“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中應用

寶鋼特鋼有限公司能源環(huán)保部 王宏寶

“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中應用

寶鋼特鋼有限公司能源環(huán)保部 王宏寶

前言

據不完全統(tǒng)計，全國水泵裝機約3000 萬臺，耗能總量約占全國發(fā)電量的20%～25%。2001 年聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織和國家發(fā)改委中國電機系統(tǒng)節(jié)能項目組的調查顯示：我國沒有改造的泵類產品效率平均比國外低5% ～8%，而整個水泵系統(tǒng)的效率要低20%左右。在應用系統(tǒng)分析方法對泵系統(tǒng)進行優(yōu)化的基礎上采用合適的節(jié)能水泵，可以使系統(tǒng)達到10%～40% 以上的節(jié)能效果，節(jié)能潛力巨大。

1 項目背景

寶鋼特鋼有限公司為發(fā)揮專業(yè)化管理作用，有效提升能源使用效率，切實做好節(jié)能減排工作，作為其下屬的能源環(huán)保部，對所管理的用能系統(tǒng)進行調研，并對用能不合理的環(huán)節(jié)進行改進。在對各循環(huán)水系統(tǒng)進行系統(tǒng)調研的時候發(fā)現，為保證安全及最大產量，系統(tǒng)設計的運行參數與實際生產情況并不完全匹配，設備供應能力往往大于工況需要。實際運行時往往是通過閥門的開啟度來調整供應，導致設備的用能很不合理，造成了能源的大量浪費。冷卻循環(huán)水系統(tǒng)一般都是長期連續(xù)運行,如能讓設備和實際工況合理匹配，那么系統(tǒng)將有巨大的節(jié)能空間。

2 選用技術

（1）節(jié)能技改方案的選擇

水泵系統(tǒng)節(jié)能改造主要有以下幾種方法：

1）通過優(yōu)化水泵水力設計和結構設計及提高制造精度來提高泵本身的效率；2）通過優(yōu)化配套電機及傳動裝置的設計來提高電機及傳動裝置本身的效率；

3）通過水泵、配套電機、傳動裝置、管網和用水設備匹配的優(yōu)化設計來提高裝置效率；

4）通過對水泵系統(tǒng)運行的科學調度來提高系統(tǒng)的運行效率。

5）變頻調速節(jié)能。

經過對多項水泵技能技術的研究及比較，并在上海市節(jié)能協(xié)會的推薦下，我部決定采用長沙翔鵝節(jié)能技術有限公司的“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術作為解決方案，并在條鋼廠線材分廠濁循環(huán)B03供水泵系統(tǒng)上進行節(jié)能改造。長沙翔鵝節(jié)能技術有限公司已為武漢鋼鐵集團、陽泉煤業(yè)集團等100多家單位提供了優(yōu)質的節(jié)能技改服務，取得了良好的社會效益和經濟效益。表明此項技術已經成熟，翔鶴公司已有相當經驗，選此節(jié)能改造技術我們抱有信心。

（2）“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術原理及內容

1）“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術簡介：利用精密的儀器和先進的檢測技術，檢測系統(tǒng)當前運行的工況參數和相關的設備參數。按照循環(huán)水泵系統(tǒng)經濟運行的原則，建立系統(tǒng)能量平衡測試與計算標準，從循環(huán)水泵組、管網、換熱設備、制冷設備、冷卻塔等方面入手，進行系統(tǒng)能量利用效率分析，評價系統(tǒng)當前能量利用效率指標，找出系統(tǒng)存在高能耗的原因。結合生產工藝要求，準確找到設備與流體輸送相匹配的最佳工況點，提出系統(tǒng)過程能量優(yōu)化解決方案，達到節(jié)能目的。

2）“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術是綜合系統(tǒng)節(jié)能技術，包含3個核心和1個重點。

核心1：高效節(jié)能水泵的設計與制造技術

①采用三元理論對水力模型及流道進行變分有限元三元流動分析，采用CFD分析和試驗研究，對水力模型進行篩選和修正，已開發(fā)多個國內領先，覆蓋離心泵、混流泵和軸流泵的高效水力模型。

