泵站目标电耗技术的基本原理

第 1 页 目标电耗节能技术及产品在泵 风机 站的应用目标电耗节能技术及产品在泵 风机 站的应用 一 一 前言前言 北京金易奥科技发展有限公司所属易奥实验室以不断开发自有专利 论文著作等科研成果为立身之本 独辟蹊径 力求在若干领域快速成为世 界科技的探索者和领路人 泵站目标电耗节能技术以其独创的理论与技术 方法解决了使泵站一次节能到底的世界难题 并率先拉开了改造已有变频 的泵站以实现继续深度节能的序幕 在国内很多特大型现代化泵站续写了 一个个在原有变频基础上继续节能的神话 该项目为 国家高技术产 业化重大专项 和 国家科技成果重点推广项目 以该技术为主导开发出 用于大中型泵站节能的泵站目标电耗节能控 制系统 用于 中小型泵站和 中央空调系统的冷冻泵 冷却泵 采暖泵组 节电的泵站量化节电控制设备 用于大中型建筑物二次加压供水的清洁型 无负压节能供水设备等 已在钢铁 冶金 制药 化肥 化工 玻璃 机械制造 市政等 400 多家厂矿企业的循环水泵站 供水泵站 取水泵站 风机站等 应用 目标电耗节能技术及产品进行了节能改造 二 泵站目标电耗技术简介二 泵站目标电耗技术简介 1 1 开开发发背背景景 水泵风机用电量在社会总用电量中所占比重很大 在该领域进行各 种节电技术的研究也一直为世界各国所重视 在我国 据第三次全国工 业普查公布的统计资料表明 水泵风机用电量占社会总用电量的33 其中水泵 21 风机 12 在该领域进行节电技术和节电产品的研究也 一直是作为我国节能工作的重点来进行的 降低电耗 减少生产成本 第 2 页 成为共识 许多著名的电气公司都生产水泵类负荷专用的调速装置 因 为节能工作的巨大需求被源源不断的应用到水泵系统中 这些节能产品 的推广为社会的节能工作做出巨大的贡献 然而在取得这些可喜的成绩 的同时也出现了一些问题和现象 1 1 有许多地方花巨资投入的节能产品 并没有产生用户希望的节能 效益 甚至还出现了用电量反而增加的现象 1 2 经常可以看到很多关于某单位经过如何改造又使泵站产生了多少 节电效益的文章和报道 为什么不一次节能到底哪 出现这些问题和现象 的原因是什么 主要是有几个问题没有搞清楚 1 2 1 泵站的最低电耗到底是多少 1 2 2 一个泵站到底有多少潜力 1 2 3 如何设计才能达到最低电耗 1 2 4 如何运行才能实现最低电耗 以水泵供水系统为例 由于满足工艺条件下最低的吨水电耗不清楚 所以节电效果也就缺少了一个准确的衡量尺度 所期望的节电效果是多了 还是少了 设计的供水系统是否是最省电的 变频供水系统还有多大的节 电潜力 是否值得改造 这些问题一直困扰着许多专家 学者 2 2 技技术术简简介介 目标电耗节能技术 是在满足工艺要求的条件下 实现水泵 泵站 泵组 输送水电单耗最低 即目标电耗 的一项节能技术 它的基础是任 一输送水系统中 存在着一个与系统运行状况 系统运行参数 相对应的 吨水耗电量 Kw h m3 的最小值 利用目标电耗节能控制技术 使输送 水系统在运行状况吨水耗电量最小运行 即可使该输送水系统生产运行的 耗电量最少 用此技术对输送水系统进行节能技术改造 即可得到最大的 节电量和节能效益 实现输送水系统的经济运行 第 3 页 目标电耗节能控制技术最重要的是给出输送水系统输送水电单耗最小 值 以及相应的水泵运行搭配策略和调速策略 这要归功于技术开发者拟 定的一套计算方法 这套计算方法中既考虑了工艺要求的压力 流量 温 度等 所用水泵及配套电机的额定参数及运行参数 如配装了调速装置 则一并考虑其特性 运行参数 同时 还考虑供水系统及配电系统中各部 