Long-term operation optimization of circulating cooling water systems under fouling conditions

结垢 期限(时间) 水冷 环境科学 环境工程 化学 工程类 物理 机械工程 生物化学 量子力学
作者
Jiarui Liang,Yong Tian,Shutong Yang,Yong Wang,Ruiqi Yin,Yufei Wang
出处
期刊:Chinese Journal of Chemical Engineering [Elsevier BV]
卷期号:65: 255-267 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.cjche.2023.08.008
摘要

Fouling caused by excess metal ions in hard water can negatively impact the performance of the circulating cooling water system (CCWS) by depositing ions on the heat exchanger's surface. Currently, the operation optimization of CCWS often prioritizes short-term flow velocity optimization for minimizing power consumption, without considering fouling. However, low flow velocity promotes fouling. Therefore, it's crucial to balance fouling and energy/water conservation for optimal CCWS long-term operation. This study proposes a mixed-integer nonlinear programming (MINLP) model to achieve this goal. The model considers fouling in the pipeline, dynamic concentration cycle, and variable frequency drive to optimize the synergy between heat transfer, pressure drop, and fouling. By optimizing the concentration cycle of the CCWS, water conservation and fouling control can be achieved. The model can obtain the optimal operating parameters for different operation intervals, including the number of pumps, frequency, and valve local resistance coefficient. Sensitivity experiments on cycle and environmental temperature reveal that as the cycle increases, the marginal benefits of energy/water conservation decrease. In periods with minimal impact on fouling rate, energy/water conservation can be achieved by increasing the cycle while maintaining a low fouling rate. Overall, the proposed model has significant energy/water saving effects and can comprehensively optimize the CCWS through its incorporation of fouling and cycle optimization.

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