②水力部件全部采用精密鑄造，提高表面質量和型線尺寸精度；中、大型葉輪采用焊接工藝，其中葉片為模鍛或數控加工。

③轉子部件精細加工，提高零件尺寸精度，減少密封間隙。

④過流部件表面噴涂特殊涂料，提高表面光潔度。

核心2：泵系統(tǒng)數據采集、診斷分析和優(yōu)改造技術

①專業(yè)技術人員利用高精度儀器儀表現場采集數據。

②由計算軟件診斷分析，提出優(yōu)化改造方案。

核心3：泵系統(tǒng)故障診斷、實時監(jiān)控、高效經濟運行與優(yōu)化調度技術

①根據泵系統(tǒng)的設備參數和工藝要求，通過在線軟件實時監(jiān)控，自尋優(yōu)給出滿足工藝要求條件下、實時電耗最低的運行調度方案。

②實時監(jiān)控設備振動、軸承溫度等，進行故障診斷，確保設備安全運行。

一個重點：水泵故障診斷、維修保養(yǎng)技術

專業(yè)設備診斷水泵故障，同步解決振動、噪音、泄漏、軸承發(fā)熱和汽蝕等運行故障，改善運行環(huán)境。

（3）“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術與變頻調速節(jié)能技術的區(qū)別

單一變頻技術根據水泵的出口壓力信號調節(jié)水泵電機的轉速，盡管能耗下降了，但流量也減少了，更嚴重的是水泵的工作特性曲線已嚴重偏離最佳效率工作區(qū)，實際上水泵的工作效率在下降，而且變頻改造的投資大、施工復雜，因此針對大型離心水泵的最佳節(jié)能措施是盡量提高水泵的工作效率，使水泵的高效率工作點盡量與水泵的實際工況相接近。應用“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術，重新設計高效水泵或高效葉輪，直接更換現役水泵或葉輪，可以實現高效節(jié)能增容的目的。

“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術和變頻技術，對水泵都可達到節(jié)能目的，區(qū)別在于變頻技術是在電機上做文章，根據用水負載的變化，來調整電機輸出功率；而“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術目的是提高水泵的實際工作效率。對于變負載的水泵機組，要想充分節(jié)能，兩項節(jié)能技術都實施是最佳辦法；但對于負載相對恒定的水泵機組，變頻技術就沒有用武之地，只能采用“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術。

3 項目概述

B03線材濁環(huán)供水泵系統(tǒng)配有7臺水泵，型號300S90A，額定流量756m3/h，額定揚程78m，轉速1450r/m in，某水泵廠生產。

配套電機型號Y355L1-4/280kW/380V/500A/ 1490 r/m in，某電機廠生產。運行模式：水泵并聯(lián)運行，5用2備或4用3備。

（1）技改前運行工況

技改前水泵運行工況與系統(tǒng)電單耗見表1、表2。

表1 5用2備時技改前水泵運行工況

表2 改造前系統(tǒng)電單耗

水泵的能耗浪費體現在以下幾點：1）水泵與整個系統(tǒng)不匹配，能耗增加；2）水泵偏離最佳工況范圍運行，實際效率低；3）水泵出口閥門開度小，局部阻力損失增大；4）水泵非最新節(jié)能泵，運行效率低。

（2）技改方案

用量身定做的7臺翔鵝高效節(jié)能泵替換系統(tǒng)目前運行的7臺水泵，原配套電機繼續(xù)使用，不更換，泵備用方式不作改動。運行模式和運行時間不變。

7臺水泵中包括6臺小泵和1臺大泵，其中大泵只是葉輪外徑與小泵不同，其余零部件尺寸均相同。大泵的的作用是滿足系統(tǒng)最大工況需求。

（3）方案實施

4 項目合作方式

長沙翔鵝節(jié)能技術有限公司在2012年被國家發(fā)改委評為全國十大合同能源管理示范單位，其絕大部分項目都是以合同能源管理模式執(zhí)行。本項目也采用了這種零投入，低風險的合同能源管理合作模式。

合同能源管理模式主要有以下幾個好處：

（1）用戶在“零投資、零風險、零浪費、高效益”保證下開展節(jié)能項目；用戶不用投資一分錢，就可安心、放心、開心享受節(jié)能效益；以節(jié)約的能源費用來支付節(jié)能項目的全部成本。

（2）用戶規(guī)避了節(jié)能項目的資金風險、質量風險、安全風險，節(jié)能服務公司以財產抵押來確保項目節(jié)能效益的承諾；客戶項目的長期節(jié)能效益成為節(jié)能服務公司的法定責任。

