泵站目标电耗技术的基本原理.doc

目标电耗节能技术及产品在泵（风机）站的应用一、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1、开发背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,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、技术简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。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、技术特点3.1量化测算：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。3.2量化设计：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、新设计叶轮、增加调速设备、增加目标电耗节能控制系统等方式。3.3量化控制：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：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、目标电耗与常规变频调速节能的不同 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。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、产品介绍（一）、泵站目标电耗节能控制系统1.适用范围： 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.主要功能： 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。 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.设备组成： 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）、中央空调泵组量化节电控制设备1.应用范围及特点： 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.构成简介： 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。 3.设备说明： 3.1、IAO-PF-I 型普通节电控制设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。 3.2、IAO-PF-II 型量化节电控制设备 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）、清洁型无负压节能供水设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.主要特点： 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.应用范围： 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； 2.3供水系统的中间加压泵站。四、部分应用案例简介1.典型案例1.1首钢集团秦皇岛首秦公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。1.2 河北钢铁集团宣化钢铁公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。1.3 东北轻合金有限责任公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。1.4石药集团河北中润制药有限公司 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%.1.5 石家庄滹沱河化肥有限责任公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%。1.6 石家庄40万吨泵站该厂总投资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。1.7 哈尔滨65万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。1.8 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。1.9 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，水泵噪音降低。同样，在采暖泵组（2台22Kw循环泵，1用1备）安装IAO-PF-II/22 型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21Kw/h，应用节能设备后的用电量5.8Kw/h，节电比例72.4%。.1.10 华严北里小区华严北里小区是北京住总集团投资建设的居民住宅小区，位于朝阳区北四环内，毗邻中华民族园，住宅小区分为中区，北区，东区，最高楼层为18层，采暖系统为3台燃气热水锅炉，6台二次热水循环水泵，中、北、东区各使用2台热水循环泵供暖，其中东区采暖面积最大。2007年1月份，应用我公司IAO-P-75/2型量化节电控制设备对东区2台采暖泵组进行节能改造，改造后泵组用电量由原来的每小时81.6 kw.h，下降为每小时51.9 kw.h，节电比例36%，节电设备应用后采暖水泵系统运行稳定。1.11河北师范大学河北师范大学起源于1902创建于北京的顺天府学院和1906年创建于天津的北洋女师范学堂,是一所具有百年历史和光荣传统的省属重点大学.学校占地1200多亩,建筑面积81万平方米,现有教职工3000多名。2005年12月,学校决定对教职工住宅小区供水系统改造,解决水池二次污染和降低用电问题,通过多家对比选用我公司IAO-JNG-18/2型清洁型无负压节能供水设备作为二次加压供水设备,该设备主要由2台立式清水泵,1台负压消除装置和1台节能控制柜组成,设备安装使用后取消水池,系统供水稳定,供水设备用电量大幅下降，同原用电量对比下降了78.6%。提供单位：北京金易奥科技发展有限公司地址：北京中关村科技园区通州园景盛南四街15号邮编：101102 电话：[phone] 52350028 52350228传真：[phone] 5235002824小时垂询电话：[phone]E-mail ： chinaiaoHTTP:/WWW.CHINAIAO.COM