CN101666319A - 一种循环水系统的节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环水系统的节能方法，首先检测系统当前运行的工况参数和相关的设备参数。然后，按照循环水系统经济运行的原则，建立系统能量平衡测试与计算标准，从循环水泵组、管网、换热设备、制冷设备、冷却塔等方面入手，进行系统能量利用效率分析，评价系统当前能量利用效率指标，找出系统存在高能耗的原因。最后，结合生产工艺要求，准确找到设备与流体输送相匹配的最佳工况点，提出系统过程能量优化解决方案，达到高效节能目的。本发明是通过对循环水系统的检测和分析后，提供一种全面、系统、彻底的循环水系统的节能方法。

Description

一种循环水系统的节能方法

技术领域

本发明涉及一种节能方法，特别是涉及一种循环水系统的节能方法。

背景技术

水泵广泛应用于电力、石油、化工、冶金、环保和市政等国民经济各领域，是最主要的耗能设备之一，耗电约占总发电量的20％。循环水系统如图1所示，主要由泵1、传动装置2、电动机3、电源装置4、调速装置5、吸入管路6、排出管路7、换热设备8和冷却塔9等组成。绝大多数循环水系统存在效率低、能耗高等问题，主要表现在：1)水泵及电机的本身设计效率偏低，制造工艺落后；2)系统设计选型偏差大，致使水泵严重偏离最佳工况点运行；3)管路系统设计、施工不合理，造成局部阻力偏高，增加了扬程损耗；4)管路系统渗漏、水流旁通，增加了流量损耗；5)水泵经常变工况运行，通过阀门节流调节，增加了扬程损耗；6)系统不能根据工艺实际需要科学调度，增加了功率损耗；7)运行维护管理不当，未及时更换备件，增加了内部泄漏损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过对循环水系统的检测和分析后，提供一种全面、系统、彻底的循环水系统的节能方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的循环水系统的节能方法，通过数据检测、数据分析和定制高效节能泵三个步骤来实现：

(一)、采用压力表、流量计、功率表、温度计、卷尺等工具，对循环水系统水泵进出口压力及几何高度、电机电流及电压、系统的流量、进水及回水温度、泵出口及换热设备上阀门的开度，调速装置的频率等现场数据进行实际测量；

(二)、按照循环水系统经济运行的原则，建立系统能量平衡测试与计算标准，从循环水泵组、管网、换热设备、冷却塔等方面入手，进行系统能量利用效率分析，评价系统当前能量利用效率指标，找出系统存在高能耗的原因：

根据公式(1)计算水泵扬程H：

$H=\mathrm{\ΔZ}+\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\ρg}}+\frac{{V_2}^2-{V_1}^2}{2g}+\mathrm{\Δh}---\left(1\right)$

其中ΔZ-水泵进出口的高差m

ΔP-水泵进出口的压差KPa

V₂-水泵的出口速度m/s

V₁-水泵的进口速度m/s

Δh-水泵进出口之间的阻力损失m

ρ-输送介质密度kg/m³

g-重力加速度m/s²

根据公式(2)计算管路特性曲线：

H＝ΔH+KQ²    (2)

其中ΔH-进出水池的高差m

K-管路阻力系数

Q-流量m³/s

根据公式(3)计算节能改造前电机输入功率P₁：

$P_1=\sqrt{3}\mathrm{UI}\cos \mathrm{\φ}---\left(3\right)$

其中U-电机电压V

I-电机电流A

COSφ-功率因素

根据公式(4)计算节能改造前水泵效率：

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\ρgQH}}{P_1\mathrm{\Ψ}}---\left(4\right)$

其中ψ-电机效率(％)

(三)、结合生产工艺实际的要求，准确找到设备与流体输送相匹配的最佳工况点，提出系统过程能量优化解决方案，达到高效节能目的，方法为：

根据换热设备容量和进水及回水温差，确定实际需要的流量Q₂，采用公式(2)计算管路特性实际需要的扬程H₂；再根据实际需要的流量Q₂和扬程H₂，定制最高效率η正好在实际需要点的高效节能泵；

根据公式(5)计算节能改造后的电机输入功率P₂：

$P_2=\frac{\mathrm{\ρg}{Q}_2{H}_2}{\mathrm{\η\Ψ}}---\left(5\right)$

根据公式(6)计算节能改造后的节电量P：

P＝P₁-P₂    (6)

