專利名稱：一種循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種節(jié)能方法，特別是涉及 一 種循環(huán)水系統(tǒng)的 節(jié)能方法。
背景技術(shù)：
水泵廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金、環(huán)保和市政等 國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，是最主要的耗能設(shè)備之一，耗電約占總發(fā)電
量的20%。循環(huán)水系統(tǒng)如圖1所示，主要由泵1、傳動裝置2、 電動機(jī)3、電源裝置4、調(diào)速裝置5、吸入管路6、排出管路7、 換熱設(shè)備8和冷卻塔9等組成。絕大多數(shù)循環(huán)水系統(tǒng)存在效率 低、能耗高等問題，主要表現(xiàn)在1 )水泵及電機(jī)的本身設(shè)計(jì) 效率偏低，制造工藝落后；2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型偏差大，致使水 泵嚴(yán)重偏離最佳工況點(diǎn)運(yùn)行；3)管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工不合理， 造成局部阻力偏高，增加了揚(yáng)程損耗；4)管路系統(tǒng)滲漏、水 流旁通，增加了流量損耗；5 )水泵經(jīng)常變工況運(yùn)行，通過閥 門節(jié)流調(diào)節(jié)，增加了揚(yáng)程損耗；6 )系統(tǒng)不能根據(jù)工藝實(shí)際需 要科學(xué)調(diào)度，增加了功率損耗 ， 7 )運(yùn)行維護(hù)管理不當(dāng)，未及 時更換備件，增加了內(nèi)部泄漏損耗。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過對循環(huán)水系統(tǒng)的檢測 和分析后，提供一種全面、系統(tǒng)、徹底的循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能方 法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能方 法，通過數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)分析和定制高效節(jié)能泵三個歩驟來實(shí) 現(xiàn)
(一) 、采用壓力表、流量計(jì)、功率表、溫度計(jì)、巻尺等 工具，對循環(huán)水系統(tǒng)水泵進(jìn)出口壓力及幾何高度、電機(jī)電流及 電壓、系統(tǒng)的流量、進(jìn)水及回水溫度、泵出口及換熱設(shè)備上閥 門的開度，調(diào)速裝置的頻率等現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際測量；
(二) 、按照循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原則，建立系統(tǒng)能量 平衡測試與計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，從循環(huán)水泵組、管網(wǎng)、換熱設(shè)備、冷卻 塔等方面入手，進(jìn)行系統(tǒng)能量利用效率分析，評價系統(tǒng)當(dāng)前能 量利用效率指標(biāo)，找出系統(tǒng)存在高能耗的原因根據(jù)公式(1)計(jì)算水泵揚(yáng)程H:
其中 AZ—水泵進(jìn)出口的高差m
AP—水泵進(jìn)出口的壓差KPa
^一水泵的出口速度m/s
<formula>formula see original document page 5</formula>
^一水泵的進(jìn)口速度m/s
水泵進(jìn)出口之間的阻力損失m P —輸送介質(zhì)密度kg/m3 g—重力加速度m/s2 根據(jù)公式(2)計(jì)算管路特性曲線
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中 A/Z—進(jìn)出水池的高差m
K一管路阻力系數(shù)
Q—流量m7s 根據(jù)公式(3)計(jì)算節(jié)能改造前電機(jī)輸入功率P1:<formula>formula see original document page 5</formula>
其中 u—電機(jī)電壓v
I一電機(jī)電流A COS 4> —功率因素 根據(jù)公式(4)計(jì)算節(jié)能改造前水泵效率
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中 V —電機(jī)效率(％) (三)、結(jié)合生產(chǎn)工藝實(shí)際的要求，準(zhǔn)確找到設(shè)備與流體 輸送相匹配的最佳工況點(diǎn)，提出系統(tǒng)過程能量優(yōu)化解決方案， 達(dá)到高效節(jié)能目的，方法為-
根據(jù)換熱設(shè)備容量和進(jìn)水及回水溫差，確定實(shí)際需要的流 量Q2，采用公式(2)計(jì)算管路特性實(shí)際需要的揚(yáng)程H2;再根 據(jù)實(shí)際需要的流量Q2和揚(yáng)程H2，定制最高效率il正好在實(shí)際 需要點(diǎn)的高效節(jié)能泵；根據(jù)公式(5)計(jì)算節(jié)能改造后的電機(jī)輸入功率P2:
<formula>formula see original document page 6</formula>
根據(jù)公式(6)計(jì)算節(jié)能改造后的節(jié)電量P:
<formula>formula see original document page 6</formula>
根據(jù)公式(7)計(jì)算節(jié)能改造后的節(jié)電率M:
<formula>formula see original document page 6</formula>
具體實(shí)施時，通過整改系統(tǒng)存在的不利因素，采用高效節(jié) 能泵替換低效泵或更換高效節(jié)能葉輪，消除因系統(tǒng)配置不合理 引起的高能耗，提高流體輸送效率。對負(fù)荷變化較大的系統(tǒng)， 還安裝必要的自動控制系統(tǒng)，降低因負(fù)荷變化大引起的高能 耗，標(biāo)本兼治，達(dá)到系統(tǒng)、徹底和最佳的節(jié)能效果。實(shí)施方案
包括1 )整改系統(tǒng)不利因素加高效節(jié)能泵或高效葉輪；2 )整 改系統(tǒng)不利因素加高效節(jié)能泵或高效葉輪加自動控制系統(tǒng)；3 ) 整改系統(tǒng)不利因素加自動控制系統(tǒng)。
采用上述方案的循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能方法，具有如下優(yōu)點(diǎn) 1 )通過優(yōu)化水泵水力設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及提高制造精度提高了 泵本身的效率；
2) 通過優(yōu)化配套電機(jī)及傳動裝置的設(shè)計(jì)提高了電機(jī)及傳動裝 置本身的效率；
3) 通過水泵、電機(jī)、傳動裝置、調(diào)速裝置、管網(wǎng)和用水設(shè)備 匹配的優(yōu)化設(shè)計(jì)提高了裝置效率；
4) 通過對水泵系統(tǒng)運(yùn)行的科學(xué)調(diào)度提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
綜上所述，本發(fā)明根據(jù)不同循環(huán)水系統(tǒng)的特點(diǎn)，首先從系 統(tǒng)配置優(yōu)化入手，消除因配置不合理引起的高能耗，再從系統(tǒng) 運(yùn)行優(yōu)化入手，降低因負(fù)荷變化較大引起的高能耗，最后從水 泵的水力性能優(yōu)化入手，匹配高效率水泵或葉輪，標(biāo)本兼治， 達(dá)到全面、系統(tǒng)、徹底的節(jié)能效果。本發(fā)明的節(jié)能原理也可用 于風(fēng)機(jī)的送風(fēng)系統(tǒng)和排風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能改造。
附圖l為循環(huán)水系統(tǒng)組成示意圖； 附圖2為火力發(fā)電廠的循環(huán)水系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 參見圖2， 一火力發(fā)電廠的循環(huán)水系統(tǒng)包括水泵機(jī)組11、 進(jìn)出水管路12、進(jìn)水池10、冷卻塔13、凝汽器14、空冷器 15、冷油器16等，其節(jié)能改造包括三個步驟
首先，采用壓力表、流量計(jì)、功率表、溫度計(jì)、巻尺等工 具，對循環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際測量。進(jìn)水位為+2.2m， 水泵出口壓力為0. 19Mpa，表高+0. 5m，進(jìn)出水溫差5 °C ，冷卻 塔13布水高度+6.5m,系統(tǒng)流量3.56mVs。兩臺水泵的電流 分別為36A禾卩3 7. 5A，電壓為10. 2KV,電機(jī)功率因素0. 86,電機(jī) 效率93%。
然后，按照循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原則，建立系統(tǒng)能量平 衡測試與計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，從循環(huán)水泵組、管網(wǎng)、換熱設(shè)備、冷卻塔 等方面入手，進(jìn)行系統(tǒng)能量利用效率分析，評價系統(tǒng)當(dāng)前能量 利用效率指標(biāo)，找出系統(tǒng)存在高能耗的原因。 根據(jù)公式(1)計(jì)算水泵揚(yáng)程H:
保 100(k9.81 2x9.81 ， 7
根據(jù)公式(2)計(jì)算管路特性曲線
1&2=6.5-2.2+Kx3.562 K-1.097
根據(jù)公式(3)計(jì)算節(jié)能改造前電機(jī)輸入功率P1:
=x 10.2 x (31 + 32.5)x 0.86 = 964.76(燈)二 964760(『)
根據(jù)公式(4)計(jì)算節(jié)能改造前水泵效率pggi^1000 x 9.81 x 3.56 x 18.2
71.3%
， 964760 x0.93