分的运行损耗 通过计算 找出电耗最低值及相应的系统设备运行参数 3 3 技技术术特特点点 3 3 1 1 量量化化测测算算 根据泵站系统的设备参数和设备运行数据 测 算出一个泵站系统 包括有调速设备的泵站和没有调速设备的泵站 有多 大的节能潜力 既节电比例是多少 一年的节电量有多少 改造是否值得 多长时间能够收回投资 3 3 2 2 量量化化设设计计 根据测算的泵站系统的设备情况 设计出使泵站系 统达到节能潜力而需要使用的设备 包括对泵组设备进行改动 新设计叶 第 4 页 轮 增加调速设备 增加目标电耗节能控制系统等方式 3 3 3 3 量量化化控控制制 根据测算的泵站系统的节能潜力 按满足工艺要求 同时单位产量耗电又低的方式去控制运行泵站系统的原设备和设计的设备 注注 3 3 1 目标电耗 技术不是变频技术 它是控制所有的泵站设备包 括变频器 串级调速 阀门等使泵站整体电耗最低的技术 3 3 2 目标电耗 是指技术上可以实现的最低电耗 3 3 3 目标电耗 没有可供宣传的节电比例 目标电耗节能技术只 有针对具体的泵站才能给出具体的节电比例和不同的节能措施 3 3 4 目标电耗 能对节能投资项目的可行性给出科学而量化的结 论 避免出现投资失误 4 4 目目标标电电耗耗与与常常规规变变频频调调速速节节能能的的不不同同 一直以来 对于需要变负荷运行的水泵 笼型拖动电机采用变频调速 技术进行节能改造 是一项节能效果 经济效益都很好的技术措施 由于 水泵负荷变化幅度和变化频繁程度不同 所以实施的技改项目一般可以获 得百分之十以上的节电效果 所以 变频调速技术在全国各行业得到广泛 应用 一些世界知名品牌的变频器产品纷纷涌入中国市场 应用变频调速 器所获得的节电效果 只是减少了水泵富裕流量和富裕扬程造成的多余耗 电量 对于泵站整体的效率考虑很少 而效率的高低对泵站系统的耗电有 很大的影响 所以 它的节电效果虽然好 但不是最大 第 5 页 应用目标电耗节能控制系统 不但减少了水泵富裕流量和富裕扬程造 成的多余耗电量 因使用目标电耗节能技术 采用软硬件结合的方法 使 泵站系统整体运行效率最高 从而保持泵站系统在既满足运行工况同时又 输送水电单耗最小的状态下经济运行 所以 使用它可以获得的节能效果 比单独使用变频调速器获得的节能效果更大 按照已实施的使用该技术的 一批成功案例统计 在已有调速器基础上又实现节电7 33 左右 节 能效果因各输送水系统的特性参数和运行状态不同而异 三 产品三 产品介绍介绍 一一 泵泵站站目目标标电电耗耗节节能能控控制制系系统统 1 1 适适用用范范围围 厂矿企业 钢厂 电厂 焦化 炼油 化工 制药 化肥 矿山机 械 输送介质 水 油 的泵站 制水车间 循环水车间 污水厂和自来 水厂的泵房 水利排灌部门的泵站等场合 2 2 主主要要功功能能 2 1 通过对泵站的工艺参数 压力 流量 和设备参数 水泵 电机 调速装置 的自寻优 使泵站一直工作于满足工艺要求条件下 最省电的 运行方式 2 2 操作员可以设定要求的工艺 压力 流量 参数 可选择人工对 泵房设备 电机 阀门 调速装置 进行控制 也可以选择全自动化优化 运行方式 2 3 上位机可以设定管网参数或工艺特性参数让优化控制设备按管网 特性或工艺特性自动控制 第 6 页 2 4 上位机可以实时监测流量 压力 液位 温度等工艺参数 并有 形象直观的历史趋势图 以备值班人员查阅 2 5 上位机可以自动打印报表 3 3 设设备备组组成成 该设备由上位计算机 目标电耗控制柜 目标电耗在线节能软件等组 成 对于日供介质小于 1 万吨的泵站优化节能控制设备 