根据公式(7)计算节能改造后的节电率M：

$M=\frac{P}{P_1}---\left(7\right)$

具体实施时，通过整改系统存在的不利因素，采用高效节能泵替换低效泵或更换高效节能叶轮，消除因系统配置不合理引起的高能耗，提高流体输送效率。对负荷变化较大的系统，还安装必要的自动控制系统，降低因负荷变化大引起的高能耗，标本兼治，达到系统、彻底和最佳的节能效果。实施方案包括：1)整改系统不利因素加高效节能泵或高效叶轮；2)整改系统不利因素加高效节能泵或高效叶轮加自动控制系统；3)整改系统不利因素加自动控制系统。

采用上述方案的循环水系统节能方法，具有如下优点：

1)通过优化水泵水力设计和结构设计及提高制造精度提高了泵本身的效率；

2)通过优化配套电机及传动装置的设计提高了电机及传动装置本身的效率；

3)通过水泵、电机、传动装置、调速装置、管网和用水设备匹配的优化设计提高了装置效率；

4)通过对水泵系统运行的科学调度提高了系统的运行效率。

综上所述，本发明根据不同循环水系统的特点，首先从系统配置优化入手，消除因配置不合理引起的高能耗，再从系统运行优化入手，降低因负荷变化较大引起的高能耗，最后从水泵的水力性能优化入手，匹配高效率水泵或叶轮，标本兼治，达到全面、系统、彻底的节能效果。本发明的节能原理也可用于风机的送风系统和排风系统节能改造。

附图说明

附图1为循环水系统组成示意图；

附图2为火力发电厂的循环水系统图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图2，一火力发电厂的循环水系统包括水泵机组11、进出水管路12、进水池10、冷却塔13、凝汽14、空冷器15、冷油器16等，其节能改造包括三个步骤：

首先，采用压力表、流量计、功率表、温度计、卷尺等工具，对循环水系统现场数据进行实际测量。进水位为+2.2m，水泵出口压力为0.19Mpa，表高+0.5m，进出水温差5℃，冷却塔13布水高度+6.5m，系统流量3.56m³/s。两台水泵的电流分别为36A和37.5A，电压为10.2KV，电机功率因素0.86，电机效率93％。

然后，按照循环水系统经济运行的原则，建立系统能量平衡测试与计算标准，从循环水泵组、管网、换热设备、冷却塔等方面入手，进行系统能量利用效率分析，评价系统当前能量利用效率指标，找出系统存在高能耗的原因。

根据公式(1)计算水泵扬程H：

$H=\mathrm{\ΔZ}+\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\ρg}}+\frac{V_2^2-V_1^2}{2g}+\mathrm{\Δh}=0.5-2.2+\frac{0.19\×{10}^6}{1000\×9.81}+\frac{{2.3}^2-0^2}{2\×9.81}+0.3=18.2\left(m\right)$

根据公式(2)计算管路特性曲线：

18.2＝6.5-2.2+K×3.56²

K＝1.097

H＝4.3+1.097Q²

根据公式(3)计算节能改造前电机输入功率P₁：

$P_1=\sqrt{3}\mathrm{UI}\cos \mathrm{\φ}$

$=\sqrt{3}\×10.2\×(31+32.5)\×0.86=964.76\left(\mathrm{KW}\right)=964760\left(W\right)$

根据公式(4)计算节能改造前水泵效率：

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\ρgQH}}{P_1\mathrm{\Ψ}}=\frac{1000\×9.81\×3.56\×18.2}{964760\×0.93}=71.3\%$

经上面的计算可知，水泵效率低，引起高能耗。

最后，结合生产工艺实际的要求，准确找到设备与流体输送相匹配的最佳工况点，提出系统过程能量优化解决方案，达到高效节能目的。

换热设备进水及回水温差只有5℃，温差较小，而一般循环水系统温差为7℃～10℃，说明目前系统的流量偏大，同时根据凝汽器14、空冷器15、冷油器16设备名牌需要的总流量为3.25m³/s，考虑一定安全余量，确定生产工艺实际需要的流量为3.4m³/s，采用公式(2)计算管路特性实际需要的扬程H₂。