（3）用戶用浪費的能源，轉化為“零投資”的新技術設備；用浪費的能源，來投資節(jié)能改造；節(jié)能服務公司用新技術設備來換取用戶浪費的能源，化廢為寶，點石成金，實現多贏。

（4）在國家、企、事業(yè)專項節(jié)能改造投資資金不足的情況下，用戶可用外來資金完成節(jié)能改造項目。消除用戶對節(jié)能投資的財務壓力，消除用戶對節(jié)能效果的擔心。

（5）除了項目節(jié)能的直接效益，新技術設備還可使用戶降低維護成本，延長設備使用壽命，提高工作效率，提高能源管理的水平。

5 技改效果

技改后水泵運行工況與系統(tǒng)電單耗情況見表3、表4。

表3 技改后水泵運行工況

表4 改造后系統(tǒng)電單耗

技改前噸水電耗：0.4199（kWh/m3）

2.2.2 我國群眾體育研究的發(fā)文機構分析 從發(fā)文機構（表2）的統(tǒng)計來看，以第1作者身份發(fā)文量最多的單位是南京師范大學，北京體育大學和西安體育學院次之，發(fā)文量在5篇及以上的機構共11家，其中體育專業(yè)院校2家，師范類院校4家。從這些分析可以看出，我國體育專業(yè)院校對于群眾體育的研究力度還遠遠不夠，體育專業(yè)院校作為我國體育學研究的主要貢獻單位，應當為我國群眾體育研究貢獻自己的力量，從而推動我國群眾體育的科學發(fā)展。

技改后噸水電耗：0.2447（kWh/m3）

節(jié)能率：41.7%

經過3個月的運行，B03系統(tǒng)的水泵目前運行平穩(wěn)、安全，震動及電機工作溫度得到明顯的改善，節(jié)能率到達41.7%。

6 結束語

采用先進的“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術對水泵進行改造，可以從根本上解決目前循環(huán)水系統(tǒng)的能源浪費現象，經過對循環(huán)水系統(tǒng)的科學分析，找到水泵與系統(tǒng)的最佳匹配工況點，提高水泵效率，使系統(tǒng)達到最佳運行能力且高效經濟運行。此次改造，不僅節(jié)能效果顯著，且水泵的震動及電機運行溫度都得到明顯的改善，值得類似項目節(jié)能改造時參考和借鑒。

2014年黃浦區(qū)節(jié)能減排創(chuàng)新推進

3月12日，黃浦區(qū)召開“2014年黃浦區(qū)節(jié)能減排工作推進會”總結2013年黃浦區(qū)節(jié)能減排工作，部署2014年節(jié)能減排重點任務。

一是抓重點區(qū)域示范。實現低碳商業(yè)商務區(qū)、低碳創(chuàng)意園區(qū)、低碳居住社區(qū)“三區(qū)聯(lián)動”，以外灘-濱江低碳發(fā)展實踐區(qū)引領全區(qū)低碳城區(qū)建設。

二是抓重點領域挖潛。推動商業(yè)商務、社會事業(yè)、生產流通、公共機構等重點領域節(jié)能工程改造；推進能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設，拓展能耗監(jiān)測平臺公共服務功能。

三是抓重點企業(yè)管理。分解并下達各用能單位能源消費總量年度控制目標，健全節(jié)能目標責任評價、考核和獎懲制度，推進對標管理。

四是抓節(jié)能氛圍營造。推動公共建筑“包裝物減量”、“光盤行動”等系列低碳實踐體驗活動，創(chuàng)建一批綠色飯店、低碳踐行企業(yè)。開展社區(qū)居民節(jié)能“人人行動”，推進低碳社區(qū)創(chuàng)建，發(fā)動居民共同參與低碳社區(qū)建設，樹立綠色低碳生活消費新理念。

五是抓節(jié)能基礎保障。加大節(jié)能專項資金投入，對節(jié)能量明顯、具有示范意義的節(jié)能項目給予扶持，引導企業(yè)加大節(jié)能技改投入、有效應用先進節(jié)能技術。

（區(qū)節(jié)能辦）

王宏寶，工程碩士，高級合同能源管理師，就職于寶鋼特鋼有限公司，主要從事能源生產和技術管理。