只需一台带参 数设定装置的控制柜即可 省去一台上位机 同时历史趋势报表功能省 去 二二 中中央央空空调调泵泵组组量量化化节节电电控控制制设设备备 1 1 应应用用范范围围及及特特点点 此设备是针对宾馆 酒店 写字楼 医院 剧场 超市 商店等大型 建筑中央空调泵组设计的 因中央空调系统冷冻 冷却 采暖泵组每年 季 电费支出数额较大 造成运作成本提高 对其进行节能改造 不仅 节约成本 同时也提高了自动化程度 延长设备的使用年限 应用 IAO 系列设备 既能实现自动控制 保证冷 暖 供应 又可节能降耗 2 2 构构成成简简介介 设备由温度 压力传感器系统 PLC 控制系统 变频调速系统 触摸屏系统和冷水 采暖 或冷却水泵组成闭环控制系统 将温差 压差 的反馈值时实与设定的目标值进行比较判别 通过 PLC 系统自动调节 水泵的运行频率 在满足工艺要求的前提下最大化地达到节电的目的 随着工况的变化设备控制水泵电机频率时刻在满足需要的前提下变化 因 频率下降 噪声下降 电机温度下降 即节省了电量又延长了设备的使用 寿命 由此产生的经济效益和社会效益是很可观的 第 7 页 3 3 设设备备说说明明 3 3 1 1 I IA AO O P PF F I I 型型普普通通节节电电控控制制设设备备 中央空调系统及采暖热交换系统是按最不利天气情况下能保障建筑物 内最多的人数来设计的 而在实际运行中 天气 环境 房间人数等情况 远离设计工况 所以存在很大的余量 系统的水泵风机如果仍按额定工频 运行 势必造成系统的流量过大 进回水温差太小 目前很多中央空调系统和采暖热交换系统普遍存在小温差大流量现象 有的系统温差远远小于国家有关规范确定的范围 根据热力学的有关定律 热 冷 交换量 W W K Q T 式中 K 系数 Q 流 量 T 进回水温差 当热 冷 交换量 W 一定时 增大温差 T 可以减少中央空调和热交换系统循环泵站的流量 Q 在流量降低的 同时 管路所需的扬程 压力 H 也有较大幅度的降低 泵站电耗 N kw h N K 1 Q H 式中 K 1 系数 泵站实际运行效率 由于流量 Q 和扬程 H 的降低 泵站电耗 N 将有较大幅度的下降 根据这一原理 IAO PF I 型节电控制设备自动调节控制水泵启停 与转速 增大温差至规范范围或满足实际要求的范围内 减少水泵流量 从而使水泵电机耗电相应降低 实现较大幅度的节电 应用限制 IAO PF I 型节电控制设备不适合中央空调系统和热交 换系统进回水温差已经较大并接近国家规范 5 的情况 3 3 2 2 I IA AO O P PF F I II I 型型量量化化节节电电控控制制设设备备 我们知道泵站电耗表达式 N K 1 Q H 除了 IAO PF I 型介绍的增大温差降低泵站流量 Q 降低泵站扬程 压力 H 可以减少泵站电耗的控制方法外 其实还可以通过提高泵站的整体运行效 率 来降低电耗 国家高技术产业化重大专项 泵站量化节电系 第 8 页 统 通过系统寻优 在满足工艺要求下 按电耗最低的泵组优化搭配和调 速运行控制设备 实现对水泵机组的量化节能控制 可以使泵站达到可以 实现的运行效率最大值 max 即使中央空调系统不存在温差照样可 以实现大幅度的节能 IAO PF II 型量化节电控制设备可应用于所有中央空调系统 而不管 是否有温差余量还是无温差余量 该设备也可用于对已有变频等节电设备 的泵站 组 进行节能改造 以实现节电的最大化 IAO PF II 型量化节电控制设备可以使中央空调系统的冷冻泵 冷却 泵和采暖泵组节能到底 三三 清清洁洁型型无无负负压压节节能能供供水水设设备备 