2010年11月農(nóng)機化研究第11期低效泵站的節(jié)能改造王兆菡,宣長國2(1.濟(jì)南大學(xué)土建學(xué)院,濟(jì)南250022;2.山東舜泉監(jiān)理咨詢有限公司,濟(jì)南250002)摘要:泵站系統(tǒng)是國民經(jīng)濟(jì)中主要的高能耗系統(tǒng)之一,由于設(shè)計和管理工作上的一些問題可造成能源的浪費,泵站裝置效率低更是應(yīng)該在節(jié)能技術(shù)改造中著重解決的問題。為此,針對一些泵站目前存在的問題,提出相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)改造措施。泵站采取節(jié)能改造措施后,可以大大降低能源單耗關(guān)鍵詞:泵站;效率;節(jié)能;措施中圖分類號:S275文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1003-188X(2010)11-0221-030引言管理工作上的一些問題,泵站裝置效率大多低于部頒標(biāo)準(zhǔn)(54.4%)。能源單耗及灌溉成本增大,嚴(yán)重地影節(jié)能減排建立節(jié)約型社會是當(dāng)前面臨的重要任響了泵站效益及灌溉效益的發(fā)揮。務(wù)。農(nóng)業(yè)灌排泵站以及市政給排水系統(tǒng)是國民經(jīng)濟(jì)中主要的高能耗系統(tǒng)之一。其中,農(nóng)業(yè)排灌機械總動1泵站存在的問題力占農(nóng)用總動力的40%以上,每年耗油約為農(nóng)用柴油1.1水泵選型不合理,泵站裝置效率低實際供應(yīng)量的1/4,耗電占農(nóng)村用電的4%。但由于泵站裝置效率偏低是一些中小泵站存在的突出設(shè)計水平、制造質(zhì)量上的差距,以及配套不合理、使用問題。有的泵站設(shè)計工況下泵站裝置效率僅有52%管理不當(dāng)?shù)仍?每年要浪費20%~30%的能源,節(jié)耗能指標(biāo)超過國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)(50kW·h/kt:m)。在能潛力十分巨大。長期運行中能量損失更為嚴(yán)重。有的泵站雖在更換當(dāng)前許多機電排灌泵站中機組的運行主要依賴過水泵解決了機組老化的問題,但在更換過程中水于人工值守,根據(jù)人工經(jīng)驗簡單控制機泵啟停、運行泵選型不盡合理,進(jìn)出水管道口徑偏小,機組裝置效及容量切換。機泵一般處于恒速運行狀態(tài),電機運轉(zhuǎn)率僅有49.7%,耗能指標(biāo)超過國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。改造前效率低下,導(dǎo)致泵站系統(tǒng)能耗巨大。由于設(shè)備配套和泵站情況如表1所示表1改造前泵站情況泵房類型設(shè)計面積/萬hm2現(xiàn)灌面積萬hm2設(shè)計揚程/m設(shè)計流量/m3·s1水泵臺數(shù)/臺總裝機容量/kW1號泵站干室型0.0532號泵站1.2未安裝無功補償電容器機和變壓器等,都是具有電感的負(fù)載都要消耗無功泵站電動機功率因數(shù)較低時,運行時要吸收較多功率。一般感應(yīng)電機占70%,變壓器占20%,線路占的感性無功功率,這就增加了電網(wǎng)的功率損耗和電壓10%。由此可見,異步電動機無功損耗所占的比重。降。如果泵站中主機全部選用異步電機,就會嚴(yán)重影電機功率因數(shù)是有功功率與實在功率之比,功率因數(shù)響電網(wǎng)質(zhì)量,使同一電網(wǎng)中其它用電設(shè)備難以正常運愈大,說明電機做有用功愈多,電機的利用率愈高。行。為了能使功率因數(shù)達(dá)到規(guī)范要求的0.85以上,電機運行時,功率因數(shù)也是變化的,其變化大小與負(fù)可裝設(shè)適量的電容器進(jìn)行無功補償12)。載大小有關(guān),電機空載時,功率因數(shù)很低,大約為0.2;無功功率在電力系統(tǒng)中占有很重要的地位,因為電機在額定負(fù)載下運行時,功率因數(shù)達(dá)到最大值電力系統(tǒng)中許多根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的設(shè)備如電般約為07~0.9(稱為自然功率因數(shù))。中國煤化工法》規(guī)定:中小型泵收稿日期:2010-03-26站變CNMHG0.85,加收當(dāng)年總基金項目:山東省自然科學(xué)基金項目(Y200804)作者簡介:王兆菡(191-),女,遼寧孀巖人,副教授,碩士,(E-電費的3%-10%。1號泵站功率因數(shù)低于0.85沒al) moonI989@163.cm。有加掛無功補償裝置,每年都要多支出上萬元電費。