工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造技術方案比較

工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造技術方案比擬工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中不可缺少的組成局部，各行各業(yè)應用廣泛，主要由冷卻塔、水泵和換熱系統(tǒng)組成，冷水流過需要降溫的生產(chǎn)設備（換熱設備，如換熱器、冷凝器、反響器）換熱后，返回冷卻塔，在冷卻塔內將溫度上升的循環(huán)水降溫，然后通過循環(huán)水泵加壓再次循環(huán)使用。工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中循環(huán)水泵、冷卻塔風機是用電大戶，占工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)能耗的95%以上，因此，重點研究循環(huán)水泵和冷卻塔風機的節(jié)能是循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造的關鍵。表1:循環(huán)水耗能設備情況水泵局部55臺***-9005臺***-900水泵額定流量

水泵額定電流

水泵額定揚程8750m7h5臺***-900水泵額定流量

水泵額定電流

水泵額定揚程8750m7h118A52m水泵生產(chǎn)廠家水泵供水壓力水泵額定功率水泵實際電流備注：系統(tǒng)共5臺水泵，正常工況下，開3臺水泵；實際循環(huán)水量為30000m7ho風機風機局部風機額定功率員機額京電流冷卻塔局部冷卻塔形式麗i量上塔閥門管徑風機局部風機額定功率員機額京電流冷卻塔局部冷卻塔形式麗i量風機局部風機額定功率員機額京電流冷卻塔局部冷卻塔形式麗i量上塔閥門管徑200kW15A逆流

4500m7hX6

DN900風機額定電壓lO^OOOVHoa塔臺數(shù)工塔閥門開度6臺16.3m30°備注：此系統(tǒng)每臺冷卻塔有1根上塔管道。布水管距塔平面3米。設備概況以某在運循環(huán)水系統(tǒng)為例，設計采用的工藝設計參數(shù)如下:最大水量：Q=27000m3/h供水壓力：Pl=0.42MPa回水壓力:P2=0.25MPa該工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)由冷卻塔、循環(huán)水泵、旁濾設施、加氯裝置、加藥裝置和循環(huán)冷卻水給水、回水管網(wǎng)組成。配備5臺水泵，選用某水泵廠生產(chǎn)的單級雙吸離心泵，運行方式為3開2備。表2轉速、揚程、功率與節(jié)電率的變化關系水泵轉速附運行頻率FHz水泵揚程軸功率P%1節(jié)電率%10050100100090458171927.18040645L24H70354934.365.7節(jié)能改造方案及比擬方案一：冷卻塔風機無電化改造L循環(huán)水回水余壓分析設計及實際運行時，循環(huán)水系統(tǒng)回水管網(wǎng)壓力在0.25MPa,而循環(huán)水回水進入涼水塔頂噴頭冷卻的壓力僅需要0.11?0.13Mpa,因此回水進入冷卻塔冷卻管網(wǎng)還存在結余壓力，計算分析循環(huán)水回水余壓的能量，研究此局部結余能量帶動水輪機做功的可行性，實現(xiàn)水輪機替代電楣區(qū)動冷卻塔風機轉動，最終到達節(jié)約電力消耗，提高循環(huán)水系統(tǒng)的能量利用率。表3改造前后節(jié)能效率比照改造比照循環(huán)水水量(n7h)水泵功率(一?h)變頻節(jié)電功率(kw?h)實際參數(shù)3000014200設計參數(shù)270001220200按8000h/年1600000注：上述數(shù)據(jù)為3臺水泵的總供應量，水量及功率來自水泵性能曲線。由以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)的計算分析可以看出，采用一臺水泵變頻調速運行后，每年節(jié)電帶來的經(jīng)濟效益明顯。2彳盾環(huán)水系統(tǒng)回水壓頭計算循環(huán)水系統(tǒng)回水壓力為0.25MPa(26m),壓力表安裝高度-4.2m,冷卻塔高度為16.3m,布水管距冷卻塔塔頂平面高度為3m,因此回水可利用壓頭為：H富余壓頭二26m-4.2m-16.3m+3m=8.5m其中：26m為壓力表讀數(shù)；-4.2m為壓力表安裝高度；16.3m為冷卻塔塔平面高度；3m為尾水負壓(虹吸現(xiàn)象)o通過上述計算可知循環(huán)水回水管網(wǎng)存在8.5m富裕壓頭，再計算分析利用循環(huán)水回水余壓帶動水輪機做功的流量。即水輪機可利用水頭按H=8.5m計算,可以反算出滿足單臺水輪機功率工作需要的水量，P軸;pxgxQxH+3600xn可知單臺水輪機需要水量Q合7610m3/h,由于循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)量為27000m3/h,最多可以滿足3臺水輪機滿負荷運行(7610m3/hx3=22830m3/h)，保證改造前后冷卻塔風機轉速基本不變。所以，循環(huán)水系統(tǒng)計算回水余壓分析可以進行3臺4500M3冷卻塔風機改造，實現(xiàn)3臺水輪機替代電機驅動冷卻塔風機轉動；原3臺電機的總耗電功率實際消耗大約為442kW/h,按照每年工作8000h,估計年可節(jié)電:442kWx8000h=3536000kWho3彳盾環(huán)水風機無電化改造結論通過以上計算，可對其中3臺冷卻塔風機進行水輪機代替電機的無電化改造,降低了涼水塔風機電耗的50%。同時免除了對減速機、傳動軸、電機、電纜、橋架和配電系統(tǒng)的日常維護和保養(yǎng)工作。

