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

寶鋼特鋼有限公司能源環(huán)保部 王宏寶

前言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國水泵裝機(jī)約3000 萬臺(tái)，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(jī)系統(tǒng)節(jié)能項(xiàng)目組的調(diào)查顯示：我國沒有改造的泵類產(chǎn)品效率平均比國外低5% ～8%，而整個(gè)水泵系統(tǒng)的效率要低20%左右。在應(yīng)用系統(tǒng)分析方法對泵系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上采用合適的節(jié)能水泵，可以使系統(tǒng)達(dá)到10%～40% 以上的節(jié)能效果，節(jié)能潛力巨大。

1 項(xiàng)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(shí)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(jìn)行調(diào)研，并對用能不合理的環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。在對各循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，為保證安全及最大產(chǎn)量，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的運(yùn)行參數(shù)與實(shí)際生產(chǎn)情況并不完全匹配，設(shè)備供應(yīng)能力往往大于工況需要。實(shí)際運(yùn)行時(shí)往往是通過閥門的開啟度來調(diào)整供應(yīng)，導(dǎo)致設(shè)備的用能很不合理，造成了能源的大量浪費(fèi)。冷卻循環(huán)水系統(tǒng)一般都是長期連續(xù)運(yùn)行,如能讓設(shè)備和實(shí)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(shù)

（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(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jī)及傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)來提高電機(jī)及傳動(dòng)裝置本身的效率；

3）通過水泵、配套電機(jī)、傳動(dòng)裝置、管網(wǎng)和用水設(shè)備匹配的優(yōu)化設(shè)計(jì)來提高裝置效率；

4）通過對水泵系統(tǒng)運(yùn)行的科學(xué)調(diào)度來提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

5）變頻調(diào)速節(jié)能。

經(jīng)過對多項(xiàng)水泵技能技術(shù)的研究及比較，并在上海市節(jié)能協(xié)會(huì)的推薦下，我部決定采用長沙翔鵝節(jié)能技術(shù)有限公司的“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術(shù)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(jìn)行節(jié)能改造。長沙翔鵝節(jié)能技術(shù)有限公司已為武漢鋼鐵集團(tuán)、陽泉煤業(yè)集團(tuán)等100多家單位提供了優(yōu)質(zhì)的節(jié)能技改服務(wù)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。表明此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟，翔鶴公司已有相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)，選此節(jié)能改造技術(shù)我們抱有信心。

（2）“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術(shù)原理及內(nèi)容

1）“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術(shù)簡介：利用精密的儀器和先進(jìn)的檢測技術(shù)，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)。按照循環(huán)水泵系統(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(jià)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。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)到節(jié)能目的。

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

核心1：高效節(jié)能水泵的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)

①采用三元理論對水力模型及流道進(jìn)行變分有限元三元流動(dòng)分析，采用CFD分析和試驗(yàn)研究，對水力模型進(jìn)行篩選和修正，已開發(fā)多個(gè)國內(nèi)領(lǐng)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(zhì)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(shù)控加工。

③轉(zhuǎn)子部件精細(xì)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(shù)據(jù)采集、診斷分析和優(yōu)改造技術(shù)

①專業(yè)技術(shù)人員利用高精度儀器儀表現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)。

②由計(jì)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(shí)時(shí)監(jiān)控、高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與優(yōu)化調(diào)度技術(shù)

①根據(jù)泵系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)和工藝要求，通過在線軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控，自尋優(yōu)給出滿足工藝要求條件下、實(shí)時(shí)電耗最低的運(yùn)行調(diào)度方案。

②實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備振動(dòng)、軸承溫度等，進(jìn)行故障診斷，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

一個(gè)重點(diǎn)：水泵故障診斷、維修保養(yǎng)技術(shù)

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

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

單一變頻技術(shù)根據(jù)水泵的出口壓力信號(hào)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，盡管能耗下降了，但流量也減少了，更嚴(yán)重的是水泵的工作特性曲線已嚴(yán)重偏離最佳效率工作區(qū)，實(shí)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(fù)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(diǎn)盡量與水泵的實(shí)際工況相接近。應(yīng)用“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術(shù)，重新設(shè)計(jì)高效水泵或高效葉輪，直接更換現(xiàn)役水泵或葉輪，可以實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能增容的目的。

“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術(shù)和變頻技術(shù)，對水泵都可達(dá)到節(jié)能目的，區(qū)別在于變頻技術(shù)是在電機(jī)上做文章，根據(jù)用水負(fù)載的變化，來調(diào)整電機(jī)輸出功率；而“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術(shù)目的是提高水泵的實(shí)際工作效率。對于變負(fù)載的水泵機(jī)組，要想充分節(jié)能，兩項(xiàng)節(jié)能技術(shù)都實(shí)施是最佳辦法；但對于負(fù)載相對恒定的水泵機(jī)組，變頻技術(shù)就沒有用武之地，只能采用“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術(shù)。

3 項(xiàng)目概述

B03線材濁環(huán)供水泵系統(tǒng)配有7臺(tái)水泵，型號(hào)300S90A，額定流量756m3/h，額定揚(yáng)程78m，轉(zhuǎn)速1450r/m in，某水泵廠生產(chǎn)。

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

（1）技改前運(yùn)行工況

技改前水泵運(yùn)行工況與系統(tǒng)電單耗見表1、表2。

表1 5用2備時(shí)技改前水泵運(yùn)行工況

表2 改造前系統(tǒng)電單耗

水泵的能耗浪費(fèi)體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1）水泵與整個(gè)系統(tǒng)不匹配，能耗增加；2）水泵偏離最佳工況范圍運(yùn)行，實(shí)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(yùn)行效率低。

