變頻供水節能改造的可行性分析
2013-6-24 14:54:37??????點擊：
變頻供水節能改造的可行性分析
供水控制，歸根結底，是為了滿足用戶對流量的需求。所以，流量是供水系統的基本控制對象，但流量的檢測比較困難，費用也較高。考慮到在動態供水情況下，供水管道中水的壓力P的大小與供水能力和用水需求之間的平衡情況有關：當供水能力大于用水量時，管道壓力上升；當供水能力小于用水量時，則管道壓力下降；當供水能力等于用水量時，則管道壓力保持不變。可見，供水能力與用水需求之間的矛盾具體地反映在供水壓力的變化上。從而壓力就成了用來作為控制流量大小的參變量，也就是說，保持供水系統中某處壓力的恒定，也就保證了使供水能力和用水需求處于平衡狀態，恰到好處地滿足了用戶的用水要求，這就是恒壓供水所要達到的目的。而變頻調速給水系統有如下幾個優點：
1、 變頻供水能靈活控制供水壓力。
2、 采用變頻供水節電效果明顯。
3、 當異步電機在全壓啟動時從靜止狀態加速到額定轉速所需時間小于0.5秒，這意味著在不足0.5秒的時間里，水的流量從零猛增到額定流量，在極短時間內流量的巨大變化將引起對管道的壓強過高或過低的沖擊，壓力過高會爆管。直接停機同樣會引起壓力沖擊。使用變頻器調速后，可通過對加減速時間的合理預置來延長啟動和停止過程，合理控制供水壓力減少管道沖擊，最大限度保護管網，管件，同時也提高電機水泵的使用壽命。
一.變頻供水改造節能原理
泵站的裝機一般情況下是最不利條件下、最大時流量和所需相應揚程決定的。而實際上每天內只有很短時間能達到最大時流量，大多數時間里，二、三級泵站都處在小流量下工作,因此,平時大部分的時間內水泵都處于低負荷運行。為了適應流量的變化，二級和三級泵站在運行中采取關小出口閘門的辦法來控制流量。當用水量減小時，如果水泵正常運轉，則系統壓力將增高, 管網壓力過高，水龍頭和輸水管道往往被損壞。為了使水泵工作效率仍保持在高效區，采用關小出水閘閥來調節流量，從而造成出口閘門前后的壓力差值（少則幾米多則幾十米），這部分能量就白白地浪費于閘門阻力上,系統從電網所耗能量并沒有減少，電機的輸出功率基本沒有改變。閥門調整使運行工況達到了要求，但降低了能量的有效利用比例，從而導致損耗能量增加。通過現有的技術資料可知，此情況下閥門對水壓可產生10—20%的水壓降，也即在此上要多消耗10--20%的能量。采用變速調節，閥門全開狀態，無水壓損耗,根據工況的要求自動調節電機之速度，使之與負荷相適應，使水泵適應流量和揚程變化的要求,即在管道特性曲線基本不變時，采用改變轉速來改變泵的Q—H特性曲線。使它的工作點保持在高效段，達到輸入功率減少的目的。
二、變頻供水改造節能估算
采用恒壓調速,第一是提高水泵效率，第二是減少了用閥門節流引起的壓力損失,具有雙重節能效果。根據電機水泵水壓與流量的運行特性可知(在理想狀況下)：
（一）、泵的功率N1、供水量Q1與泵轉速n 1三者的關系如下式：
1、電機所耗功率與電機轉速3次成正比，即
N1/ N =（n 1/n）3
2、流量Q與電機轉速成正比，即
Q1/Q= n 1/n
3、揚程與電機轉速的平方成正比，即
H1/H= (n 1/n)2
4、電機軸功率P與水泵流量Q及揚程H之間有如下近似關系
P=2.73HQ/η,
式中： Q—額定流量， N—額定流量Q時的軸功率，n—水泵的額定轉速， H—揚程 ， P—電機軸功率 η為泵的效率
因額定流量Q=100%時，n=100%，N=100%，若n 1=90%n時，Q1=90%Q，N1=72.9%N，即可節電27.1%。若n 1=80%n時，Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可節電48.8%。當然,這種理論上的估算只能作為一個參考,在水泵的實際工作運行中,由于各種因素的影響,不可能完全達到這樣的節能效果。
由公式P=2.73HQ/η可見,水泵流量及揚程的變化均影響電機軸功率。因此,要得到更好的節能效果,采用分時的變流變壓控制系統,根據高、低峰用水量的變化,分時段設置不同的壓力,使水泵組合的揚程處處能與管道綜合的系統阻力相適應，通過變速調節,始終保持管網未稍的壓力穩定,當流量減少時,使水泵效率基本不變，仍在高效區域內，而水泵所需的軸功率卻相應減小了，轉速下降了,能耗也就降低了。
三、變頻供水改造經濟效益分析
某廠二、三級泵站出口壓力在0.3至0.45Mpa之間波動，假設正常用水時水泵出口壓力為0.35Mpa，則最大富裕壓力為0.1Mpa，達到正常用水時壓力的28.6%，這說明在用水低峰時間段富裕流量占正常用水時間段的28.6%。某廠二、三級泵站現每月的用電量約為8萬度左右，根據以上節能分析，做相對保守估算，以每月節約20%的電量來計，每月可節約16000多度電，可節約電費16000X0.62=9920元，全年可節約電費將近12萬元。除此之外，由于是恒壓供水，整個管網系統和設備是使用壽命也會增加，每年的維修費用也會相應降低。變頻給水設備投資費用約為20至25萬元，根據以上分析，該項投資可在兩年到三年內全部收回。
綜合以上分析及現有二、三及泵站的實際運行情況，我認為對二、三級泵站改為變頻定壓供水方式，技術上可行，節能方面經濟效益顯著，且能大大提高管網及設備的安全運行效率，降低維修費用。
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