H₂＝4.3+1.097Q²＝4.3+1.097×3.4²＝17(m)

根据实际需要的流量3.4m³/s和扬程17m，定制最高效率为85％的高效节能泵。

根据公式(3)计算节能改造后的电机输入功率P₂：

$P_2=\frac{\mathrm{\ρg}{Q}_2{H}_2}{\mathrm{\η\Ψ}}$

$=\frac{1000\×9.81\×3.4\×17}{0.85\×0.93}=717.29\left(\mathrm{KW}\right)$

综上所述，选择输入功率为717.29KW的电机作为本次节能改造的电机。

根据公式(6)计算节能改造后的节电量P：

P＝P₁-P₂＝964.76-717.29＝247.47(KW)

根据公式(7)计算节能改造后的节电率M：

$M=\frac{P}{P_1}=\frac{247.47}{964.76}=25.6\%$

经上面的计算可知，节能效果非常明显。

按上述方法改造的节能泵，经现场运行测试，达到了设计节能效果。

本发明根据不同循环水系统的特点，首先从系统配置优化入手，消除因配置不合理引起的高能耗，再从系统运行优化入手，降低因负荷变化较大引起的高能耗，最后从水泵的水力性能优化入手，匹配高效率水泵或叶轮，标本兼治，达到全面、系统、彻底的节能效果。

本发明的节能原理可用于工业冷却循环水系统，包括钢铁、石油化工、煤化工、电力、冶金、制药等。市政供水系统，包括自来水、污水处理等。供热采暖系统，包括热电厂、供热站等。中央空调系统，包括宾馆及制药、电子、汽车、新材料的生产车间洁净空调系统等。也可用于风机的送风系统和排风系统节能改造。

本技术领域内的人员应该认识到，上述实施例并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，任何对上述实施例技术变化、变型方案均未超出本发明的保护范围。

Claims (1)

1、一种循环水系统的节能方法，通过数据检测、数据分析和定制高效节能泵三个步骤来实现，其特征是：

(一)、采用压力表、流量计、功率表、温度计、卷尺等工具，对循环水系统水泵进出口压力及几何高度、电机电流及电压、系统的流量、进水及回水温度、泵出口及换热设备上阀门的开度，调速装置的频率等现场数据进行实际测量；

(二)、按照循环水系统经济运行的原则，建立系统能量平衡测试与计算标准，从循环水泵组、管网、换热设备、冷却塔等方面入手，进行系统能量利用效率分析，评价系统当前能量利用效率指标，找出系统存在高能耗的原因：

根据公式(1)计算水泵扬程H：

$H=\mathrm{\ΔZ}+\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\ρg}}+\frac{V_2^2-V_1^2}{2g}+\mathrm{\Δh}---\left(1\right)$

其中ΔZ-水泵进出口的高差m

ΔP-水泵进出口的压差KPa

V₂-水泵的出口速度m/s

V₁-水泵的进口速度m/s

Δh-水泵进出口之间的阻力损失m

ρ-输送介质密度kg/m³

g-重力加速度m/s²

根据公式(2)计算管路特性曲线：

H＝ΔH+KQ²                (2)

其中ΔH-进出水池的高差m

K-管路阻力系数

Q-流量m³/s

根据公式(3)计算节能改造前电机输入功率P₁：

$P_1=\sqrt{3}\mathrm{UI}\cos \mathrm{\φ}---\left(3\right)$

其中U-电机电压V

I-电机电流A

COSφ-功率因素

根据公式(4)计算节能改造前水泵效率：

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{\ρgQH}}{P_1\mathrm{\Ψ}}---\left(4\right)$

其中ψ-电机效率(％)

(三)、结合生产工艺实际的要求，准确找到设备与流体输送相匹配的最佳工况点，提出系统过程能量优化解决方案，达到高效节能目的，方法为：

根据换热设备容量和进水及回水温差，确定实际需要的流量Q₂，采用公式(2)计算管路特性实际需要的扬程H₂；再根据实际需要的流量Q₂和扬程H₂，定制最高效率η正好在实际需要点的高效节能泵；

根据公式(5)计算节能改造后的电机输入功率P₂：

$P_2=\frac{\mathrm{\ρg}{Q}_2{H}_2}{\mathrm{\η\Ψ}}---\left(5\right).$

Images