低效泵站的节能改造

2010年11月农机化研究第11期低效泵站的节能改造王兆菡,宣长国2(1.济南大学土建学院,济南250022;2.山东舜泉监理咨询有限公司,济南250002)摘要:泵站系统是国民经济中主要的高能耗系统之一,由于设计和管理工作上的一些问题可造成能源的浪费,泵站装置效率低更是应该在节能技术改造中着重解决的问题。为此,针对一些泵站目前存在的问题,提出相应的节能技术改造措施。泵站采取节能改造措施后,可以大大降低能源单耗关键词:泵站;效率;节能;措施中图分类号:S275文献标识码:A文章编号:1003-188X(2010)11-0221-030引言管理工作上的一些问题,泵站装置效率大多低于部颁标准(54.4%)。能源单耗及灌溉成本增大,严重地影节能减排建立节约型社会是当前面临的重要任响了泵站效益及灌溉效益的发挥。务。农业灌排泵站以及市政给排水系统是国民经济中主要的高能耗系统之一。其中,农业排灌机械总动1泵站存在的问题力占农用总动力的40%以上,每年耗油约为农用柴油1.1水泵选型不合理,泵站装置效率低实际供应量的1/4,耗电占农村用电的4%。但由于泵站装置效率偏低是一些中小泵站存在的突出设计水平、制造质量上的差距,以及配套不合理、使用问题。有的泵站设计工况下泵站装置效率仅有52%管理不当等原因,每年要浪费20%~30%的能源,节耗能指标超过国家规定标准(50kW·h/kt:m)。在能潜力十分巨大。长期运行中能量损失更为严重。有的泵站虽在更换当前许多机电排灌泵站中机组的运行主要依赖过水泵解决了机组老化的问题,但在更换过程中水于人工值守,根据人工经验简单控制机泵启停、运行泵选型不尽合理,进出水管道口径偏小,机组装置效及容量切换。机泵一般处于恒速运行状态,电机运转率仅有49.7%,耗能指标超过国家规定标准。改造前效率低下,导致泵站系统能耗巨大。由于设备配套和泵站情况如表1所示表1改造前泵站情况泵房类型设计面积/万hm2现灌面积万hm2设计扬程/m设计流量/m3·s1水泵台数/台总装机容量/kW1号泵站干室型0.0532号泵站1.2未安装无功补偿电容器机和变压器等,都是具有电感的负载都要消耗无功泵站电动机功率因数较低时,运行时要吸收较多功率。一般感应电机占70%,变压器占20%,线路占的感性无功功率,这就增加了电网的功率损耗和电压10%。由此可见,异步电动机无功损耗所占的比重。降。如果泵站中主机全部选用异步电机,就会严重影电机功率因数是有功功率与实在功率之比,功率因数响电网质量,使同一电网中其它用电设备难以正常运愈大,说明电机做有用功愈多,电机的利用率愈高。行。为了能使功率因数达到规范要求的0.85以上,电机运行时,功率因数也是变化的,其变化大小与负可装设适量的电容器进行无功补偿12)。载大小有关,电机空载时,功率因数很低,大约为0.2;无功功率在电力系统中占有很重要的地位,因为电机在额定负载下运行时,功率因数达到最大值电力系统中许多根据电磁感应原理工作的设备如电般约为07~0.9(称为自然功率因数)。中国煤化工法》规定:中小型泵收稿日期:2010-03-26站变CNMHG0.85,加收当年总基金项目:山东省自然科学基金项目(Y200804)作者简介:王兆菡(191-),女,辽宁孀岩人,副教授,硕士,(E-电费的3%-10%。1号泵站功率因数低于0.85没al) moonI989@163.cm。有加挂无功补偿装置,每年都要多支出上万元电费。2010年11月农机化研究第11期2号泵站曾更换过电器设备,但现使用的S-180/108%,能耗降低了07kW·h·(kt·m)1,节能效果比变压器2台,为非节能型,耗能高,增加了电费支出。较显著。该站至今尚未安装无功补偿电容器,以致每年都需缴从车削前后的变化中可看出,水泵流量略有减少,纳变压器功率因数调整电费。能源单耗明显下降,节能效果非常显著1.3泵站运行中缺乏优化调度表2改造前泵站水泵情况随着生产能力的提高传统的经验调度方式能耗浪费甚大,已不能适应现代社会发展的需要。泵站的水泵扬形m流量效率装置能耗指标效率kW·h经济运行主要包括机组间负荷的优化分配、最优日运行和梯级泵站的优化调度等问题。而一些泵站中机20sh-289.66775.5组的运行主要依赖于人工值守,根据人工经验简单控24h-28a7.90.6569.852.94.9制机泵启停、运行及容量切换。机泵一般处于恒速运表3改造后泵站水泵情况行状态,电机运转效率低下,导致泵站系统能耗巨大。装置能耗指标水泵扬程m流量泵效率效率kW·h2节能改造措施21在改造中优化原有设计,提高水泵效率20sb-288.90.6178.456.74.8为了解决春季引水困难的问题,将吸水管径由原24-281740.701625,.4来的500mm扩大到700mm,以降低吸水管路中的水22优化水泵运行工况头损失,提高水泵吸水能力。在实际运行中,水泵工作点常偏离设计工作点水泵机组设计工况点偏离高效区,泵站装置效率导致机组效率下降,能耗增加。如果采用优化调度,较低耗能指标不符合部颁标准,要进行工况调节。不仅能节省大量能源,而且使管网能在合理的状态下采用车削叶轮直径的方法。车削后叶轮直径的实际运行既保证泵站供水的要求,也使压力更为合理。