變頻供水節(jié)能改造的可行性分析
2013-6-24 14:54:37??????點(diǎn)擊：
變頻供水節(jié)能改造的可行性分析
供水控制，歸根結(jié)底，是為了滿足用戶對(duì)流量的需求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對(duì)象，但流量的檢測(cè)比較困難，費(fèi)用也較高。考慮到在動(dòng)態(tài)供水情況下，供水管道中水的壓力P的大小與供水能力和用水需求之間的平衡情況有關(guān)：當(dāng)供水能力大于用水量時(shí)，管道壓力上升；當(dāng)供水能力小于用水量時(shí)，則管道壓力下降；當(dāng)供水能力等于用水量時(shí)，則管道壓力保持不變?？梢?jiàn)，供水能力與用水需求之間的矛盾具體地反映在供水壓力的變化上。從而壓力就成了用來(lái)作為控制流量大小的參變量，也就是說(shuō)，保持供水系統(tǒng)中某處壓力的恒定，也就保證了使供水能力和用水需求處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶的用水要求，這就是恒壓供水所要達(dá)到的目的。而變頻調(diào)速給水系統(tǒng)有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1、 變頻供水能靈活控制供水壓力。
2、 采用變頻供水節(jié)電效果明顯。
3、 當(dāng)異步電機(jī)在全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速所需時(shí)間小于0.5秒，這意味著在不足0.5秒的時(shí)間里，水的流量從零猛增到額定流量，在極短時(shí)間內(nèi)流量的巨大變化將引起對(duì)管道的壓強(qiáng)過(guò)高或過(guò)低的沖擊，壓力過(guò)高會(huì)爆管。直接停機(jī)同樣會(huì)引起壓力沖擊。使用變頻器調(diào)速后，可通過(guò)對(duì)加減速時(shí)間的合理預(yù)置來(lái)延長(zhǎng)啟動(dòng)和停止過(guò)程，合理控制供水壓力減少管道沖擊，最大限度保護(hù)管網(wǎng)，管件，同時(shí)也提高電機(jī)水泵的使用壽命。
一.變頻供水改造節(jié)能原理
泵站的裝機(jī)一般情況下是最不利條件下、最大時(shí)流量和所需相應(yīng)揚(yáng)程決定的。而實(shí)際上每天內(nèi)只有很短時(shí)間能達(dá)到最大時(shí)流量，大多數(shù)時(shí)間里，二、三級(jí)泵站都處在小流量下工作,因此,平時(shí)大部分的時(shí)間內(nèi)水泵都處于低負(fù)荷運(yùn)行。為了適應(yīng)流量的變化，二級(jí)和三級(jí)泵站在運(yùn)行中采取關(guān)小出口閘門的辦法來(lái)控制流量。當(dāng)用水量減小時(shí)，如果水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)，則系統(tǒng)壓力將增高, 管網(wǎng)壓力過(guò)高，水龍頭和輸水管道往往被損壞。為了使水泵工作效率仍保持在高效區(qū)，采用關(guān)小出水閘閥來(lái)調(diào)節(jié)流量，從而造成出口閘門前后的壓力差值（少則幾米多則幾十米），這部分能量就白白地浪費(fèi)于閘門阻力上,系統(tǒng)從電網(wǎng)所耗能量并沒(méi)有減少，電機(jī)的輸出功率基本沒(méi)有改變。閥門調(diào)整使運(yùn)行工況達(dá)到了要求，但降低了能量的有效利用比例，從而導(dǎo)致?lián)p耗能量增加。通過(guò)現(xiàn)有的技術(shù)資料可知，此情況下閥門對(duì)水壓可產(chǎn)生10—20%的水壓降，也即在此上要多消耗10--20%的能量。采用變速調(diào)節(jié)，閥門全開(kāi)狀態(tài)，無(wú)水壓損耗,根據(jù)工況的要求自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)之速度，使之與負(fù)荷相適應(yīng)，使水泵適應(yīng)流量和揚(yáng)程變化的要求,即在管道特性曲線基本不變時(shí)，采用改變轉(zhuǎn)速來(lái)改變泵的Q—H特性曲線。使它的工作點(diǎn)保持在高效段，達(dá)到輸入功率減少的目的。