（2）技改方案

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

7臺(tái)水泵中包括6臺(tái)小泵和1臺(tái)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(shí)施

4 項(xiàng)目合作方式

長沙翔鵝節(jié)能技術(shù)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(xiàng)目都是以合同能源管理模式執(zhí)行。本項(xiàng)目也采用了這種零投入，低風(fēng)險(xiǎn)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(gè)好處：

（1）用戶在“零投資、零風(fēng)險(xiǎn)、零浪費(fèi)、高效益”保證下開展節(jié)能項(xiàng)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(fèi)用來支付節(jié)能項(xiàng)目的全部成本。

（2）用戶規(guī)避了節(jié)能項(xiàng)目的資金風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)能服務(wù)公司以財(cái)產(chǎn)抵押來確保項(xiàng)目節(jié)能效益的承諾；客戶項(xiàng)目的長期節(jié)能效益成為節(jié)能服務(wù)公司的法定責(zé)任。

（3）用戶用浪費(fèi)的能源，轉(zhuǎn)化為“零投資”的新技術(shù)設(shè)備；用浪費(fèi)的能源，來投資節(jié)能改造；節(jié)能服務(wù)公司用新技術(shù)設(shè)備來換取用戶浪費(fèi)的能源，化廢為寶，點(diǎn)石成金，實(shí)現(xiàn)多贏。

（4）在國家、企、事業(yè)專項(xiàng)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(xiàng)目。消除用戶對節(jié)能投資的財(cái)務(wù)壓力，消除用戶對節(jié)能效果的擔(dān)心。

（5）除了項(xiàng)目節(jié)能的直接效益，新技術(shù)設(shè)備還可使用戶降低維護(hù)成本，延長設(shè)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(yùn)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(yùn)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(jī)構(gòu)分析 從發(fā)文機(jī)構(gòu)（表2）的統(tǒng)計(jì)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(xué)，北京體育大學(xué)和西安體育學(xué)院次之，發(fā)文量在5篇及以上的機(jī)構(gòu)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，體育專業(yè)院校作為我國體育學(xué)研究的主要貢獻(xiàn)單位，應(yīng)當(dāng)為我國群眾體育研究貢獻(xiàn)自己的力量，從而推動(dòng)我國群眾體育的科學(xué)發(fā)展。

技改后噸水電耗：0.2447（kWh/m3）

節(jié)能率：41.7%

經(jīng)過3個(gè)月的運(yùn)行，B03系統(tǒng)的水泵目前運(yùn)行平穩(wěn)、安全，震動(dòng)及電機(jī)工作溫度得到明顯的改善，節(jié)能率到達(dá)41.7%。

6 結(jié)束語

采用先進(jìn)的“3+1”流體輸送高效節(jié)能技術(shù)對水泵進(jìn)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(fèi)現(xiàn)象，經(jīng)過對循環(huán)水系統(tǒng)的科學(xué)分析，找到水泵與系統(tǒng)的最佳匹配工況點(diǎn)，提高水泵效率，使系統(tǒng)達(dá)到最佳運(yùn)行能力且高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。此次改造，不僅節(jié)能效果顯著，且水泵的震動(dòng)及電機(jī)運(yùn)行溫度都得到明顯的改善，值得類似項(xiàng)目節(jié)能改造時(shí)參考和借鑒。

2014年黃浦區(qū)節(jié)能減排創(chuàng)新推進(jìn)

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(jìn)會(huì)”總結(jié)2013年黃浦區(qū)節(jié)能減排工作，部署2014年節(jié)能減排重點(diǎn)任務(wù)。

一是抓重點(diǎn)區(qū)域示范。實(shí)現(xiàn)低碳商業(yè)商務(wù)區(qū)、低碳創(chuàng)意園區(qū)、低碳居住社區(qū)“三區(qū)聯(lián)動(dòng)”，以外灘-濱江低碳發(fā)展實(shí)踐區(qū)引領(lǐng)全區(qū)低碳城區(qū)建設(shè)。

二是抓重點(diǎn)領(lǐng)域挖潛。推動(dòng)商業(yè)商務(wù)、社會(huì)事業(yè)、生產(chǎn)流通、公共機(jī)構(gòu)等重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能工程改造；推進(jìn)能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，拓展能耗監(jiān)測平臺(tái)公共服務(wù)功能。

三是抓重點(diǎn)企業(yè)管理。分解并下達(dá)各用能單位能源消費(fèi)總量年度控制目標(biāo)，健全節(jié)能目標(biāo)責(zé)任評價(jià)、考核和獎(jiǎng)懲制度，推進(jìn)對標(biāo)管理。

四是抓節(jié)能氛圍營造。推動(dòng)公共建筑“包裝物減量”、“光盤行動(dòng)”等系列低碳實(shí)踐體驗(yàn)活動(dòng)，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(dòng)”，推進(jìn)低碳社區(qū)創(chuàng)建，發(fā)動(dòng)居民共同參與低碳社區(qū)建設(shè)，樹立綠色低碳生活消費(fèi)新理念。

五是抓節(jié)能基礎(chǔ)保障。加大節(jié)能專項(xiàng)資金投入，對節(jié)能量明顯、具有示范意義的節(jié)能項(xiàng)目給予扶持，引導(dǎo)企業(yè)加大節(jié)能技改投入、有效應(yīng)用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)。

（區(qū)節(jié)能辦）

王宏寶，工程碩士，高級(jí)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(chǎn)和技術(shù)管理。