變頻供水節能改造的可行性分析
2013-6-24 14:54:37??????點(diǎn)擊：
變頻供水節能改造的可行性分析
供水控制，歸根結底，是為了滿(mǎn)足用戶(hù)對流量的需求。所以，流量是供水系統的基本控制對象，但流量的檢測比較困難，費用也較高?？紤]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)：當供水能力大于用水量時(shí)，管道壓力上升；當供水能力小于用水量時(shí)，則管道壓力下降；當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(mǎn)足了用戶(hù)的用水要求，這就是恒壓供水所要達到的目的。而變頻調速給水系統有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1、 變頻供水能靈活控制供水壓力。
2、 采用變頻供水節電效果明顯。
3、 當異步電機在全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)從靜止狀態(tài)加速到額定轉速所需時(shí)間小于0.5秒，這意味著(zhù)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)間內流量的巨大變化將引起對管道的壓強過(guò)高或過(guò)低的沖擊，壓力過(guò)高會(huì )爆管。直接停機同樣會(huì )引起壓力沖擊。使用變頻器調速后，可通過(guò)對加減速時(shí)間的合理預置來(lái)延長(cháng)啟動(dòng)和停止過(guò)程，合理控制供水壓力減少管道沖擊，最大限度保護管網(wǎng)，管件，同時(shí)也提高電機水泵的使用壽命。
一.變頻供水改造節能原理
泵站的裝機一般情況下是最不利條件下、最大時(shí)流量和所需相應揚程決定的。而實(shí)際上每天內只有很短時(shí)間能達到最大時(shí)流量，大多數時(shí)間里，二、三級泵站都處在小流量下工作,因此,平時(shí)大部分的時(shí)間內水泵都處于低負荷運行。為了適應流量的變化，二級和三級泵站在運行中采取關(guān)小出口閘門(mén)的辦法來(lái)控制流量。當用水量減小時(shí)，如果水泵正常運轉，則系統壓力將增高, 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，采用關(guān)小出水閘閥來(lái)調節流量，從而造成出口閘門(mén)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于閘門(mén)阻力上,系統從電網(wǎng)所耗能量并沒(méi)有減少，電機的輸出功率基本沒(méi)有改變。閥門(mén)調整使運行工況達到了要求，但降低了能量的有效利用比例，從而導致?lián)p耗能量增加。通過(guò)現有的技術(shù)資料可知，此情況下閥門(mén)對水壓可產(chǎn)生10—20%的水壓降，也即在此上要多消耗10--20%的能量。采用變速調節，閥門(mén)全開(kāi)狀態(tài)，無(wú)水壓損耗,根據工況的要求自動(dòng)調節電機之速度，使之與負荷相適應，使水泵適應流量和揚程變化的要求,即在管道特性曲線(xiàn)基本不變時(shí)，采用改變轉速來(lái)改變泵的Q—H特性曲線(xiàn)。使它的工作點(diǎn)保持在高效段，達到輸入功率減少的目的。
二、變頻供水改造節能估算
采用恒壓調速,第一是提高水泵效率，第二是減少了用閥門(mén)節流引起的壓力損失,具有雙重節能效果。根據電機水泵水壓與流量的運行特性可知(在理想狀況下)：
（一）、泵的功率N1、供水量Q1與泵轉速n 1三者的關(guān)系如下式：
1、電機所耗功率與電機轉速3次成正比，即
N1/ N =（n 1/n）3
2、流量Q與電機轉速成正比，即
Q1/Q= n 1/n
3、揚程與電機轉速的平方成正比，即
H1/H= (n 1/n)2
4、電機軸功率P與水泵流量Q及揚程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—水泵的額定轉速， H—揚程 ， P—電機軸功率 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，即可節電27.1%。若n 1=80%n時(shí)，Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可節電48.8%。當然,這種理論上的估算只能作為一個(gè)參考,在水泵的實(shí)際工作運行中,由于各種因素的影響,不可能完全達到這樣的節能效果。
由公式P=2.73HQ/η可見(jiàn),水泵流量及揚程的變化均影響電機軸功率。因此,要得到更好的節能效果,采用分時(shí)的變流變壓控制系統,根據高、低峰用水量的變化,分時(shí)段設置不同的壓力,使水泵組合的揚程處處能與管道綜合的系統阻力相適應，通過(guò)變速調節,始終保持管網(wǎng)未稍的壓力穩定,當流量減少時(shí),使水泵效率基本不變，仍在高效區域內，而水泵所需的軸功率卻相應減小了，轉速下降了,能耗也就降低了。
三、變頻供水改造經(jīng)濟效益分析
某廠(chǎng)二、三級泵站出口壓力在0.3至0.45Mpa之間波動(dòng)，假設正常用水時(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(chǎng)二、三級泵站現每月的用電量約為8萬(wàn)度左右，根據以上節能分析，做相對保守估算，以每月節約20%的電量來(lái)計，每月可節約16000多度電，可節約電費16000X0.62=9920元，全年可節約電費將近12萬(wàn)元。除此之外，由于是恒壓供水，整個(gè)管網(wǎng)系統和設備是使用壽命也會(huì )增加，每年的維修費用也會(huì )相應降低。變頻給水設備投資費用約為20至25萬(wàn)元，根據以上分析，該項投資可在兩年到三年內全部收回。
綜合以上分析及現有二、三及泵站的實(shí)際運行情況，我認為對二、三級泵站改為變頻定壓供水方式，技術(shù)上可行，節能方面經(jīng)濟效益顯著(zhù)，且能大大提高管網(wǎng)及設備的安全運行效率，降低維修費用。
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