方案二：循環(huán)水泵電機改造L循環(huán)水泵富裕流量的分析4440000循環(huán)水系統(tǒng)以運行3臺循環(huán)水泵的方式為水循環(huán)提供動力，通過控制循環(huán)水回水閥門開度來保證循環(huán)水的供應壓力不低于0.49MPa，回水壓力控制在0.25MPa左右，滿足系統(tǒng)運行的實際揚程，但低于設計揚程。根據(jù)水泵的性能曲線圖（H-Q壓力與流量的關系），揚程降低流量增大至30000m3/h左右的循環(huán)水量（遠高于設計的27000m3/h）,即存在有3000m3/h需求外循環(huán)量。因此，在保證系統(tǒng)需求實際揚程的情況下，嘗試循環(huán)水量以靠近設計參數(shù)值，研究盡量防止額外循環(huán)量來降低電耗。由循環(huán)水耗能設備情況一覽表可知，循環(huán)水泵的系統(tǒng)最大耗能設備，同時隨著高壓大功率電機變頻調速技術的成熟，因此對循環(huán)水泵電機調節(jié)方式進行變頻改造優(yōu)化是可行的。4440000工程改造前改造后額定流量m,變速變流量的節(jié)能原理根據(jù)水泵的壓力-流量特性曲線，按照保證循環(huán)水系統(tǒng)壓力的要求，對水泵變速變流量控制是可行的有效方法。水泵的變速變流量控制主要通過電機的變頻調速實現(xiàn)，同時是當代最先進、最可靠也是最高效的調速技術。,變速變流量的節(jié)能原理根據(jù)水泵的壓力-流量特性曲線，按照保證循環(huán)水系統(tǒng)壓力的要求，對水泵變速變流量控制是可行的有效方法。水泵的變速變流量控制主要通過電機的變頻調速實現(xiàn)，同時是當代最先進、最可靠也是最高效的調速技術。87508750額定揚程m5249泵的葉輪直徑mm855805額定點效率90%90%額定點軸功率kW13761191表4：水泵葉輪直徑變化前后數(shù)據(jù)分析比照及經(jīng)濟性分析1480000額定工況單泵年運行節(jié)電量kWh（按照單泵年運行8000h計算）額定工況3臺泵年運行節(jié)電量kWh（按照單泵年運行8000h計算）理論上泵類具有以下特點：Q2/Q1=N2/N1;H2/H1=(N2/N1)2;P2/P2=(N2/N1)30其中：Q為流量,H為揚程，P為功率，N為轉速。QLHl、P1—水泵在N1轉速時的流量、揚程、功率。Q2、H2、P2—水泵在N2轉速時相似工況下的流量、揚程、功率。可以得出轉速、揚程、功率與節(jié)電率的變化表，如表2O依據(jù)以上計算公式與關系變化表，轉速降低、流量減小時，所需功率近似按流量的3次方大幅度下降。假如轉速降低一半即:N2/Nl=l/2那么P2/Pl=l/8,可見降低轉速能大大降低軸功率到達節(jié)能的目的。當轉速由N1降為N2時，水泵的額定工作參數(shù)Q、H、P都降低。但從效率曲線看，Q2與Q1點的效率值基本是一樣的。即當轉速降低時，額定工作參數(shù)相應降低，但效率不會降低，有時甚至會提高。因此在滿足操作要求的前提下，水泵仍能在同樣的效率下工作。3.節(jié)能實施途徑在滿足實際生產(chǎn)的系統(tǒng)揚程和循環(huán)水量的情況下，將運行的3臺循環(huán)水泵其中一臺水泵改為變頻控制，出口流量由10000m3/h降至7000m3/h,滿足生產(chǎn)設計水量，比照方表3(每小時的節(jié)電功率以及水泵年運行節(jié)電量)。