该设备由负压消除装置 加压泵组 变频控制柜等组成 利用管网压 力实现最大化节能 设备采用目标电耗技术 自动根据自来水进水压力 管网输出压力和设备参数进行优化控制 它解决了目前大多数无负压供水 设备还存在较大电能浪费的通病 实现了最大限度的节能运行 设备不对 管网造成负压影响 实现恒压稳定供水 满足用户需求 1 1 主主要要特特点点 1 1 节能省电明显 节电 20 80 1 2 水质干净卫生 无二次污染 1 3 避免负压产生 1 4 占地面积少 1 5 全自动运行 无人值守 1 6 安装简单 2 2 应应用用范范围围 2 1 宾馆 酒店 写字楼 住宅小区等建筑的二次供水 2 2 工矿企业的生产 生活用水 第 9 页 2 3 供水系统的中间加压泵站 四 部分应用案例简介四 部分应用案例简介 1 1 典典型型案案例例 1 1 1 1 首首钢钢集集团团秦秦皇皇岛岛首首秦秦公公司司 秦皇岛首秦金属材料有限公司是首钢总公司 韩国现代重工业株式会社等 共同建设经营的一家钢铁联合企业 生产具有国际水平的 4300mm 宽厚板 2007 年 9 月开始 应用泵站目标电耗节能技术对 2 炉体密闭循环泵组 装机容量 1775kw 浊环常压泵组 装机容量 1065kw 等进行一期节能改造 分别实现节电比例 26 9 21 6 可实现年节约电量 532 万度 2008 年 3 月 应用 IAO I 型泵站目标电耗节能控制系统对 ACC 供水泵组进 行二期节能改造 节能改造后泵组平均小时耗电量下降 44 每年可节约电量 106 万度 2008 年 6 月 应用泵站目标电耗节能技术对平流池泵组 装机容量 1320kw 进行二期节能改造 泵组供水单位电耗由改造前的 0 2417Kwh m3下降 到 0 1605Kwh m3 节电比例 33 6 年节约电量 193 万度 2009 年 11 月 应用泵站目标电耗节能技术对 4300mm 宽厚板水系统进行整 体节能改造 包括提升上塔泵组 过滤上塔泵组 DQ 热处理泵组等 6 个泵组 12 月底完成 运行后节电率 25 以上 年节电量 810 万度 1 1 2 2 河河北北钢钢铁铁集集团团宣宣化化钢钢铁铁公公司司 河北钢铁集团年产钢超过 3100 万吨 是目前国内最大的钢铁企业 宣钢为 河钢集团子公司 国家重点大型钢铁企业 07 年钢产量在全国钢铁行业名列 21 第 10 页 位 动力厂是其 10 个钢铁主体生产厂之一 动力厂燃气车间中心泵站负责整个宣钢生产用水的供应 包括 4 台 630KW 和 4 台 500KW 立式离心泵 2 台 10KV 高压变频器和 PLC 控制系统等 2008 年 11 月 应用 IAO 泵站目标电耗节能控制系统在原有变频基础上进行 节能改造 应用节能控制系统后 泵站吨水电耗由改造前的 0 33Kwh m3 下降到 改造后的 0 267Kwh m3 节电比例 19 节能效果明显 1 1 3 3 东东北北轻轻合合金金有有限限责责任任公公司司 东北轻合金有限责任公司 是中国第一家铝镁合金企业 是中国最大的铝 镁合金加工基地 国有特大型企业 公司循环水系统主要由一循环水 二循环 水 三循环水和四循环水泵站组成 2007 年 2 月 应用 IAO 泵站目标电耗节能控制系统和调速设备对第二循环 水冷水泵站和热水泵站进行节能改造 应用节能控制系统后 均实现预期 30 以上的节能效果 1 1 4 4 石石药药集集团团河河北北中中润润制制药药有有限限公公司司 中润制药公司是世界最主要的抗生素原料供应商 成立于 1989 年 产品 销往全球三十多个国家和地区 公司 103 