泵站節(jié)能技術(shù)及節(jié)能改造范例(湖南耐普泵業(yè)黃建平).doc

泵站節(jié)能技術(shù)及節(jié)能改造范例湖南耐普泵業(yè)有限公司總工程師：黃建平 一、前 言 隨著近30年來的快速增長，中國經(jīng)濟(jì)增長受資源、能源的約束越來越明顯，能源供求矛盾日益突出，環(huán)境污染嚴(yán)重。哥本哈根會議前夕，我國政府鄭重宣布和承諾：到2020年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的二氧化碳排放量比2005年下降40%45%。 水泵是國民經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用最廣泛、最普遍的通用機(jī)械，是各種流體裝置中不可替代的設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國約有20%的電能用于各類水泵的驅(qū)動，全年用電量為46900億度（其中水泵裝置為9380億度）。 而我國目前未改造的水泵效率平均比國外先進(jìn)水平低3%-5%，整個(gè)泵站系統(tǒng)的效率同比低20%左右。在此背景下，大量推廣運(yùn)用泵站節(jié)能技術(shù)有重大現(xiàn)實(shí)意義，運(yùn)用泵站節(jié)能技術(shù)可取得良好的節(jié)能效果，既符合我國節(jié)能減排的國策，又能為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。二、泵站節(jié)能技術(shù)的原理（一）泵運(yùn)行工況及效率泵的運(yùn)行工況是由泵的揚(yáng)程曲線（H-Q）與裝置的揚(yáng)程曲線（Hz-Q）的交點(diǎn)確定的。如圖1所示，A點(diǎn)即為運(yùn)行工況點(diǎn)，Q A與HA即為對應(yīng)的流量、揚(yáng)程工況參數(shù)，當(dāng)然還有對應(yīng)的運(yùn)行效率A。對于某一臺泵產(chǎn)品，制造廠都要提供一張相應(yīng)的性能曲線， 如圖2所示。從泵的性能曲線圖上可看出泵的最高效率max是多少（max一般對應(yīng)泵的設(shè)計(jì)工況參數(shù)Qp和Hp）。泵的最高效率值決定于泵的型式（離心式、混流式、軸流式）和泵的大小，國家已制定效率標(biāo)準(zhǔn)。對照國家標(biāo)準(zhǔn)可判斷廠家提供的泵產(chǎn)品效率值是否達(dá)到國家先進(jìn)水平。另外，如果我們確定了泵的運(yùn)行工況（QA和HA），就可以從性能曲線上找出對應(yīng)的運(yùn)行效率值A(chǔ)，可以判斷運(yùn)行效率是否在高效區(qū)（一般設(shè)計(jì)點(diǎn)流量Qp對應(yīng)的效率P最高，在0.8Qp和1.1Qp之間對應(yīng)的效率均屬高效區(qū)）。（二）泵站節(jié)能的途徑1、通過改造使泵能在高效區(qū)運(yùn)行。如圖3所示，我們選購的泵，其選型參數(shù)為QA和HA對應(yīng)的效率A，雖達(dá)到國家先進(jìn)水平。但是由于選型計(jì)算誤差太大，或選型流量、揚(yáng)程余量過大，使得泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)運(yùn)行工況不在（QA、HA）點(diǎn)，而在（QB、HB）點(diǎn)，在B點(diǎn)工況對應(yīng)的泵效率B遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于A，這種情況我們通常稱為偏工況運(yùn)行。通過改造（采用適宜高效水力部件如換葉輪、換泵、降速或調(diào)頻率）可使泵的運(yùn)行工況移到（QA、HA）點(diǎn) 同時(shí)運(yùn)行效率也達(dá)到高效率（如圖4所示），A比B要高。通常提高的幅度可達(dá)1030%。2、提高泵本身的效率。泵本身效率低，未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。原因不外乎兩個(gè)因素：一個(gè)是很久以前設(shè)計(jì)的老產(chǎn)品，效率低屬淘汰產(chǎn)品，國家已有高效節(jié)能替代產(chǎn)品可更換；另一個(gè)是一些不規(guī)范的沒有質(zhì)保體系的泵制造廠家的產(chǎn)品，其產(chǎn)品的性能、效率根本無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所以運(yùn)行效率也低。提高泵本身效率的措施有兩個(gè)：一是更換成高效節(jié)能泵，主要用于淘汰陳舊產(chǎn)品；二是新設(shè)計(jì)葉輪，因?yàn)楸玫男矢叩?，主要決定于葉輪。這個(gè)措施主要適用于制造質(zhì)量低劣的產(chǎn)品。