水廠節(jié)能降耗技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

蘇東發(fā)

廣東省惠州市供水有限公司（516000）

0 前言

水廠節(jié)能降耗研究是要在滿足水廠日常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，盡可能減少能源的消耗。節(jié)能降耗主要有直接和間接兩個(gè)方面。直接節(jié)能降耗是直接可見地減少能源消耗；間接節(jié)能降耗是通過節(jié)能降耗手段降低財(cái)力、物力、運(yùn)輸力或時(shí)間，間接地減少能源消耗的方式。綜合直接和間接兩種節(jié)能降耗方式才能達(dá)到現(xiàn)階段水廠降耗的實(shí)際需求，提高水廠的經(jīng)濟(jì)效益。水廠原水成本屬于外部成本，不在可控成本范圍內(nèi)。在投資完成后的運(yùn)營階段，固定成本也具有短期成本不變的特點(diǎn)，大部分產(chǎn)水、售水成本也相對(duì)穩(wěn)定。因此，運(yùn)營階段的重點(diǎn)是控制可變成本。根據(jù)調(diào)查顯示，供水行業(yè)水泵用電量占我國總發(fā)電量的1/5 左右，所以水廠的節(jié)能降耗不僅是企業(yè)降低成本的要求，也為我國經(jīng)濟(jì)打下基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)階段水廠節(jié)能降耗工作中的問題

1.1 水泵的耗電問題

以往在對(duì)水廠進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，水泵的選擇往往考慮用水最高峰期間水流壓力和需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，雖然按照這種方式滿足了不利情況下的用水需求，但卻沒有充分考慮到能耗問題。然而在水泵運(yùn)行過程中大多數(shù)時(shí)間是在平均流量和平均揚(yáng)程附近運(yùn)行。長時(shí)間的運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致水泵低于高效率范圍，此時(shí)水泵的軸功率接近甚至超過所配電機(jī)的功率，水泵效率低，容易發(fā)生氣蝕。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證水泵的安全運(yùn)行，使水泵在高效范圍內(nèi)運(yùn)行，通過關(guān)閉出水閥來改變管道特性曲線的唯一方法就是改變水泵的工作點(diǎn)。雖然能夠讓水泵在高效率區(qū)域安全運(yùn)行，但這樣會(huì)造成電能的浪費(fèi)。此外，很多水廠的水泵使用年限較長，老化磨損嚴(yán)重，也是造成電能浪費(fèi)的一大重要原因。

1.2 泵出水管網(wǎng)跟不上發(fā)展要求，造成出水阻力過大浪費(fèi)電能

供水企業(yè)作為耗電大戶，用電成本占總成本的20%～30%[1]，而其中用電最為突出的便是泵電機(jī)。通常情況下使用高效水泵，通過調(diào)速裝置，讓水泵的工況保持在高效區(qū)，使水泵揚(yáng)程和水量適應(yīng)管網(wǎng)變化。對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，尤其是調(diào)度多泵站管網(wǎng)，并考慮分時(shí)段用電，提高能源利用效率。

2 水廠的節(jié)能應(yīng)用實(shí)踐

2.1 確定合理的取水頭，確保泵設(shè)備經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行

以某水廠為例，在應(yīng)用實(shí)踐中該水廠電耗一直很高。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能，水廠設(shè)立了專門的節(jié)能研究課題，全面檢查找出能耗居高不下的原因。通過對(duì)取水泵房和凈水構(gòu)筑物的高低水位差，時(shí)刻觀察反應(yīng)池運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)1 號(hào)反應(yīng)罐進(jìn)水水位低于2 號(hào)反應(yīng)罐進(jìn)水水位，1 號(hào)、2 號(hào)反應(yīng)罐原水水量不平衡。由于1 號(hào)反應(yīng)池前設(shè)置了消能井，造成損失較大，所以如何解決消能井的損耗問題成為重點(diǎn)。水廠通過對(duì)1 號(hào)反應(yīng)池進(jìn)行改造，降低整個(gè)取水頭，使單位電耗大大降低。進(jìn)水揚(yáng)程的確定應(yīng)能很好地滿足水泵的需要，使水泵能將原水收集井的水抽至反應(yīng)池。如果水泵揚(yáng)程設(shè)置過高，水廠的能耗將大大增加。

2.2 合理搭配機(jī)組的運(yùn)行模式

通過對(duì)生產(chǎn)中運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，為了降低水泵的能耗，提高水泵的工作效率，應(yīng)盡可能避免機(jī)組與吸入管在同一吸水井內(nèi)同時(shí)運(yùn)行。如果兩臺(tái)泵在同一個(gè)吸水井內(nèi)同時(shí)運(yùn)行，吸水井的水位將迅速下降，吸水頭將迅速增加。這樣，泵容易產(chǎn)生氣蝕，影響泵的出口流量，從而大大增加泵的功耗，特別是當(dāng)吸水井容積與吸水井之間的連接管直徑較小時(shí)。部分水廠已采取措施調(diào)整取水泵組的匹配，以節(jié)約能源。

3 提高水廠節(jié)能降耗的技術(shù)手段

3.1 科學(xué)調(diào)配供水水源

很多地區(qū)受到供水安全和水源條件的限制，往往選取多個(gè)供水源。這就需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)地表水源、地下水源進(jìn)行合理調(diào)度，保障供水。為此，需要建立和完善水源調(diào)度制度，對(duì)水源的分布和用水量情況進(jìn)行綜合分析，本著“地表水第一，地下水第二”的原則[2]，在保障供水不受影響的前提下，科學(xué)合理地配置供水源，這不僅有利于降低供水能耗，也有利于水資源的節(jié)約。