值可按下式进行计算,即调速机组负荷优化分配一般采用实时调度形式当泵站净扬程发生变化时,可以通过确定合理的开机Dx = K(D2-D2ait)=KD2(1台数和调节机组转速,优化机组间的负荷分配,使泵D2计=D2-△D实站的能耗最少。调节水泵转速,是拓宽水泵高效区、降低泵站能D2t=D2[1-K(1√。-S耗的一种有效途径。对有多台水泵机组的泵站,由于式中H一额定扬程(m);各机组之间流量是相互影响的,故各机组的转速应当Q-流量(m3/s);根据整个泵站系统的优化来确定,而不能简单地将各K一修正系数;台机组视为单台装置来单独优化。同时,在实际运行D2一车削前叶轮外径(m);中,一旦泵站扬程偏离设计净扬程或泵站总流量要求Dx-实际车削量(m)发生变化,就有必要进行确定各机组最优转速的优化D2x车削后叶轮外径实际值(m);计算,从而使水泵工作点始终在高效区内运行。S-管路阻力系数;不同转速下的水泵性能曲线:设对第i台水泵的D2i-车削后叶轮外径计算值(m)额定转速n下的性能曲线进行处理后有如下的扬程经计算原叶轮直径D2=390mm,车削后叶轮直径M-流量Q轴功率M-流量Q、水泵效率n,~流D2=360mm。车削后水泵工况点移入高效区装置效Q的关系式,即率由497%提高到56.7%,高于部颁标准(54.4%)H,= ao+a,Q+am Q 2+aao车削后水泵流量略有减少,能源单耗明显下降,节N:=b,+baQ+b2Q 2+bQ2能效果显著。中国煤化工+c2Q2+…改造前泵站水泵情况,如表2所示。改造后泵站水泵情况如表3所示。从表2可以看出,经过管路改表CNMHG的水泵性能曲线可以造后,水泵效率从81.4%提高到84.5%,提高了3个百分点装置效率从59%提高到599%,提高了H=(a+a1KQ+a2KQ+aQ+…)2010年1I月农机化研究第11期N=(b+bK、Q,+bak(Q2+b。k1Q2+…)mE=Bm∑9ni =Co+CaK, Q +c2k Q+cak Q+36∑Q式中K一水泵转速比。式中Q,-第i台运行机组的上作点流量(m3/s)对多台水泵机组的泵站而言,由于各机组运行时T一机组运行时间(h);相互影响故各机组运行时的最佳转速应根据整个泵T一第i台运行机组工作点对应泵站效率站系统来确定。当流量进出口水位变化频繁时需要23加装无功补偿电容器合理快速、准确地计算出该状态下泵站的最优运行方泵站现使用SJ-0200/10型和SJ-125/10型变式,以便泵站工作人员操作。由此可见用有效的方法压器,虽都是节能型变压器,但变压器功率因数低于迅速找出泵站最优远行方式是解决问题的关键。085,因此安装无功补偿电容器,达到国家要求。改设泵站的开机台数为n,所抽取的水的密度为p,造前后泵站变压器耗电量计算如表4所示。表5为泵站净扬为BST,则以整个泵站100水能耗E最小变压器高压侧功率因数计算表。为目标的目标函数可表示为表4改造前后泵站变压器年耗电量计算表线圈额定电压损耗/kW变压器额定容量抗电压空载短路型号s/kⅤA次二次4P./%电流%视在功率年耗电量年总耗电量/kvAW h-l/Wh-1J-180/10180109.14380.3156117S7-400/10400S7-100/101002698.18074.8改造后S7-400/104005376.6表5功率因数计算表变压器额定容量空载电流阻抗电压损耗/kW有功功率无功功率视在功率功率Se/kvaU/%空载P短路AP4P/kvA@/WSiv/kVA因数cops7-200/10l13.70.752125/101253各项改造节能效益了泵站运行效益,投资的回报率是相当可观的。采取适当的技术手段对水泵装置效率低的泵站进行节能泵站在采取上述节能改造措施后,不仅解决了春技术改造是提高泵站运行效益、降低灌溉成本的可行季吸水困难的问题,同时大大降低了能源单耗,提高措施。各项改造节能效益总表如表6所示。表6各项改造节能效益总表灌凝面积改造项目投资/万元节约电量节能改造经济效益万元本年限/kW·h节电减支基电费减支功率因数达标减支合计泵管53664.01.72当前灌溉换变压器7536.91.251.49积0053无功补偿器1.200.362561200.90.36119402.43.82设计灌溉换变压器7536.9面积0119无功补偿器1.20360.36小计12693934.061.25结论题较中国煤化工绿合考虑影响泵站系统综上所述,农业灌排及市政工程泵站节能技术改问题,CNMHGE设计中首要解决的合用水量变化情况造中,水泵选型设计、优化运行和电气设备方面的问适度调节水泵运行方式(下转第227页2010年11月农机化研究第11期[2]李秀元,尹丛勃,杨帅等供油提前角对C62ZLG04型(2):176-179柴油机性能影响研究[门.农机化研究,2007(7):202-[41]金华玉供油提前角对车用柴油机影响的试验及模拟研究[D].长春:吉林大学,2005[3]刘晓辉D0-E40含水乙醇汽油混合燃料在汽油发动机[5]扬纶标模糊数学原理及应用M]J.