不管是換泵，還是換葉輪，泵本身效率的提高幅度，一般約35%。3、合理調(diào)度運(yùn)行方式，以控制經(jīng)濟(jì)流量。 有些泵站的運(yùn)行流量，要根據(jù)用戶的要求予以控制，如電站的冷卻循環(huán)泵，它輸出的流量要根據(jù)發(fā)電負(fù)荷的大小以及冷熱季節(jié)的變化而予以控制。當(dāng)輸出的流量少了，不能滿足用戶要求；但輸出的流量過多，也會造成能源的浪費(fèi)。熱電站冷卻循環(huán)泵一般一機(jī)配兩泵，運(yùn)行方式為冬季一機(jī)一泵運(yùn)行，夏季一機(jī)兩泵運(yùn)行，運(yùn)行流量只有兩個(gè)（冬、夏季各一個(gè)）。 現(xiàn)在多數(shù)電站調(diào)變了運(yùn)行方式：一是將兩個(gè)機(jī)組的循環(huán)水的輸送母管加聯(lián)絡(luò)門聯(lián)通，在春秋季節(jié)時(shí)聯(lián)絡(luò)門打開，二機(jī)開三泵運(yùn)行，即一個(gè)機(jī)組的循環(huán)冷卻水總量居于原冬季最小流量和夏季最大流量之間，獲得春秋季所需要的聯(lián)絡(luò)流量；二是循環(huán)泵配用雙速電機(jī)（注意兩個(gè)轉(zhuǎn)速只能相差2級，如12/14、14/16、16/18。否則高低速不好搭配運(yùn)行），即可使二機(jī)四泵裝置的運(yùn)行方式三種變?yōu)榫欧N：二機(jī)開二低速泵；二機(jī)開一高一低速泵；二機(jī)開二高速泵；二機(jī)開三低速泵；二機(jī)開一高二低速泵；二機(jī)開二高一低速泵；二機(jī)開三高速泵；二機(jī)開三高速一低速泵；二機(jī)開四高速泵。 當(dāng)然實(shí)際運(yùn)行時(shí)，多簡化操作程序，可選用五種或七種運(yùn)行方式。這種泵運(yùn)行總流量的檔次更多，更合理，更經(jīng)濟(jì)。泵站改造節(jié)能的途徑主要是上述三個(gè)方面。三、泵站節(jié)能改造的工作程序 泵站節(jié)能改造工作是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)，也是可比性很強(qiáng)的工作，所以必須按照必要的工作程序，慎重對待，實(shí)事求是地進(jìn)行。必要的工作程序是：（一）現(xiàn)場調(diào)查裝置情況、原泵運(yùn)行流量、用戶的改造要求等等。（二）原泵運(yùn)行工況分析，包括運(yùn)行效率、改造的節(jié)能空間等。如果沒有或很小的節(jié)能空間，建議不要勉強(qiáng)改造。（三）做出既滿足技術(shù)要求、又經(jīng)濟(jì)合理和客戶認(rèn)可的改造方案。（四）簽訂技術(shù)協(xié)議和改造合同。（五）改造產(chǎn)品產(chǎn)成后，最好先在制造廠實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收，然后在現(xiàn)場調(diào)試驗(yàn)收。四、改造范例（一）中山中粵馬口鐵工業(yè)有限公司基板廠“高壓水泵節(jié)能技改項(xiàng)目”1、存在問題 應(yīng)用戶要求，我們派技術(shù)員于2011年9月赴水泵使用現(xiàn)場，進(jìn)行了深入調(diào)查，了解到各種運(yùn)行方式下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合廣州市能源檢測研究院2011年7月對2#高壓水泵運(yùn)行檢測結(jié)果，得出現(xiàn)場情況如下： 原水泵為水平中開單級雙吸泵，型號：NPS350-500，額定揚(yáng)程為77m，額定流量為1055m3/h；配套電機(jī)為Y4501-4-355KW，額定電壓為10KV,額定電流為25A,防護(hù)等級為IP23，額定轉(zhuǎn)速為1488r/min。 實(shí)際運(yùn)行工況為:流量為1410m3/h，揚(yáng)程為50m，電流為24A，效率約59.79%。2、解決方案（1）用戶需求用戶要求是在設(shè)計(jì)高效節(jié)能水泵時(shí)，除考慮節(jié)能效果最大化同時(shí)，必須滿足基板廠當(dāng)前循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用水要求，并留100m3/h以上余量，以滿足日后可能增加的用水設(shè)備要求。技術(shù)參數(shù)是：流量為1500m3/h， 揚(yáng)程為52m，電機(jī)功率為355KW。（2）改造方案經(jīng)過對現(xiàn)場調(diào)查材料的技術(shù)評審分析，以用戶需求為目標(biāo)，我們制定了水泵節(jié)能技術(shù)改造方案。