车间制水一站由 4 台高压水泵组成 未使用变频调速系统 2006 年 6 月 应用 IAO 泵站目标电耗节能控制系统和变频调速设备对 1 号 高压泵组进行节能技术改造 改造前吨水耗电 0 461kWh 应用节能系统后的吨 水耗电为 0 346 kWh 节电比例 24 9 1 1 5 5 石石家家庄庄滹滹沱沱河河化化肥肥有有限限责责任任公公司司 石家庄滹沱河化肥有限责任公司建于 1969 年 主要生产合成氨 碳铵 甲 第 11 页 醇等化工产品 年产值上亿元 2006 年 9 月份 对其厂区泵站进行了节能测算 11 月份化肥公司决定在碳 化车间循环水泵站进行节能改造试点 11 月下旬 应用我公司 IAO 目标电耗节 能控制系统和调速设备对其进行节能改造 应用节能系统后 循环水泵站每小 时用电量同未使用节能系统前对比下降了 68 1 61 6 石家庄石家庄 4040 万吨泵站万吨泵站 该厂总投资 12 亿元人民币 日供水能力 40 万吨 由岗南和黄碧庄两个水 库提供水源 主要设备及技术均从国外引进 是河北省境内投资规模最大 自 动化程度最高的水厂 原有送水泵房自动化系统由 PLC 柜 上位机和 3 台 660kw 变频器组成 原控制系统系统使用定速泵和调速泵 送水泵房单耗平均 100KW h Km3 应用泵站目标电耗节能控制系统后 在相同的生产工况下 按照目标电耗 的控制方式对泵组进行控制 送水泵房单耗平均 70KW h Km3 对比单耗 节电比例 30 与改造前的测算结果相符 1 71 7 哈尔滨哈尔滨 6565 万吨泵站万吨泵站 该厂是东北地区最大的水厂 日供水能力 65 万吨 担负着哈尔滨市 75 以 上的供水任务 该水厂是以松花江为水源的地表水厂 其中送水二泵站为引进 外资设备建设 在三个送水泵站中送水量最大 设备最先进 自动化程度最高 1992 年投入使用 配备日本横河集散控制系统 DCS 泵站高低压配电 水泵 电机 控制柜 变频器等全套奥地利 ELIN 设备 7 台 20LN 型水泵 电机功率 为 650KW 其中 4 台为定速水泵 3 台为变频调速水泵 使用节能测算软件测算该水厂在原有变频调速设备基础上 还有 7 左右的 第 12 页 节电潜力 安装泵站目标电耗系统后年均节电比例 7 31 年节约电量 103 22 万 KW h 1 81 8 海洋石油大厦海洋石油大厦 海洋石油大厦为中海实业公司北京分公司写字楼 地上 11 层 地下 1 层 房间采用中央空调集中供冷 制冷机为 2 台开利 HR 制冷机 冷水泵组为 3 台 18 5Kw 清水离心泵 冷却水泵组为 3 台 37 5Kw 清水离心泵 2006 年 7 月 冷水泵组和冷却水泵组分别安装中央空调泵组量化节电控制 设备 设备安装使用后 冷水泵由原来的每小时用电 20 kWh 下降为 8 kWh 冷却 泵组由原来的每小时用电 37 可 kWh 下降到 21 3 kWh 节电比例分别为 60 和 42 同时节能设备应用后制冷水泵系统运行稳定 1 91 9 北京万隆酒店北京万隆酒店 北京万隆酒店坐落在北京鸭子桥北里 紧邻二环白纸坊桥 地上 7 层 地 下 1 层 客房整幢大楼采用中央空调制冷 中央空调新机组为上海富华冷水螺杆式 冷水机组 冷水泵组为 2 台北京二泵 IS125 100 315 卧式离心水泵 功率 15KW 1 用 1 备 酒店冷水泵组安装我公司 IAO PF II 18 型中央空调泵组量化节能控制设 备 通过电量对比 未使用节能设备前用电量 14 5KW h 应用节能设备后的用 电量 5 5KW h 节电比例 62 1 系统状况运行良好