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1、工業循環水系統節能改造技術方案比擬工業循環水系統是工業生產企業中不可缺少的組成局部，各行各業應用廣 泛，主要由冷卻塔、水泵和換熱系統組成，冷水流過需要降溫的生產設備（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 升的循環水降溫，然后通過循環水泵加壓再次循環使用。工業循環水系統中循環水泵、冷卻塔風機是用電大戶，占工業循環水系統能 耗的95%以上，因此，重點研究循環水泵和冷卻塔風機的節能是循環水系統節 能改造的關鍵。表1:循環水耗能設備情況水泵局部5 臺 *-9005 臺 *-900水泵額定流量水泵額定電流水泵額定揚程8 750m7h118A52m水泵生產廠家水泵供2、水壓力水泵額定功率 水泵實際電流備注：系統共5臺水泵，正常工況下，開3臺水泵；實際循環水量為 30000 m7ho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量上塔閥門管徑200 kW15A逆流4500m7hX6DN900風機額定電壓lOOOOVHoa塔臺數工塔閥門開度6臺16.3 m30備注：此系統每臺冷卻塔有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水系統為例，設計采用的工藝設計參數如下:最大水量：Q=27 000 m3/h供水壓力：Pl=0.42 MPa回水壓力:P2=0.23、5 MPa該工業循環水系統由冷卻塔、循環水泵、旁濾設施、加氯裝置、加藥裝置和 循環冷卻水給水、回水管網組成。配備5臺水泵，選用某水泵廠生產的單級雙吸 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節電率%10050100100090458171927.18040645L24H70354934.365.7節能改造方案及比擬方案一：冷卻塔風機無電化改造L循環水回水余壓分析設計及實際運行時，循環水系統回水管網壓力在0.25 MPa ,而循環水回水 進入涼水塔頂噴頭冷卻的壓力僅需要0.110.13 Mpa ,因此回水進入冷卻塔冷 卻管網4、還存在結余壓力，計算分析循環水回水余壓的能量，研究此局部結余能量 帶動水輪機做功的可行性，實現水輪機替代電楣區動冷卻塔風機轉動，最終到達 節約電力消耗，提高循環水系統的能量利用率。表3改造前后節能效率比照改造比照循環水水量(n7h)水泵功率(一 h)變頻節電功率(kwh)實際參數30 00014200設計參數27 0001220200按8 000 h/年1 600 000注：上述數據為3臺水泵的總供應量，水量及功率來自水泵性能曲線。由以上統計數據的計算分析可以看出，采用一臺水泵變頻調速運行后，每 年節電帶來的經濟效益明顯。2彳盾環水系統回水壓頭計算循環水系統回水壓力為0.25 MPa (26m5、),壓力表安裝高度-4.2 m ,冷卻 塔高度為16.3 m ,布水管距冷卻塔塔頂平面高度為3 m ,因此回水可利用壓頭 為：H 富余壓頭二 26 m-4.2 m-16.3 m + 3 m=8.5 m其中：26 m為壓力表讀數；-4.2 m為壓力表安裝高度；16.3 m為冷卻塔塔平面高度；3 m為尾水負壓(虹吸現象)o通過上述計算可知循環水回水管網存在8.5 m富裕壓頭，再計算分析利用循 環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 = 8.5 m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;p x g x Qx H + 3600 x n 可知單臺水輪機需要水量Q合7 6、610 m3/h ,由于循環水系統循環量為27 000 m3/h ,最多可以滿足3臺水輪機滿負荷運行(7 610 m3/ hx3=22 830 m3/h)，保證改造前后冷卻塔風機轉速基本不變。所以，循環水系統計算回水余壓分析可以進行3臺4 500 M3冷卻塔風機改 造，實現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442 kW/h ,按照每年工作8 000 h ,估計年可節電:442 kWx8 000 h=3536 000 kWho3彳盾環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7、時免除了對減速機、傳動軸、電機、電纜、 橋架和配電系統的日常維護和保養工作。方案二：循環水泵電機改造L循環水泵富裕流量的分析4 440 000循環水系統以運行3臺循環水泵的方式為水循環提供動力，通過控制循環水 回水閥門開度來保證循環水的供應壓力不低于0.49 MPa，回水壓力控制在0.25 MPa左右，滿足系統運行的實際揚程，但低于設計揚程。根據水泵的性能曲線 圖（H-Q壓力與流量的關系），揚程降低流量增大至30 000 m3/h左右的循環 水量（遠高于設計的27 000 m3/h ）,即存在有3 000 m3/h需求外循環量。 