艾默德水泵节能改造方案

一、概述
      节约资源、保护环境是我国的基本国策。在开展节能降耗,缓解能源瓶颈制约,建设节能型社会和促进可持续发展的道路上举足轻重。在此,广州艾默德驱动系统技术有限公司特别提交本方案,旨在引入新的技术来服务企业。
      在陶瓷厂中,电能消耗非常大,电费在消耗成本中占了很大的比例。在设备配置中,水泵功率约占设备功率的 30%~40%左右,所以水泵的电耗直接影响到生产的消耗成本。能控制好水泵的电耗,特别是大型水泵的电耗,对降低运行成本,提高企业的经济效益是十分可观的。由于工况、产量的变化,系统所需的流量也随之变化,选择调节流量的调节方式对节能效果影响非常大。

二、水泵变频节能原理
在实际运行中,水泵流量的控制多采用调节进口阀门方式。
根据流体力学理论,电机轴功率P和流量Q、压力H之间的关系为:
P=K*H*Q/η
其中K为常数; η为效率。
它们与转速N之间的关系为:
Q1/Q2=N1/N2
H1/H2=(N1/N2)2
P1/P2=(N1/N2)3


图1.节能示意图
      图中曲线1为水泵在恒速下压力H和流量Q的特性曲线,曲线2是管网水阻特性(阀门开度为100%)。假设水泵在设计时工作在A点的效率最高,输出水量Q1为100%,此时的轴功率P1=Q1*H1与面积AH10Q1成正比。
      根据工艺要求,当流量需从Q1减少到Q2(例如70%)时,如采用调节阀门的方法相当于增加了管网阻力,使管网阻力特性变到为曲线3,系统由原来的工况A点变到新的工况B点运行,由图中可以看出,水压反而增加了,轴功率P2与面积BH20Q2成正比,减少不多。
      如果采用变频调速控制方式,将水泵转速由N1降到N2,根据水泵的比例定律,可以画出在转速N2下压力H和流量Q特性如曲线4所示,可见在满足同样流量Q2的情况下,水压H3将大幅度降低,功率P3(相等于面积CH30Q2)也随着显著减少,节省的功率△P=△HQ2与面积BH2H3C成正比,节能的效果是十分明显的。
      由流体力学可知,流量Q与转速的一次方成正比,水压H与转速的平方成正比,轴功率P与转速的立方成正比,当流量减少,水泵转速下降时,起功率下降很多。
例如流量下降到80%,转速也下降到80%时,则轴功率下降到额定功率的51%;如流量下降到50%,功率P可下降到额定功率的13%,当然由于实际工况的影响,节能的实际值不会有这么明显,即使这样,节能的效果也是十分明显的。
      因此在有水泵的机械设备中,采用变频调速的方式来调节流量,在节能上是一个最有效的方法。
鉴于上述浪费显现的存在,对水泵电机控制系统进行变频改造,以替代传统的低效调节方式。用变频器对水泵控制系统进行改造十分简单,不需对原系统进行任何改变,由变频器对水泵进行控制调节流量即可,且投资回报率极其乐观。

三、改造方案
      针对于佛山某陶瓷厂水泵变频改造,我公司的初步方案是每台电机配备一台水泵节能控制系统,采用一拖一的运行方式,即一控制系统驱动一台电动机。我公司所提供的水泵节能控制系统具有完善的控制功能,能够方便融入现场DCS控制系统中,可将节能控制系统的控制与现场的控制协调使用,必要时制定联锁关系,方便控制。
现场共有四台电机,220KW的3台,250KW的一台。
现以220KW的水泵为例,介绍具体控制方案:
水泵节能控制系统安装在动力柜旁边,控制柜通过端子启动信号以及模拟量调速来控制节能系统的启停以及运行频率。
电气系统图如下:


四、节能效益分析
      目前,绝大部分企业的电动机都是全压运行,靠用挡板、节流阀等来控制介质流量。这样的水泵、水泵的装机量相当大,若实施调速运行,其节能效果是很大的,特别是在大型水泵、泵组的节能效果更为可观。
以佛山某陶瓷厂220KW的水泵机组为例,工频运行,运行电流为280A,一天24小时运行,一个月运行30天,则一个月的耗电量为:
    1.732 * 380V * 280A * 0.86 * 24 * 30 = 114109.148KW
以电费1块钱一度计算,220KW水泵一个月的电费为11.41万元。

节能改造后,频率调到40HZ,输出电压为230V,电流为260A,一天24小时运行,一个月运行30天,则变频改造后一个月的耗电量为:
    1.732 * 230V * 260A * 24 * 30 = 74572.992KW
以电费1块钱一度计算,220KW水泵变频改造后一个月的电费为7.4万元。

综上所述,节能改造后的节电率 = (11.41 – 7.4)/ 11.41 = 35.1%

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