機，耗能大小與流量設計和揚程息息相關，填料、水、隔離層、空氣之間的相互影響也會影響耗能量。根據循環系統工作原理，當氣水比、空氣干球溫度、換熱器的面積固定時，無形中會增大蒸發傳熱和接觸傳熱量。當任務工作量一定時，水量變小，空氣量降低；當氣水比和空氣干球溫度被固定時，循環水量減少，空氣量減少，從而使得機組的運行能耗降低，起到成本控制的作用；當空氣干球溫度和換熱器面積維持不變，氣水比增加時，提升冷卻塔的處理量，功耗增加的同時也提升了運行效率。故而，確定參數時，要結合實際生產負荷和能耗成本，尋找其中的平衡點，再借助實際數學模型起到優化參數的效果。

5.4
循環冷卻水的余熱利用

低溫熱源如冷凍機或空壓機可以用過循環冷卻水實現降溫的目的。如循環水通過冷卻塔將原來 37 ℃ 的冷凍機降 到 32 ℃ ，將原來 42 ℃的空壓機降到 32 ℃。為有效起到節能的效果，可充分利用這部分的余熱。在工業項目中，冷凍機、 空壓機中循環冷卻水量很大，以循環水量 500 m3/ h、溫升 5 ℃為例，根據熱交換理論，計算的余熱有 2 925 kW。假設某企業中有 120 m3/ h 純水制取工藝，純水的水溫在 20 ℃ 左右才能達到純水的轉化率標準，滿足生產設備的用水水溫要求。若是冬季使用，需要對熱源進行加熱后再使用，按照原水水量為產水量的 1. 3 倍計算，溫差 5 ℃ ,這一過程產生的熱量為 2 738 kW。將板式換熱器放置到冷卻水系統中，冷卻水的熱量可以供給純水原水的預熱系統，這樣能減少純水生產系統的熱源加熱裝置的購買與安裝維護費用。為有效節 約生產能耗可關閉部分冷卻塔，使用純水制取工藝所需的潔凈熱源，如電加熱、蒸汽等，以上余熱回收利用的量為 2 738 kW, 假設利用率為 80% ，考慮到使用中的水溫差異波動及負荷變化,可回收熱量約為 2 200 kW，24 h 工作制，全國工業用電平均價格按 0. 85 元/ (kW·h)考慮，冬季 3 個月可實現節約費用約 404 萬元。

5.5
動力設備的節能運行

因生產設備和生產過程的差異，從水量或水壓方面考慮，工業內部對冷卻水的需求會產生一定的差異。從理論角度而言，根據生產需要，不同循環冷卻水系統中的循環水泵和風機要適時調節運行工況，以免產生非必要的能耗。在某些工藝中需涉及調速，可根據生產需要使用變頻技術，如調節控制風機、水泵等設備也能有效起到降低能耗的效果。在實際使用中，變頻技術的優勢如下：調速性能優良，適用于多種場合，生產過程驅動設備故障率也能夠得到有效控制，還能增加設備的使用壽命，有效提升產品質量。當多臺循環泵并聯運行時，應使用循環泵自帶變頻器，數量一般以 1 ~ 2 臺為宜；當實現冷卻塔風機變頻控制時，可使用雙速風機冷卻塔。這些方式的應用可以結合系統的負荷情況以調整水泵和冷卻塔的運行工況，從而實現降低能耗的目標。

5.6
其他節能措施

當工業循環冷卻水系統運行時水溫較高會因為水質因素的作用，易使腐蝕、結垢等問題暴露于循環冷卻水系統中的設備和管道內部，增大水路和風路系統的水頭損失，不利于節能。故而，做好循環冷卻水設備的防腐蝕和防結垢工作也是重要的節能措施。當系統運行通暢時，水頭損失小，系統運行能耗也會隨之降低。

Part
6
結語

可以從多個方面實現循環冷卻水系統節能目標，具體措施在應用時要綜合考慮不同工業項目的規模、實際運行工況、建設地的條件等各方面因素。本文以生物制藥廠為例，分析了循環水的節能處理技術，最終目標是實現生物制藥工程的節能減排，以提升企業經濟發展效益。

參考文獻
[1] 路陶鵬. 生物制藥廠房空調及通風系統設計要點[ J]. 工程建設與設計,2022,70(18):38 - 41.
[2] 王偉. 循環水系統整體節能優化改造[ J]. 石化技術,2022,43 (4):234 - 235.
[3] 馬健,朱玉,顧紅波. 工業冷卻循環水系統節能與環保探討 [J]. 節能與環保,2021,39(12):39 - 40.
[4] 方婷婷. 能源站中給排水循環冷卻水系統設計思考[ J]. 工程建設與設計,2021,69(17):40 - 42.