二、變頻供水改造節(jié)能估算
采用恒壓調(diào)速,第一是提高水泵效率，第二是減少了用閥門節(jié)流引起的壓力損失,具有雙重節(jié)能效果。根據(jù)電機(jī)水泵水壓與流量的運(yùn)行特性可知(在理想狀況下)：
（一）、泵的功率N1、供水量Q1與泵轉(zhuǎn)速n 1三者的關(guān)系如下式：
1、電機(jī)所耗功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速3次成正比，即
N1/ N =（n 1/n）3
2、流量Q與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，即
Q1/Q= n 1/n
3、揚(yáng)程與電機(jī)轉(zhuǎn)速的平方成正比，即
H1/H= (n 1/n)2
4、電機(jī)軸功率P與水泵流量Q及揚(yáng)程H之間有如下近似關(guān)系
P=2.73HQ/η,
式中： Q—額定流量， N—額定流量Q時(shí)的軸功率，n—水泵的額定轉(zhuǎn)速， H—揚(yáng)程 ， P—電機(jī)軸功率 η為泵的效率
因額定流量Q=100%時(shí)，n=100%，N=100%，若n 1=90%n時(shí)，Q1=90%Q，N1=72.9%N，即可節(jié)電27.1%。若n 1=80%n時(shí)，Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可節(jié)電48.8%。當(dāng)然,這種理論上的估算只能作為一個(gè)參考,在水泵的實(shí)際工作運(yùn)行中,由于各種因素的影響,不可能完全達(dá)到這樣的節(jié)能效果。
由公式P=2.73HQ/η可見(jiàn),水泵流量及揚(yáng)程的變化均影響電機(jī)軸功率。因此,要得到更好的節(jié)能效果,采用分時(shí)的變流變壓控制系統(tǒng),根據(jù)高、低峰用水量的變化,分時(shí)段設(shè)置不同的壓力,使水泵組合的揚(yáng)程處處能與管道綜合的系統(tǒng)阻力相適應(yīng)，通過(guò)變速調(diào)節(jié),始終保持管網(wǎng)未稍的壓力穩(wěn)定,當(dāng)流量減少時(shí),使水泵效率基本不變，仍在高效區(qū)域內(nèi)，而水泵所需的軸功率卻相應(yīng)減小了，轉(zhuǎn)速下降了,能耗也就降低了。
三、變頻供水改造經(jīng)濟(jì)效益分析
某廠二、三級(jí)泵站出口壓力在0.3至0.45Mpa之間波動(dòng)，假設(shè)正常用水時(shí)水泵出口壓力為0.35Mpa，則最大富裕壓力為0.1Mpa，達(dá)到正常用水時(shí)壓力的28.6%，這說(shuō)明在用水低峰時(shí)間段富裕流量占正常用水時(shí)間段的28.6%。某廠二、三級(jí)泵站現(xiàn)每月的用電量約為8萬(wàn)度左右，根據(jù)以上節(jié)能分析，做相對(duì)保守估算，以每月節(jié)約20%的電量來(lái)計(jì)，每月可節(jié)約16000多度電，可節(jié)約電費(fèi)16000X0.62=9920元，全年可節(jié)約電費(fèi)將近12萬(wàn)元。除此之外，由于是恒壓供水，整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備是使用壽命也會(huì)增加，每年的維修費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)降低。變頻給水設(shè)備投資費(fèi)用約為20至25萬(wàn)元，根據(jù)以上分析，該項(xiàng)投資可在兩年到三年內(nèi)全部收回。
綜合以上分析及現(xiàn)有二、三及泵站的實(shí)際運(yùn)行情況，我認(rèn)為對(duì)二、三級(jí)泵站改為變頻定壓供水方式，技術(shù)上可行，節(jié)能方面經(jīng)濟(jì)效益顯著，且能大大提高管網(wǎng)及設(shè)備的安全運(yùn)行效率，降低維修費(fèi)用。
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