广州:华南理工大学中的试验研究[门]燕山大学学报(自然科学版),2008出版社,2005Fuel Supply Advance angle Optimization Based on Testing ofDiesel Engine multi-conditionMu Shengyong, Song Xiaolu, Liu Xiaohui(1. Rizhao Polytechnic, Rizhao 276826, China; 2. Zaozhuang Vocational College of Science Technology, Tengzhou277500, China; 3. Shandong Transport Vocational College, Weifang 261206, China)Abstract Calibration of the 28 operating point for 495Q diesel engine, while changing the fuel supply advance angle forperformance tests, analysis of different fuel supply advance angle of power, economy and emissions impacts of the dieselengine the calibration conditions. According to the characteristics of diesel engine when it runs, basing on the data fromexperiments, we use theory of fuzzy mathematics, By fuzzy selection, Optimization of a diesel engine 1000rpt100% working condition, 1000rpm, load 50%, 2000rpm, load 100%, and 2000rpm, load 50% of the best fuel sup-ply advance angle were 14℃A,12℃A,l6℃Aand14℃AKey words: fuzzy evaluation; diesel engine; dynamics; economy; discharge; fuel supply advance angle(上接第223页)提高泵站系统总体的运行效率以及及时解决电气设备[4]李浩涛提灌泵站无功补偿的容量及意义[冂].甘肃农业,方面的老化高耗能等问题是建立节能高效泵站的基本2004(8):127-129途径。[5]王圃.城市供水系统的节能与优化[刀].重庆建筑大学学参考文献:报,2002(4):56-59[1中华人民共和国国家统计局中国统计年鉴200M]北[6]王兆菡陈素芬宣长国团山子泵站节能术改造分析京:中国计划出版社,200[J].农机化研究2005(1):22-223[2] L indell E Ormsbee. Optimal control of water supply pumping(7]葛强,陈松山,王林锁.大型泵站主电动机选型优化的研AWRA,1989(1):30-究[J].水泵技术,2002(5):39-413]周龙才赵天字泵站变速节能的优化计算(门].中国农村8王兆菡先锋泵站节能技术改造[J济南大学学报,01水利水电,2001(2):42-45(4):42-43Abstract II:1003-188X(2010)11-022l-EAEnergy Optimization in Process of Pump Station DesignWang Zhaohan, Xuan Changguo(1. School of Civil Engineering and Architecture, Jinan University, Jinan 250022, China; 2. Shandong Sou Project Management and Consultation Limited Company, Jinan 250002, China)Abstract Pumping system is one of the major energy -intensive systems in the national economy. Because some prob-lems of the design and management caused energy waste, the problem of inefficient of pumping system must be solved innergy-saving technology. The current problem was analyzed, and the methods of energy -saving technology were pro-Key words: pump station; efficiency; save energy; lensposed by analyzing the present situation of some pumping statio中国煤化工CNMHG