因此，在保證系統需求實際揚程的情況下，嘗試循環水量以靠近設計參數8、值，研 究盡量防止額外循環量來降低電耗。由循環水耗能設備情況一覽表可知，循環水 泵的系統最大耗能設備，同時隨著高壓大功率電機變頻調速技術的成熟，因此對 循環水泵電機調節方式進行變頻改造優化是可行的。工程改造前改造后額定流量m ,變速變流量的節能原理 根據水泵的壓力-流量特性曲線，按照保證循環水系統壓力的要求，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，同時是當代最先進、最可靠也是最高效的調速技術。/h8 7508 750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據9、分析比照及經濟性分析1480 000額定工況單泵年運行節電量kWh （按照單泵年運行8000h計算） 額定工況3臺泵年運行節電量kWh （按照單泵年運行8 000 h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。QL Hl、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、功率與節電率的變化表，如表2O依據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10、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能的目的。當轉速由N1降為N2時，水 泵的額定工作參數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.節能實施途徑在滿足實際生產的系統揚程和循環水量的情況下，將運行的3臺循環水泵其 中一臺水泵改為變頻控制，出口流量由10 000 m3/h降至7 000 m3/h ,滿足 生產設計水量，比照方表3 (每小時的節電功率以及水泵年運行節電量)。由以11、上統計數據的計算分析可以看出，采用一臺水泵變頻調速運行后，每年 節電帶來的經濟效益明顯。4循環水泵增加變頻器結論循環水泵變頻節電改造后，這個改造的這個變頻系統就相當于一個自動調節 閥，用多少，供多少，實現供需平衡，節約能源。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，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生的改善功率因數的作用, 以為電網節約容量20%左右。方案三：循環水泵改造1 .現場循環水運行點數據分析供水壓力：0.12、49MPa回水壓力：0.25MPa實際流量：30 000 m3/h運行電流：112 A水泵電機輸出功率：1 585kW現場泵安裝高度：倒灌23 m泵出口壓力:0.56MPa ( G )根據上述實際運行參數，循環水泵設計壓力高于實際運行壓力，實際循環水 量也高于實際水量，從水泵性能參數可知循環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，將大大降低循環水泵功率。因此，有必要對其進行設備 改造，以實現循環水泵的經濟運行。表5 ：循環水系統3種節能13、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0.4950.4500.4250.180.200.18530 000 m3/h27 000 m3/h27 000 m3/h564949100%75-90%100%60萬/臺（3臺）90133 萬4.2萬/臺（5臺）3 5360001600 0004 400 000技術方案描述 上水壓力MPa 回水壓力MPa 循環水量 水泵揚程m 泵出口閥位 投資本錢年節電耗幽1 輔助費用55kE加壓泵（注：用于提高旁濾進水壓力）2 .降低水泵出口壓力通過對運行參數和水泵設計參數進行充分的分析比擬14、，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，保證循環水量不變，降低水泵電耗。擬將循環水泵的揚程由52 m降至49 m ,根據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據如表4O3彳盾環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，保證系統流量需求且系統改動較 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。以上是對循環水系統改造節能3種方案的理論研究，挖掘循環水系統存在的 富裕壓頭、富裕循環量，根據富裕能量的不同形式而通過3種不同的技術改造到達節能的目的。另外,將循環水系統的3種節能解決方案從改造投資，改造運行參數以及年節能量進行綜合比擬見表5。結語在滿足核心設備的換熱需求下，通過技術改造方案實現循環水流量、壓力的 調整，使企業在不改變原有生產規模的情況下，降低了企業的本錢費用，直接經 濟效益顯著。企業根據自身設計、運行特點出發，進行方案比擬，選擇適合工廠 的技術方案和實施路徑，實現循環水系統的經濟運行和節能增效。