2010年11月農(nóng)機化研究第11期2號泵站曾更換過電器設(shè)備,但現(xiàn)使用的S-180/108%,能耗降低了07kW·h·(kt·m)1,節(jié)能效果比變壓器2臺,為非節(jié)能型,耗能高,增加了電費支出。較顯著。該站至今尚未安裝無功補償電容器,以致每年都需繳從車削前后的變化中可看出,水泵流量略有減少,納變壓器功率因數(shù)調(diào)整電費。能源單耗明顯下降,節(jié)能效果非常顯著1.3泵站運行中缺乏優(yōu)化調(diào)度表2改造前泵站水泵情況隨著生產(chǎn)能力的提高傳統(tǒng)的經(jīng)驗調(diào)度方式能耗浪費甚大,已不能適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展的需要。泵站的水泵揚形m流量效率裝置能耗指標(biāo)效率kW·h經(jīng)濟(jì)運行主要包括機組間負(fù)荷的優(yōu)化分配、最優(yōu)日運行和梯級泵站的優(yōu)化調(diào)度等問題。而一些泵站中機20sh-289.66775.5組的運行主要依賴于人工值守,根據(jù)人工經(jīng)驗簡單控24h-28a7.90.6569.852.94.9制機泵啟停、運行及容量切換。機泵一般處于恒速運表3改造后泵站水泵情況行狀態(tài),電機運轉(zhuǎn)效率低下,導(dǎo)致泵站系統(tǒng)能耗巨大。裝置能耗指標(biāo)水泵揚程m流量泵效率效率kW·h2節(jié)能改造措施21在改造中優(yōu)化原有設(shè)計,提高水泵效率20sb-288.90.6178.456.74.8為了解決春季引水困難的問題,將吸水管徑由原24-281740.701625,.4來的500mm擴(kuò)大到700mm,以降低吸水管路中的水22優(yōu)化水泵運行工況頭損失,提高水泵吸水能力。在實際運行中,水泵工作點常偏離設(shè)計工作點水泵機組設(shè)計工況點偏離高效區(qū),泵站裝置效率導(dǎo)致機組效率下降,能耗增加。如果采用優(yōu)化調(diào)度,較低耗能指標(biāo)不符合部頒標(biāo)準(zhǔn),要進(jìn)行工況調(diào)節(jié)。不僅能節(jié)省大量能源,而且使管網(wǎng)能在合理的狀態(tài)下采用車削葉輪直徑的方法。車削后葉輪直徑的實際運行既保證泵站供水的要求,也使壓力更為合理。值可按下式進(jìn)行計算,即調(diào)速機組負(fù)荷優(yōu)化分配一般采用實時調(diào)度形式當(dāng)泵站凈揚程發(fā)生變化時,可以通過確定合理的開機Dx = K(D2-D2ait)=KD2(1臺數(shù)和調(diào)節(jié)機組轉(zhuǎn)速,優(yōu)化機組間的負(fù)荷分配,使泵D2計=D2-△D實站的能耗最少。調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速,是拓寬水泵高效區(qū)、降低泵站能D2t=D2[1-K(1√。-S耗的一種有效途徑。對有多臺水泵機組的泵站,由于式中H一額定揚程(m);各機組之間流量是相互影響的,故各機組的轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)Q-流量(m3/s);根據(jù)整個泵站系統(tǒng)的優(yōu)化來確定,而不能簡單地將各K一修正系數(shù);臺機組視為單臺裝置來單獨優(yōu)化。同時,在實際運行D2一車削前葉輪外徑(m);中,一旦泵站揚程偏離設(shè)計凈揚程或泵站總流量要求Dx-實際車削量(m)發(fā)生變化,就有必要進(jìn)行確定各機組最優(yōu)轉(zhuǎn)速的優(yōu)化D2x車削后葉輪外徑實際值(m);計算,從而使水泵工作點始終在高效區(qū)內(nèi)運行。S-管路阻力系數(shù);不同轉(zhuǎn)速下的水泵性能曲線:設(shè)對第i臺水泵的D2i-車削后葉輪外徑計算值(m)額定轉(zhuǎn)速n下的性能曲線進(jìn)行處理后有如下的揚程經(jīng)計算原葉輪直徑D2=390mm,車削后葉輪直徑M-流量Q軸功率M-流量Q、水泵效率n,~流D2=360mm。車削后水泵工況點移入高效區(qū)裝置效Q的關(guān)系式,即率由497%提高到56.7%,高于部頒標(biāo)準(zhǔn)(54.4%)H,= ao+a,Q+am Q 2+aao車削后水泵流量略有減少,能源單耗明顯下降,節(jié)N:=b,+baQ+b2Q 2+bQ2能效果顯著。中國煤化工+c2Q2+…改造前泵站水泵情況,如表2所示。改造后泵站水泵情況如表3所示。從表2可以看出,經(jīng)過管路改表CNMHG的水泵性能曲線可以造后,水泵效率從81.4%提高到84.5%,提高了3個百分點裝置效率從59%提高到599%,提高了H=(a+a1KQ+a2KQ+aQ+…)2010年1I月農(nóng)機化研究第11期N=(b+bK、Q,+bak(Q2+b。