变频供水节能改造的可行性分析
2013/6/24 14:54:37 点击：
变频供水节能改造的可行性分析
供水控制，归根结底，是为了满足用户对流量的需求。所以，流量是供水系统的基本控制对象，但流量的检测比较困难，费用也较高。考虑到在动态供水情况下，供水管道中水的压力P的大小与供水能力和用水需求之间的平衡情况有关：当供水能力大于用水量时，管道压力上升；当供水能力小于用水量时，则管道压力下降；当供水能力等于用水量时，则管道压力保持不变。可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体地反映在供水压力的变化上。从而压力就成了用来作为控制流量大小的参变量，也就是说，保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了使供水能力和用水需求处于平衡状态，恰到好处地满足了用户的用水要求，这就是恒压供水所要达到的目的。而变频调速给水系统有如下几个优点：
1、 变频供水能灵活控制供水压力。
2、 采用变频供水节电效果明显。
3、 当异步电机在全压启动时从静止状态加速到额定转速所需时间小于0.5秒，这意味着在不足0.5秒的时间里，水的流量从零猛增到额定流量，在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击，压力过高会爆管。直接停机同样会引起压力冲击。使用变频器调速后，可通过对加减速时间的合理预置来延长启动和停止过程，合理控制供水压力减少管道冲击，最大限度保护管网，管件，同时也提高电机水泵的使用寿命。
一.变频供水改造节能原理
泵站的装机一般情况下是最不利条件下、最大时流量和所需相应扬程决定的。而实际上每天内只有很短时间能达到最大时流量，大多数时间里，二、三级泵站都处在小流量下工作,因此,平时大部分的时间内水泵都处于低负荷运行。为了适应流量的变化，二级和三级泵站在运行中采取关小出口闸门的办法来控制流量。当用水量减小时，如果水泵正常运转，则系统压力将增高, 管网压力过高，水龙头和输水管道往往被损坏。为了使水泵工作效率仍保持在高效区，采用关小出水闸阀来调节流量，从而造成出口闸门前后的压力差值（少则几米多则几十米），这部分能量就白白地浪费于闸门阻力上,系统从电网所耗能量并没有减少，电机的输出功率基本没有改变。阀门调整使运行工况达到了要求，但降低了能量的有效利用比例，从而导致损耗能量增加。通过现有的技术资料可知，此情况下阀门对水压可产生10—20%的水压降，也即在此上要多消耗10--20%的能量。采用变速调节，阀门全开状态，无水压损耗,根据工况的要求自动调节电机之速度，使之与负荷相适应，使水泵适应流量和扬程变化的要求,即在管道特性曲线基本不变时，采用改变转速来改变泵的Q—H特性曲线。使它的工作点保持在高效段，达到输入功率减少的目的。
二、变频供水改造节能估算
采用恒压调速,第一是提高水泵效率，第二是减少了用阀门节流引起的压力损失,具有双重节能效果。根据电机水泵水压与流量的运行特性可知(在理想状况下)：
（一）、泵的功率N1、供水量Q1与泵转速n 1三者的关系如下式：
1、电机所耗功率与电机转速3次成正比，即
N1/ N =（n 1/n）3
2、流量Q与电机转速成正比，即
Q1/Q= n 1/n
3、扬程与电机转速的平方成正比，即
H1/H= (n 1/n)2
4、电机轴功率P与水泵流量Q及扬程H之间有如下近似关系
P=2.73HQ/η,
式中： Q—额定流量， N—额定流量Q时的轴功率，n—水泵的额定转速， H—扬程 ， P—电机轴功率 η为泵的效率
因额定流量Q=100%时，n=100%，N=100%，若n 1=90%n时，Q1=90%Q，N1=72.9%N，即可节电27.1%。若n 1=80%n时，Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可节电48.8%。当然,这种理论上的估算只能作为一个参考,在水泵的实际工作运行中,由于各种因素的影响,不可能完全达到这样的节能效果。
由公式P=2.73HQ/η可见,水泵流量及扬程的变化均影响电机轴功率。因此,要得到更好的节能效果,采用分时的变流变压控制系统,根据高、低峰用水量的变化,分时段设置不同的压力,使水泵组合的扬程处处能与管道综合的系统阻力相适应，通过变速调节,始终保持管网未稍的压力稳定,当流量减少时,使水泵效率基本不变，仍在高效区域内，而水泵所需的轴功率却相应减小了，转速下降了,能耗也就降低了。
三、变频供水改造经济效益分析
某厂二、三级泵站出口压力在0.3至0.45Mpa之间波动，假设正常用水时水泵出口压力为0.35Mpa，则最大富裕压力为0.1Mpa，达到正常用水时压力的28.6%，这说明在用水低峰时间段富裕流量占正常用水时间段的28.6%。某厂二、三级泵站现每月的用电量约为8万度左右，根据以上节能分析，做相对保守估算，以每月节约20%的电量来计，每月可节约16000多度电，可节约电费16000X0.62=9920元，全年可节约电费将近12万元。除此之外，由于是恒压供水，整个管网系统和设备是使用寿命也会增加，每年的维修费用也会相应降低。变频给水设备投资费用约为20至25万元，根据以上分析，该项投资可在两年到三年内全部收回。
综合以上分析及现有二、三及泵站的实际运行情况，我认为对二、三级泵站改为变频定压供水方式，技术上可行，节能方面经济效益显著，且能大大提高管网及设备的安全运行效率，降低维修费用。
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