由以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)的計算分析可以看出，采用一臺水泵變頻調速運行后，每年節(jié)電帶來的經(jīng)濟效益明顯。4循環(huán)水泵增加變頻器結論循環(huán)水泵變頻節(jié)電改造后，這個改造的這個變頻系統(tǒng)就相當于一個自動調節(jié)閥，用多少，供多少，實現(xiàn)供需平衡，節(jié)約能源。降低了轉速，流量就不再用關小閥門來控制，閥門始終處于全開狀態(tài)，防止了由于關小閥門引起的損耗，也就防止了總效率的下降，確保了能源的充分利用。當采用變頻調速時，50Hz滿載時功率因數(shù)為接近1,工作電流比電機額定電流值要低許多，這是由于變頻裝置的內濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數(shù)的作用,以為電網(wǎng)節(jié)約容量20%左右。方案三：循環(huán)水泵改造.現(xiàn)場循環(huán)水運行點數(shù)據(jù)分析供水壓力：0.49MPa回水壓力：0.25MPa實際流量：30000m3/h運行電流：112A水泵電機輸出功率：1585kW現(xiàn)場泵安裝高度：倒灌2~3m泵出口壓力:0.56MPa(G)根據(jù)上述實際運行參數(shù)，循環(huán)水泵設計壓力高于實際運行壓力，實際循環(huán)水量也高于實際水量，從水泵性能參數(shù)可知循環(huán)水泵已偏離最高設計效率工況點；水泵工況點的改變除了改變系統(tǒng)管道特性外就是改變水泵本身的特性曲線(比方變頻變速、切割葉輪)。假設將水泵設計壓力改造至接近略高于實際運行壓力，在滿足運行需求的前提下，將大大降低循環(huán)水泵功率。因此，有必要對其進行設備改造，以實現(xiàn)循環(huán)水泵的經(jīng)濟運行。表5：循環(huán)水系統(tǒng)3種節(jié)能解決方案比照表利比改造方案冷卻塔風機無電耐丈循啊空電機我之循環(huán)厚艇風機電機改水輪機水泵電機增加變頻器水泵葉輪尺寸削切0.4950.4500.4250.180.200.18530000m3/h27000m3/h27000m3/h564949100%75-90%100%60萬/臺（3臺）90^133萬4.2萬/臺（5臺）353600016000004400000技術方案描述上水壓力MPa回水壓力MPa循環(huán)水量水泵揚程m泵出口閥位投資本錢年節(jié)電耗幽1輔助費用55kE加壓泵（注：用于提高旁濾進水壓力）.降低水泵出口壓力通過對運行參數(shù)和水泵設計參數(shù)進行充分的分析比擬，可對運行水泵進行削切葉輪、降低揚程改造。改造方案是通過切割循環(huán)水水泵葉輪，減小葉輪直徑,從而降低水泵出口壓力，保證循環(huán)水量不變，降低水泵電耗。擬將循環(huán)水泵的揚程由52m降至49m,根據(jù)水泵葉輪的削切定律：Hl/H2=（D1/D2）2;Q1/Q2=D1/D2;Pl/P2=（D1/D2）3計算削切后的葉輪的相關數(shù)據(jù)如表4O3彳盾環(huán)水泵出口壓力改造結論通過切削水泵葉輪直徑降低水泵出口壓力，保證系統(tǒng)流量需求且系統(tǒng)改動較小，改造本錢低，且不增加運行維護量。但葉輪進行切割須經(jīng)反復屢次修正試驗后，改造工藝復雜還要重新做動平衡。以上是對循環(huán)水系統(tǒng)改造節(jié)能3種方案的理論研究，挖掘循環(huán)