k1Q2+…)mE=Bm∑9ni =Co+CaK, Q +c2k Q+cak Q+36∑Q式中K一水泵轉(zhuǎn)速比。式中Q,-第i臺運行機組的上作點流量(m3/s)對多臺水泵機組的泵站而言,由于各機組運行時T一機組運行時間(h);相互影響故各機組運行時的最佳轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)整個泵T一第i臺運行機組工作點對應(yīng)泵站效率站系統(tǒng)來確定。當(dāng)流量進(jìn)出口水位變化頻繁時需要23加裝無功補償電容器合理快速、準(zhǔn)確地計算出該狀態(tài)下泵站的最優(yōu)運行方泵站現(xiàn)使用SJ-0200/10型和SJ-125/10型變式,以便泵站工作人員操作。由此可見用有效的方法壓器,雖都是節(jié)能型變壓器,但變壓器功率因數(shù)低于迅速找出泵站最優(yōu)遠(yuǎn)行方式是解決問題的關(guān)鍵。085,因此安裝無功補償電容器,達(dá)到國家要求。改設(shè)泵站的開機臺數(shù)為n,所抽取的水的密度為p,造前后泵站變壓器耗電量計算如表4所示。表5為泵站凈揚為BST,則以整個泵站100水能耗E最小變壓器高壓側(cè)功率因數(shù)計算表。為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)可表示為表4改造前后泵站變壓器年耗電量計算表線圈額定電壓損耗/kW變壓器額定容量抗電壓空載短路型號s/kⅤA次二次4P./%電流%視在功率年耗電量年總耗電量/kvAW h-l/Wh-1J-180/10180109.14380.3156117S7-400/10400S7-100/101002698.18074.8改造后S7-400/104005376.6表5功率因數(shù)計算表變壓器額定容量空載電流阻抗電壓損耗/kW有功功率無功功率視在功率功率Se/kvaU/%空載P短路AP4P/kvA@/WSiv/kVA因數(shù)cops7-200/10l13.70.752125/101253各項改造節(jié)能效益了泵站運行效益,投資的回報率是相當(dāng)可觀的。采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段對水泵裝置效率低的泵站進(jìn)行節(jié)能泵站在采取上述節(jié)能改造措施后,不僅解決了春技術(shù)改造是提高泵站運行效益、降低灌溉成本的可行季吸水困難的問題,同時大大降低了能源單耗,提高措施。各項改造節(jié)能效益總表如表6所示。表6各項改造節(jié)能效益總表灌凝面積改造項目投資/萬元節(jié)約電量節(jié)能改造經(jīng)濟(jì)效益萬元本年限/kW·h節(jié)電減支基電費減支功率因數(shù)達(dá)標(biāo)減支合計泵管53664.01.72當(dāng)前灌溉換變壓器7536.91.251.49積0053無功補償器1.200.362561200.90.36119402.43.82設(shè)計灌溉換變壓器7536.9面積0119無功補償器1.20360.36小計12693934.061.25結(jié)論題較中國煤化工綠合考慮影響泵站系統(tǒng)綜上所述,農(nóng)業(yè)灌排及市政工程泵站節(jié)能技術(shù)改問題,CNMHGE設(shè)計中首要解決的合用水量變化情況造中,水泵選型設(shè)計、優(yōu)化運行和電氣設(shè)備方面的問適度調(diào)節(jié)水泵運行方式(下轉(zhuǎn)第227頁2010年11月農(nóng)機化研究第11期[2]李秀元,尹叢勃,楊帥等供油提前角對C62ZLG04型(2):176-179柴油機性能影響研究[門.農(nóng)機化研究,2007(7):202-[41]金華玉供油提前角對車用柴油機影響的試驗及模擬研究[D].長春:吉林大學(xué),2005[3]劉曉輝D0-E40含水乙醇汽油混合燃料在汽油發(fā)動機[5]揚綸標(biāo)模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用M]J.廣州:華南理工大學(xué)中的試驗研究[門]燕山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008出版社,2005Fuel Supply Advance angle Optimization Based on Testing ofDiesel Engine multi-conditionMu Shengyong, Song Xiaolu, Liu Xiaohui(1. Rizhao Polytechnic, Rizhao 276826, China; 2. Zaozhuang Vocational College of Science Technology, Tengzhou277500, China; 