淺談水循環系統節能技改技術推廣應用

杜丙福，程應軍，崔積家

（1.濟南市水務工程質量與安全中心，山東 濟南 250099；2.濟南市清源水務集團有限公司，山東 濟南 250099；3.山東省工程咨詢院，山東 濟南 250013）

隨著高新科技進步，技術力量研發能力的加大和高質量發展新時代的到來，山東省會濟南的節約能源也快速融入高質量發展階段之中。濟南市生活垃圾綜合處理廠的垃圾焚燒發電項目是2021年度山東省、濟南市重點建設的再生能源項目，該項目的建設和運營方式采用BOT方式。

光大環保能源（濟南）有限公司為濟南市生活垃圾綜合處理廠的垃圾焚燒發電項目的投資興建單位。光大環保能源（濟南）有限公司分兩期建設，總投資約12.5億元。項目建設占地面積為8 hm2，一期投資約8.9億元，建設規模為4條500 t/d的垃圾焚燒生產線，配置2套18MW的汽輪發電機組；二期投資約3.6億元，建設規模為1條750 t/d的垃圾焚燒生產線，配置1套15MW的汽輪發電機組。項目日焚燒處理生活垃圾總量約2 750 t，年焚燒處理生活垃圾總量不低于97.2萬t，每年可提供綠色電力約3.6億度，是曾獲“魯班獎”的生活垃圾焚燒發電項目，年節約標準煤約120萬t。

目前一期循環水系統配置4臺循泵，通過閘門互聯互通，常年運行兩臺機組（夏天高峰期啟用3臺，滿足運行條件），流量2 895 m3/h，揚程28 m；電機功率為355 kW，電壓等級10 KV，電機轉1480rmp，夏季循環水量約85 000 m3/h，其余季節循環水用量約6 000 m3/h，在滿負荷運行工況下，凝汽器的真空度為：春、冬、秋季不低于－93 kPa；夏季不低于－90 kPa。

1 技改的必要性

濟南市生活垃圾綜合處理廠的垃圾焚燒發電項目在該套水循環系統運行以來，就存在能源浪費和設計等方面的不足，其主要存在5個方面的不足或缺陷：

1）噪聲嚴重超標。據測定，機組運行時，嚴重超過項目建設環評批復廠界排放執行《聲環境質量標準》（GB3096－2008）Ⅱ類標準，已經達到了85 dB（A）。

2）設備故障率高。因機組與現場運行工況不匹配，致水泵故障率嚴重偏高，每年需要兩次大修，不僅無法保證水循環系統安全運行，而且維護成本偏高。

3）運行效率低。水泵非高效節能泵，本身設計效率較低，制造精度較差；根據循環水系統運行數據分析可知，循泵實際運行效率為41%。

管阻曲線與水泵特性曲線不匹配；現場配置的管阻曲線為28 m，而實際工況管阻為11～15 m。

水泵與整個系統不匹配，能耗增加；現場單泵供給循環水量3 000 m3/h，母管壓力為0.11～0.15 MPa；而現場選擇單泵流量為2 789 m3/h，揚程28 m。

水泵配置材質不高；經現場對水質檢測，循環水含氯離子量摩爾濃度較高。而能有效應對氯離子的材質為316 L，或更好的雙相不銹鋼材質。水泵存在嚴重汽蝕現象。

4）機組穩定性差。選用四極電機，轉速過高，靜、動平衡性差，致其穩定性差；

5）無用工較多。整套設備24 h運轉，循環水系統存在嚴重旁通回流，增加設備無效損耗，浪費用電等。

2 技術可行性分析

流體輸送系統優化技術是以系統優化、實現最佳工況運行為技術標準，集系統電氣優化、系統配置優化、系統運行優化和水泵水力性能優化于一體的新型節能改造技術。通過對當前運行工況參數的采集，準確判斷引起高能耗的各種原因，建立準確的水力數學模型，找出最佳工況點，提出最佳匹配方案。從降低系統阻力、提高水泵效率、調整水力平衡三方面入手，消除因系統配置不合理引起的高耗能；并安裝相應自動控制系統，降低因負荷變化較大引起的高耗能，標本兼治，達到最佳節能效果。

1）由于本系統存在上述高能耗原因，在滿足工藝要求前提下，（最好有計算或理論）通過提高水泵效率，降低電機轉速，增加變頻設備，保證系統正常經濟運行來實現節能。

原理：系統流體介質輸送系統存在“大流量、低效率、高能耗”的狀況，按最佳工況運行原則，建立專業水力數學模型和參數采集標準，通過檢測復核當前運行的工況參數和設備額定參數，準確判斷引起高能耗的各種原因，準確找到最佳工況點，并提出最佳匹配方案；然后通過整改不利因素，按最佳運行工況參數定做“科維高效節能泵”替換目前處于偏工況、低效率運行的水泵，消除因系統配置不合理引起的高能耗；并安裝相應自動控制系統，降低因負荷較大變化引起的高能耗，標本兼治，達到最佳節能效果。

2）實現高質量的節能、高效。

（1）水泵效率的提高。通過選擇優秀水力模型、葉輪出口角的修正、流道打磨、泵體與泵蓋的合縫修正、提高加工精度、減少磨擦、減少容積損失等方式來減少無用能耗，提高水泵本身效率。

（2）超流量時，減部分流量。如果系統的實際流量遠遠超過系統的實際需求流量，通常表現為供回水溫差較小，則可以減少一部分流量，但仍會在系統需求的流量的基礎上留有保險系數。

（3）變頻技術。循環水系統存在夏季和其它三個季節不同運行工況（夏季三臺并聯運行，其它季節兩臺并聯運行），不僅要滿足大流量時高效運行，還需考慮滿足小流量時的效率。為此增設變頻設備（ABB），采用閉環自動調節技術實現節能。

（4）選用優良的材質。為確保機組長期在高效區安全平穩運行，水泵選用了優于不銹鋼316 L的雙相鋼，電機由四極變為十極，轉速由1480轉降為590轉。

3 項目更新方案

1）技術路線。針對機組低效率、高耗能、故障率高、噪聲大等特點，技改廠家從流體力學原理、制作工藝、制作材質機電設備選型等方面入手，徹底解決了水循環系統存在的弊端，節電率達到53%以上。

2）具體實施方案。改造循泵的進、出口大小經；更換兩臺泵組；另設置兩面控制柜；更換高、低壓電纜；增設一臺節能型500 KVA變壓器；更換一臺變壓器保護裝置；增加兩臺只三相四線制電度表；修復流量計一臺。

4 節能技改方案的效益分析

自從水循環系統設備技改投入運行以來，達到了如下效果：

1）高效節能泵更適合現場運行工況，保證在高效區運行，節能效果顯著。

2）水泵的品質得到質的提高，擁有國際最先進的水泵設計和制造的技術的泵業及結合自己專利技術的產品，主要部件選用雙相不銹鋼，確保連續20年內高效運行。

3）徹底解決水泵汽蝕現象，循泵噪音在85 dB以內（即距泵體外壁1 m、距地面高（泵高+1）/2 m處的噪聲不大于85 dB（A）），安全保障率大大提高。

4）配套為國際知名品牌高效十極電機，運行更加安全、平穩。

5）循環水系統得到優化，供水保障率得到質的提高，系統高效節能運行。

6）帶來可觀的經濟效益，預計節電率達到53%及以上，年節約電量約237萬度，年節約電費153.8萬（不包括設備維修的間接費用和政府節能補貼資金）。

7）年節約標準煤790 t，減少二氧化碳排放量2 054 t，減少碳排放，實現碳中和，符合國家產業政策。