這個(gè)方案的要點(diǎn)是在盡量減少改動原泵安裝基礎(chǔ)和管路前提下，重新設(shè)計(jì)符合現(xiàn)場工況的高效節(jié)能水平中開泵，新泵技術(shù)參數(shù)為：泵型號：NPS400-470A流量Q：1500m3/h揚(yáng)程H：52m（采用原電機(jī)，P=355KW） 設(shè)計(jì)時(shí)考慮到用戶增加100m3/h以上余量時(shí)，可用閥門調(diào)節(jié)至流量為1600m3/h,揚(yáng)程為50m工況使用。（3）實(shí)施步驟以不影響生產(chǎn)運(yùn)行為原則，先改造一臺高壓泵，待改造成功達(dá)到預(yù)期效果并試車合格后，再對另一臺高壓泵進(jìn)行改造。改造土建由用戶負(fù)責(zé)（土建方案優(yōu)選工程量最小方案），水泵安裝由泵廠家負(fù)責(zé)，水泵調(diào)試雙方共同參與進(jìn)行。（4）改造前后效果對比 改造在合同簽訂120日內(nèi)完成，經(jīng)過雙方創(chuàng)新合作，項(xiàng)目獲得圓滿成功。每年省電160萬度，完全達(dá)到了預(yù)期節(jié)能的目標(biāo)。 1#水泵技改前后能耗情況對比表技改前:實(shí)耗功率泵 號UPS350-500 1#2#每小時(shí)耗電量運(yùn)行模式設(shè)計(jì)為1用1備，現(xiàn)在運(yùn)行為1用1備，年運(yùn)行時(shí)間以8000小時(shí)1計(jì)每小時(shí)運(yùn)行功率（kW）368.5度技改后:實(shí)耗功率泵 號NPS400-470A 1#2#運(yùn)行模式1用1備，年運(yùn)行時(shí)間以8000小時(shí)1作保守計(jì)算每小時(shí)運(yùn)行功率（kW）275.2度技改前年耗電量(萬度)294.8技改后年耗電量(萬度)220.2節(jié)電效果年節(jié)約用電量（萬度）74.6年節(jié)約用電費(fèi)（萬元）59.68（電價(jià)按0.8元/度）節(jié)電率（%）25.3%（二）上海梅山鋼鐵股份有限公司連鑄水處理二期兩臺結(jié)晶器泵技術(shù)改造方案1、存在問題梅鋼連鑄水處理二期結(jié)晶器泵共有三臺水泵，正常運(yùn)行為2用1備。現(xiàn)有兩臺泵型號：300CPP-115A-2，流量Q=550m3/h，揚(yáng)程H=100m，電機(jī)型號：YKKL355-4W，電機(jī)功率250kw。年運(yùn)行時(shí)間在7200小時(shí)。該產(chǎn)品存在運(yùn)行效率低、耗能大等問題，通過專業(yè)公司的現(xiàn)場確認(rèn)和核算現(xiàn)有的效率為62%左右；同時(shí)運(yùn)行是泵震動偏大，給安全生產(chǎn)運(yùn)行帶來隱患。2、解決方案根據(jù)現(xiàn)場了解工況和檢測數(shù)據(jù)，以最終實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源和運(yùn)行平穩(wěn)的目的。在維持基礎(chǔ)及管路等接口尺寸保持與原泵一致，和使用原配套電機(jī)體的條件下，選用優(yōu)秀水力模型重新設(shè)計(jì)。新泵根據(jù)現(xiàn)場工況在結(jié)構(gòu)上也進(jìn)行了部分改進(jìn)。新泵技術(shù)參數(shù)為：泵型號：300LB-53X2流量Q：550m3/h揚(yáng)程H：100m（采用原電機(jī)，P=250KW）效率：77%3、效果評價(jià)經(jīng)過廠家精心組織，改造在合同簽訂90日內(nèi)完成了新型泵制造工作，新產(chǎn)品在工廠測試臺經(jīng)過運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)合格后，即運(yùn)往現(xiàn)場。由于新泵維持了原泵基礎(chǔ)尺寸，保留了原裝電機(jī)未變，現(xiàn)場安裝進(jìn)行很順利。經(jīng)過雙方創(chuàng)新合作，項(xiàng)目獲得圓滿成功。2011年9月新結(jié)晶器泵在梅鋼連鑄水處理二期梅鋼連鑄水處理二期投入運(yùn)行。 選用我公司立式長軸泵（300LB-53X2）后，與以前所使用的泵比較，在保持流量、揚(yáng)程不變的條件下，效率由61%提升至77%，水泵運(yùn)行效率提高15%，年節(jié)電24.7萬度/單臺。水泵技改前后能耗情況對比表技改前：實(shí)耗功率泵 號300CPP-115A-2 1#3#每小時(shí)耗電量運(yùn)行模式設(shè)計(jì)為2用1備，現(xiàn)在運(yùn)行為2用1備，年運(yùn)行時(shí)間以7500小時(shí)1計(jì)每小時(shí)運(yùn)行功率（kW）230（單泵）210度技改后：實(shí)耗功率泵 號300LB-53X2運(yùn)行模式2用1備，年運(yùn)行時(shí)間以7500小時(shí)1作保守計(jì)算每小時(shí)運(yùn)行功率（kW）197.1（單泵）技改前年耗電量(萬