3. Shandong Transport Vocational College, Weifang 261206, China)Abstract Calibration of the 28 operating point for 495Q diesel engine, while changing the fuel supply advance angle forperformance tests, analysis of different fuel supply advance angle of power, economy and emissions impacts of the dieselengine the calibration conditions. According to the characteristics of diesel engine when it runs, basing on the data fromexperiments, we use theory of fuzzy mathematics, By fuzzy selection, Optimization of a diesel engine 1000rpt100% working condition, 1000rpm, load 50%, 2000rpm, load 100%, and 2000rpm, load 50% of the best fuel sup-ply advance angle were 14℃A,12℃A,l6℃Aand14℃AKey words: fuzzy evaluation; diesel engine; dynamics; economy; discharge; fuel supply advance angle(上接第223頁)提高泵站系統(tǒng)總體的運行效率以及及時解決電氣設(shè)備[4]李浩濤提灌泵站無功補償?shù)娜萘考耙饬x[冂].甘肅農(nóng)業(yè),方面的老化高耗能等問題是建立節(jié)能高效泵站的基本2004(8):127-129途徑。[5]王圃.城市供水系統(tǒng)的節(jié)能與優(yōu)化[刀].重慶建筑大學(xué)學(xué)參考文獻(xiàn):報,2002(4):56-59[1中華人民共和國國家統(tǒng)計局中國統(tǒng)計年鑒200M]北[6]王兆菡陳素芬宣長國團(tuán)山子泵站節(jié)能術(shù)改造分析京:中國計劃出版社,200[J].農(nóng)機化研究2005(1):22-223[2] L indell E Ormsbee. Optimal control of water supply pumping(7]葛強,陳松山,王林鎖.大型泵站主電動機選型優(yōu)化的研AWRA,1989(1):30-究[J].水泵技術(shù),2002(5):39-413]周龍才趙天字泵站變速節(jié)能的優(yōu)化計算(門].中國農(nóng)村8王兆菡先鋒泵站節(jié)能技術(shù)改造[J濟(jì)南大學(xué)學(xué)報,01水利水電,2001(2):42-45(4):42-43Abstract II:1003-188X(2010)11-022l-EAEnergy Optimization in Process of Pump Station DesignWang Zhaohan, Xuan Changguo(1. School of Civil Engineering and Architecture, Jinan University, Jinan 250022, China; 2. Shandong Sou Project Management and Consultation Limited Company, Jinan 250002, China)Abstract Pumping system is one of the major energy -intensive systems in the national economy. Because some prob-lems of the design and management caused energy waste, the problem of inefficient of pumping system must be solved innergy-saving technology. The current problem was analyzed, and the methods of energy -saving technology were pro-Key words: pump station; efficiency; save energy; lensposed by analyzing the present situation of some pumping statio中國煤化工CNMHG