3.2 合理確定管網(wǎng)使用壓力

作為供水節(jié)能的重要指標(biāo)之一，管網(wǎng)使用壓力的大小影響著居民用水情況和水泵能耗情況。若管網(wǎng)壓力過大，超出使用情況，則水泵揚(yáng)程增加，造成電力資源的浪費(fèi)，而且可能增加管網(wǎng)的故障率，出現(xiàn)滲水、漏水的情況。若管網(wǎng)壓力不足，則會(huì)影響居民的正常用水，無法滿足用水水壓要求。通過計(jì)算確定合理的供水壓力，找到水壓與用戶水量需求的最佳狀態(tài)，在能夠滿足使用的前提下盡可能降低水壓。選擇管網(wǎng)基礎(chǔ)具有代表性的測控點(diǎn)，加強(qiáng)水壓的檢測，根據(jù)用水情況對(duì)水壓及時(shí)作出調(diào)整。

3.3 提高水泵機(jī)組的運(yùn)行效率

現(xiàn)階段大多數(shù)水廠采用多泵聯(lián)合供水的方式進(jìn)行供水，泵組的開度通過不同季節(jié)和時(shí)間段的水量需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到滿足供水需求、提高泵組運(yùn)行效率、降低泵組能耗的目的。要達(dá)到這一目的還需要滿足以下幾方面的條件。

3.3.1 合理選擇泵站機(jī)組

按照相關(guān)規(guī)定，水泵設(shè)計(jì)供水量要滿足用戶最大需求量。但是在實(shí)際工作中，如果僅僅依靠這一規(guī)定來決定水壓和水量的大小會(huì)造成極大的能源浪費(fèi)。通常情況下，水泵最佳的負(fù)載在60%～100%，負(fù)載過高會(huì)導(dǎo)致水泵故障，負(fù)載過低會(huì)造成效率下降。所以切實(shí)掌握泵站機(jī)組的運(yùn)行工況，選擇適合的泵揚(yáng)程，讓水泵始終處于高效區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，是減低能耗、提高效率的主要手段。

3.3.2 合理管理和控制泵組

泵組水泵通過并聯(lián)方式連接如圖1 所示，水泵揚(yáng)程基本接近，通過合理配置不同功率和流量的水泵，合理匹配這些水泵機(jī)組，防止出現(xiàn)多臺(tái)水泵運(yùn)行偏離高效區(qū)的情況。除此之外，在水泵設(shè)置時(shí)要充分考慮率配置的合理性，防止因?yàn)榕渲貌缓侠矶箼C(jī)組頻繁啟停，這不僅影響正常供水也會(huì)增加水泵的額外能耗[3]。

圖1 水廠泵組圖

3.3.3 采取新的設(shè)備和技術(shù)降低能耗

3.3.3.1 采用恒壓變頻調(diào)速技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)能夠通過改變變頻泵的轉(zhuǎn)速或泵的數(shù)量來改變機(jī)組的運(yùn)行方式，保證總壓力在發(fā)生改變的情況下進(jìn)行變頻供水。通過變頻供水的方式能夠節(jié)能20%左右。通過水管壓力控制儀器可以實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組的控制，防止因水量迅速較小、壓力增加而引起的管道破裂的情況。

3.3.3.2 定期校準(zhǔn)供水設(shè)備

對(duì)于耗能高、效率低的設(shè)備及時(shí)更換，一般新型設(shè)備較老設(shè)備可降低約10%的電能損耗。

3.3.3.3 降低水泵機(jī)組的能量損失

這些能量損失主要包括體積損失、水力損失和機(jī)械損失。可以通過使用涂層材料的方式，提高材料的耐磨度和光滑度，降低因摩擦和液體渦流運(yùn)動(dòng)帶來的能量損失。

3.4 降低管網(wǎng)能耗

作為水廠通往用戶的渠道，管網(wǎng)可以說是水系統(tǒng)中最為基礎(chǔ)的設(shè)施遍布各處。水廠提供的水壓在管網(wǎng)中會(huì)受到一定的損失，降低管網(wǎng)造成的水壓損失，相應(yīng)就可以降低水廠的給水壓力，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。在城市規(guī)劃建設(shè)的過程中，城市管網(wǎng)是分階段建設(shè)的。隨著城市的不斷發(fā)展，主供水管道隨著流量的增大和結(jié)垢的增多導(dǎo)致供水量無法滿足需求，導(dǎo)致增加水頭損失，能耗逐漸增加。不僅如此，由于管道分批建設(shè)，管道內(nèi)氣體不能及時(shí)排除，造成氣體堵塞，增加水頭損失，浪費(fèi)能源消耗。以某中學(xué)的水管施工為例，由于管內(nèi)氣體無法及時(shí)排除導(dǎo)致水壓不能滿足學(xué)校用水需求，造成1 000 多名師生用水困難。最后，經(jīng)過仔細(xì)分析，安裝了自動(dòng)排氣閥，將管道內(nèi)的氣體排出。即使工廠水壓減少0.02 MPa，工廠水壓仍能滿足學(xué)校用水量。對(duì)管網(wǎng)存在的問題要認(rèn)真分析研究，對(duì)供水管網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)不合理的管道要堅(jiān)決徹底改造。從目前來看，投資大，建設(shè)難度大，從長遠(yuǎn)來看可以降低能耗，值得改造。今后，城市供水管網(wǎng)建設(shè)應(yīng)引起高度重視，要綜合規(guī)劃、分階段實(shí)施。

4 結(jié)語

做好水廠的節(jié)能降耗工作，不僅能夠提高水廠的供水質(zhì)量，還能提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。了解水廠節(jié)能降耗的應(yīng)用，通過變頻調(diào)速、更換設(shè)備、改善管網(wǎng)等方式降低水廠能耗，推動(dòng)企業(yè)長期穩(wěn)定的發(fā)展。