變頻供水節能改造分析

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:當供水能力大於用水量時,管道壓力上升;當供水能力小於用水量時,則管道壓力下降;當供水能力等於用水量時,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恆定,也就保証了使供水能力和用水需求處於平衡狀態,恰到好處地滿足了用戶的用水要求,這就是恆壓供水所要達到的目的。

1.節電原理

       水泵站的裝機是按城市最不利條件下、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,水泵站都處在小流量下工作,因此,平時大部分的時間內機泵都處於低負荷運行。為了適應流量的變化,許多泵站在運行中採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,為了使水泵工作效率仍保持在高效區,採用關小出水閘閥角度來調流,從而造成出口閘門前後的壓力差值(少則多米多則几 十米 )就白白地浪費于閘門阻力上,但採用此方法,系統從電網所耗能量並沒有減少,電機之輸出功率基本沒有改變。儘管閥門調整達到了工況要求,只是能量的有效應用的比例少了,而損耗增加了, 即閥門對水壓可產生1020%的水壓降,也即在此上要多消耗10--20%的能量。採用變速調節,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,採用改變轉速來改變泵的QH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。

2.節能估算

       採用恆壓調速,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)A.流量Q與電機轉速成正比。B.壓頭(揚程)與電機轉速的平方成正比。C、電機所耗功率與電機轉速3次成正比。按照這種比例關係,經粗略計算可以發現,假定要求流量降低20%,如果採用調速方法電動機轉述下降20%,此時電動機所需功率下降到原來數值的512%,與調節閥門的方法比較可節約電能48%左右,節能效果非常明顯。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,由於各種因素的影響,是達不到這樣的節能效果的,據統計分析,採用恆壓調速系統,其節能效果參照可如下表格:

流量

80%A

70%A

60%A

50%A

40%A

30%

節能效果%

12.6

18.9

23.2

28.4

31

35.2

由此可見,對運行中的水泵而言,流量越小,則恆壓調速節能效果越大,如果水泵大部分時間都是工作于高流量區,則節能效果不太明顯。

電機軸功率P與水泵流量Q及揚程H之間有如下近似關係

(假設效率為1):

  P (kW)=Q H102

  式中:P = 軸功率(kW)

       Q = 流量(m³/h)

       H = 揚程(m)

       由此式可見,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,採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。而變頻調速系統,相較其它調速系統而言,具有調速範圍廣,效率高,功率因數高的特點,自我們國家八十年代末推廣風機水泵的調速節能改造以來,一直是風機水泵機組節能降耗的最佳選擇。