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《138 20 mw水冷磁體水冷系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、20MW水冷磁體水冷系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心唐佳麗歐陽(yáng)崢嶸劉程華中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所張曉東摘要：針對(duì)水冷磁體運(yùn)行產(chǎn)生的熱負(fù)荷設(shè)計(jì)了本水冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)在保障磁體穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，進(jìn)行了節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中自然分層水蓄冷技術(shù)的應(yīng)用不僅節(jié)約占地還可增大蓄水量，而利用峰谷電價(jià)差進(jìn)行夜間蓄冷的方式更可節(jié)約運(yùn)行成本；利用閉式冷卻塔在氣溫較低時(shí)取代上游冷水機(jī)組的設(shè)計(jì)也最大程度地節(jié)約了電能；此外在運(yùn)行模式方面，系統(tǒng)可根據(jù)不同水冷磁體實(shí)驗(yàn)負(fù)荷進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)換；在設(shè)備選擇方面，均采用節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品，如制冷系數(shù)高的冷水機(jī)組，傳熱系數(shù)較高的板式換熱器等。本系統(tǒng)對(duì)MW級(jí)以上水冷系
2、統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較好的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：水冷磁體水冷系統(tǒng)冷卻設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)前言由中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心承擔(dān)建設(shè)的國(guó)家大科學(xué)工程——穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置可為我國(guó)的科學(xué)研究提供理想的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)極端實(shí)驗(yàn)環(huán)境，滿足我國(guó)多學(xué)科前沿發(fā)展對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件的需求。其中，水冷磁體由于消耗大量電能而產(chǎn)生的熱量必需由水及時(shí)帶走，因此，與電源功率相匹配的滿足水冷磁體和電源系統(tǒng)冷卻要求的去離子水冷卻系統(tǒng)是保障水冷磁體正常運(yùn)行的必備條件之一。為了防止水中離子導(dǎo)電和水垢阻塞磁體內(nèi)很小的水冷通道，水冷磁體本身須使用去離子水來(lái)冷卻，而冷凍水則為去離子水提供冷源。目前，該項(xiàng)目正在緊張的建設(shè)過(guò)程中，本著經(jīng)濟(jì)、高效節(jié)
3、能并穩(wěn)定可靠的原則，針對(duì)水冷磁體實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)了該水冷系統(tǒng)，為各水冷磁體以及混合磁體穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。1系統(tǒng)介紹本水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅可滿足水冷磁體20MW負(fù)荷下運(yùn)行3小時(shí)，電源系統(tǒng)2MW負(fù)荷下運(yùn)行5小時(shí)，還充分考慮了水冷磁體最大熱負(fù)荷達(dá)到28MW時(shí)的運(yùn)行需求。為了保證水冷磁體10℃的磁體入口水溫度，必須用低于10℃的冷凍水通過(guò)板式換熱器使純水從38℃冷卻到10℃。被加熱的冷凍水先輸送到蓄水罐，后通過(guò)兩級(jí)冷水機(jī)組冷到6℃送回蓄水罐循環(huán)使用。本水冷系統(tǒng)選用冷卻塔、離心式冷水機(jī)組和蓄冷水罐作為冷凍水的冷卻設(shè)備，通過(guò)合理配置，使冷凍水進(jìn)入板式換熱器的溫度不高于8℃（由于管道漏熱因素，
4、考慮2℃溫升）。另外，純水側(cè)設(shè)有去離子水純化器，對(duì)循環(huán)使用的去離子水進(jìn)行提純以保證進(jìn)入磁體的高純水電阻率不低于15MΩ.cm。在不同季節(jié)、不同氣溫條件以及不同水冷磁體運(yùn)行負(fù)荷下，采用不同的運(yùn)行方案，保證水冷磁體去離子水進(jìn)水溫度不高于10℃。2水冷系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方案目前國(guó)內(nèi)許多大型試驗(yàn)裝置的冷卻水還采用一次性使用，這種水冷模式雖然簡(jiǎn)單，但非常浪費(fèi)水資源[1]。本系統(tǒng)無(wú)論是冷卻水冷磁體的去離子水，還是冷卻去離子水的冷凍水都采取循環(huán)使用的模式。此外，系統(tǒng)無(wú)論在運(yùn)行模式還是設(shè)備配置方面都盡量考慮到了節(jié)能的要求。2.1系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)如果按最大28MW熱負(fù)荷配置冷水機(jī)組，系統(tǒng)造價(jià)很高
5、，為了節(jié)省系統(tǒng)投資，本設(shè)計(jì)選用較小規(guī)模的冷水機(jī)組，采用蓄冷方式，利用夜晚電價(jià)較低時(shí)進(jìn)行蓄冷，10~12個(gè)小時(shí)生產(chǎn)約3500m3的6℃冷水放在蓄冷水罐內(nèi)，供回水溫差采用大溫差的20℃，最大可能地提高單位體積水流量的載冷量。而由于冷水機(jī)組輸入功率較高，為了節(jié)約電能，特選用閉式冷卻塔在冬季溫度較低時(shí)取代1#冷水機(jī)組。蓄水罐上部溫水經(jīng)閉式冷卻塔降溫，水溫由26℃降至15.5℃，再經(jīng)由2#冷水機(jī)組由15.5℃降至6℃，送至蓄水罐下部。當(dāng)蓄水罐充滿6℃的冷凍水，充冷過(guò)程完成。白天試驗(yàn)過(guò)程中，與水冷磁體的去離子水換熱產(chǎn)生的26℃溫水則進(jìn)入蓄水罐上部。整個(gè)水冷系統(tǒng)優(yōu)化后的原理圖如圖1所示
6、。根據(jù)市場(chǎng)報(bào)價(jià)，一臺(tái)閉式冷卻塔與冷水機(jī)組的價(jià)格相當(dāng)，約人民幣150萬(wàn)元左右，而針對(duì)本項(xiàng)目的選型，1#冷水機(jī)組的輸入功率約550kW，而一臺(tái)閉式冷卻塔不足20kW，已知電費(fèi)為1元/kWh，考慮合肥的實(shí)際天氣，每年可運(yùn)行閉式塔約100天，每天運(yùn)行10小時(shí)，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析：使用冷水機(jī)組電費(fèi)使用閉式冷卻塔電費(fèi)節(jié)約電費(fèi)=53萬(wàn)/y，比較其成本150萬(wàn)元，兩年多的時(shí)間即可收回成本，因此從節(jié)能角度而言使用閉式冷卻塔替代1#冷水機(jī)組的方案是非常合理的。圖1去離子水冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)原理圖國(guó)內(nèi)很多水冷系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，都采用兩罐方案（緩沖罐+蓄水罐），而單罐自然分層水蓄冷[2]是利用冷熱水
7、密度不同，自然分層的原理，它有蓄冷量大、管道數(shù)量少、不需建造地下泵房、水泵投資少、造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。但需要注意的是自然分層水蓄冷在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生斜溫層，這部分水是不能使用的。斜溫層的穩(wěn)定性和厚度是影響蓄冷效率的主要因素，如達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，將會(huì)影響水冷磁體的正常運(yùn)行。為了調(diào)研分層水蓄冷系統(tǒng)的實(shí)際使用效果，對(duì)上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)T2航站樓能源中心的分層水蓄冷系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)地考察。其罐體直徑26m、水深22米，在供、回水溫度分別為7℃和14.5℃的運(yùn)行模式時(shí)，斜溫層厚度約2米，為水深的9%。本項(xiàng)目如采用單罐方案，罐體高9米，斜溫層