經(jīng)上面的計(jì)算可知，水泵效率低，引起高能耗。 最后，結(jié)合生產(chǎn)工藝實(shí)際的要求，準(zhǔn)確找到設(shè)備與流體輸 送相匹配的最佳工況點(diǎn)，提出系統(tǒng)過程能量優(yōu)化解決方案，達(dá) 到高效節(jié)能目的。
換熱設(shè)備進(jìn)水及回水溫差只有5 °C ，溫差較小，而 一 般循環(huán) 水系統(tǒng)溫差為7"C 1(TC，說明目前系統(tǒng)的流量偏大，同時根 據(jù)凝汽器14、空冷器15、冷油器16設(shè)備名牌需要的總流量為 3. 25m7s，考慮一定安全余量，確定生產(chǎn)工藝實(shí)際需要的流量 為3.4m7s，采用公式(2)計(jì)算管路特性實(shí)際需要的揚(yáng)程H2。
-O+l.OQ^g2 =4.3+1.097x3.42 =1《附)
根據(jù)實(shí)際需要的流量3.4m7s和揚(yáng)程17m，定制最高效率 為85%的高效節(jié)能泵。
根據(jù)公式(3)計(jì)算節(jié)能改造后的電機(jī)輸入功率P2:
0.85x0.93 \ '
綜上所述，選擇輸入功率為717.29KW的電機(jī)作為本次節(jié) 能改造的電機(jī)。
根據(jù)公式(6)計(jì)算節(jié)能改造后的節(jié)電量P:
尸=S - P2 = 964.76 - 717.29 = 247.47(認(rèn))
根據(jù)公式(7)計(jì)算節(jié)能改造后的節(jié)電率M:<formula>formula see original document page 8</formula>上面的計(jì)算可知，節(jié)能 效果非常明顯。按上述方法改造的節(jié)能泵，經(jīng)現(xiàn)場運(yùn)行測試，達(dá)到了設(shè)計(jì) 節(jié)能效果。
本發(fā)明根據(jù)不同循環(huán)水系統(tǒng)的特點(diǎn)，首先從系統(tǒng)配置優(yōu)化 入手，消除因配置不合理引起的高能耗，再從系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化入 手，降低因負(fù)荷變化較大引起的高能耗，最后從水泵的水力性 能優(yōu)化入手，匹配高效率水泵或葉輪，標(biāo)本兼治，達(dá)到全面、 系統(tǒng)、徹底的節(jié)能效果。
本發(fā)明的節(jié)能原理可用于工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，包括鋼 鐵、石油化工、煤化工、電力、冶金、制藥等。市政供水系統(tǒng)， 包括自來水、污水處理等。供熱采暖系統(tǒng)，包括熱電廠、供熱 站等。中央空調(diào)系統(tǒng)，包括賓館及制藥、電子、汽車、新材料 的生產(chǎn)車間潔凈空調(diào)系統(tǒng)等。也可用于風(fēng)機(jī)的送風(fēng)系統(tǒng)和排風(fēng) 系統(tǒng)節(jié)能改造。
本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的人員應(yīng)該認(rèn)識到，上述實(shí)施例并非用作對 本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，任何對上述 實(shí)施例技術(shù)變化、變型方案均未超出本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能方法，通過數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)分析和定制高效節(jié)能泵三個步驟來實(shí)現(xiàn)，其特征是(一)、采用壓力表、流量計(jì)、功率表、溫度計(jì)、卷尺等工具，對循環(huán)水系統(tǒng)水泵進(jìn)出口壓力及幾何高度、電機(jī)電流及電壓、系統(tǒng)的流量、進(jìn)水及回水溫度、泵出口及換熱設(shè)備上閥門的開度，調(diào)速裝置的頻率等現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際測量；(二)、按照循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原則，建立系統(tǒng)能量平衡測試與計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，從循環(huán)水泵組、管網(wǎng)、換熱設(shè)備、冷卻塔等方面入手，進(jìn)行系統(tǒng)能量利用效率分析，評價系統(tǒng)當(dāng)前能量利用效率指標(biāo)，找出系統(tǒng)存在高能耗的原因根據(jù)公式(1)計(jì)算水泵揚(yáng)程H<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>H</mi><mo>=</mo><mi>ΔZ</mi><mo>+</mo><mfrac> <mi>ΔP</mi> <mi>ρg</mi></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>V</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn></msubsup><mo>-</mo><msubsup> <mi>V</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn></msubsup> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>g</mi> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mi>Δh</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中ΔZ-水泵進(jìn)出口的高差mΔP-水泵進(jìn)出口的壓差KPaV2-水泵的出口速度m/sV1-水泵的進(jìn)口速度m/sΔh-水泵進(jìn)出口之間的阻力損失mρ-輸送介質(zhì)密度kg/m3g-重力加速度m/s2根據(jù)公式(2)計(jì)算管路特性曲線H＝ΔH+KQ2(2)其中ΔH-進(jìn)出水池的高差mK-管路阻力系數(shù)Q-流量m3/s根據(jù)公式(3)計(jì)算節(jié)能改造前電機(jī)輸入功率P1<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msqrt> <mn>3</mn></msqrt><mi>UI</mi><mi>cos</mi><mi>φ</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中U-電機(jī)電壓VI-電機(jī)電流ACOSφ-功率因素根據(jù)公式(4)計(jì)算節(jié)能改造前水泵效率<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>η</mi><mo>=</mo><mfrac> <mi>ρgQH</mi> <mrow><msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn></msub><mi>Ψ</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中ψ-電機(jī)效率(％)(三)、結(jié)合生產(chǎn)工藝實(shí)際的要求，準(zhǔn)確找到設(shè)備與流體輸送相匹配的最佳工況點(diǎn)，提出系統(tǒng)過程能量優(yōu)化解決方案，達(dá)到高效節(jié)能目的，方法為根據(jù)換熱設(shè)備容量和進(jìn)水及回水溫差，確定實(shí)際需要的流量Q2，采用公式(2)計(jì)算管路特性實(shí)際需要的揚(yáng)程H2；再根據(jù)實(shí)際需要的流量Q2和揚(yáng)程H2，定制最高效率η正好在實(shí)際需要點(diǎn)的高效節(jié)能泵；根據(jù)公式(5)計(jì)算節(jié)能改造后的電機(jī)輸入功率P2<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>P</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>ρg</mi><msub> <mi>Q</mi> <mn>2</mn></msub><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow> <mi>ηΨ</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>.</mo> </mrow>]]></math></maths>
全文摘要
本發(fā)明公開了一種循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能方法，首先檢測系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行的工況參數(shù)和相關(guān)的設(shè)備參數(shù)。然后，按照循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原則，建立系統(tǒng)能量平衡測試與計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，從循環(huán)水泵組、管網(wǎng)、換熱設(shè)備、制冷設(shè)備、冷卻塔等方面入手，進(jìn)行系統(tǒng)能量利用效率分析，評價系統(tǒng)當(dāng)前能量利用效率指標(biāo)，找出系統(tǒng)存在高能耗的原因。最后，結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，準(zhǔn)確找到設(shè)備與流體輸送相匹配的最佳工況點(diǎn)，提出系統(tǒng)過程能量優(yōu)化解決方案，達(dá)到高效節(jié)能目的。本發(fā)明是通過對循環(huán)水系統(tǒng)的檢測和分析后，提供一種全面、系統(tǒng)、徹底的循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能方法。
文檔編號F04D13/06GK101666319SQ200910044458
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者波 吳 申請人:長沙翔鵝節(jié)能技術(shù)有限公司