循环水泵节能计算与实践

2015年第10期铁合金015No.10总第249期FERRO-ALLOYSTot. 249DOI:10.16122/ cnkiissn1001-1943.2015.10.008循环水泵节能计算与实践韦少华(桂林康密劳铁合金有限公司桂林中国541200)摘要文章阐述了循环水泵的节能背景,通过理论计算探讨了循环水泵的节能方法,同时通过对某厂水泵数据的推导和演算,计算出节能的空间,为企业降低了成本关键词水泵节能演算成本中图分类号TF644.3文献标识码B文章编号1001-1943(2015)10-003004CALCULATION AND PRACTICE OF CIRCULATINGPUMP ENERGY SAVINGWei shaohuaAbstract The article discusses the energy saving background of circulating pump and the energy saving method of cir-culating pump by theoretical calculation. At the same time, through derivation and calculation for the factorys pump daa, calculates the energy saving space, reducing costs for enterprisesKeywords pump energy saving, calculation, cost前言一般作为电炉本体、短网和变压器等的冷却设备。其特点是装机容量大、负荷恒定和长期连续使用。通常节能一直是国家发展经济的一项长远战略方设备选型一次性投资大,且参数恒定。在实际使用过针,也是企业降低成本的有效手段,因此推进节能技程中,可能会面临两个问题:(1)水泵选型过大,在生术进步,降低单位产值能耗和单位产品能耗是一项产过程中发现水泵的流量和扬程超过实际需求量;重要的工作。(2)企业面临部分停产或减产,用水量减小但水泵功水泵风机用电量在社会总用电量中所占比重很率无法降低。第二个问题在目前形势严峻的铁合金大,在该领域进行的各种节能技术研究也一直为世生产行业中显得尤为突出。界各国所重视。在我国,据第三次全国工业普查公布某铁合金企业正在面临产能缩减和综合能耗上的统计资料表明,水泵风机用电量占社会总用电量升的严峻成本压力,辅助电耗从之前最大产能时的的3%,其中水泵占21%,风机占12%。在该领域左右,提高至7%以上。通过数据分析显示,循环进行的节能技术和产品的研究也一直作为我国节能水泵的能耗占辅助能耗的80%以上,因此对企业来工作的重点来进行。说,水泵节能的研究显得格外突出由于在设计之初并未考虑减产的工况,因此在1节能背景水泵的选型上只选用了普通的工频多级泵。另外,某些用水量大的回路和区域使用一台大容量水泵进行循环水泵在铁合金大型企业有着广泛的应用,合并供水。例如,由于水质原因,所有电炉的变压器作者简介韦少华男,1984年11月出生,2007年毕业于北京科技大学治金与生态工程学院冶金工程专业,2010年1月获得北京科技大学冶金与生态工程学院钢铁冶金系硕土学位,现主要负责生产工艺管理工作eishhbeyond@163.com收稿日期2015-08-16第10期韦少华循环水泵节能计算与实践共用一个循环回路。当一台电炉停产时,变压器冷却有关;一局部阻力系数,与局部管道变化的剧烈程水仍然在不断循环,这就无形中造成了电能的浪费,度有关;l-管长,m;d-管径,m;t-速度,ms;g重增加了成本。力加速度,ms变化管道上阀门开度时,相当于对管道在局部2水泵节能方法和原理进行变径调节。对于管道变径,局部水头损失的经验公式可表示为公式(4)在水泵运行过程中,无论采取何种节能措施和H=0.5·(1-22)方案,首要的任务是保证用户的工艺要求。水泵的主要工艺要求包括压力流量和温度等。通过实际运行式(4)中,Ar入口管径截面积,m2;Ax出口管径截过程中的数据累积和工况,对比设计时的工艺和设面积,m备参数,找到适合的节能方法和空间。联立公式(1)-(4)得公式(5),水泵将电能转换成水的动能和势能,即压力和Ha=Ho+a+0.5·(1流量。因此调节合适的扬程和流量是节能技术的途径。为降低水泵流量,可以采取两种方式:(1)强制关=+(A-1(5)A小水泵出口阀门,通过阀门调节流量;(2)通过变频按公式(5),在管径不变时,流量Q与流量成正技术,调节水泵的电机转速。比,因此扬程与流量的关系如图1中管路曲线R所2.1阀门操作调节节能示。当关小阀门时,即A1>A2时,按公式(5),管路曲线减小阀门开度可以改变管道内的阻力,从而调由R变为R'。管道曲线R和R与水泵的性能曲线节水流量。水泵供水过程中,受到的阻力可以分为两的交点为a点和b点。按水泵的转速与扬程、流量和部分。第一部分是水泵在空载下维持自身运转时产功率存在一定的经验关系式叫,公式(6)-8,可知两生的阻力此时水泵向外输出的流量为零。这与水泵种工况的节能效果并不明显。按推导公式(8),关小阀自身的特性有关,同一台设备这个值是恒定的,用门前后的功率比即图中四边形HaQ0与四边形H表示。第二部分是水流在管道运动过程中产生的HbOO的面积比。在调小变水泵出口阀门时,水泵阻力,包括流动阻力和能量损失。流动阻力是流体与出口管路阻力变大,多余的有功消耗在抵消出口阀管道内壁接触产生的摩擦力和自身在运动过程中产门的阻力上。水泵的出力未发生变化,因此无明显的生的减切力和粘性力,用H1表示。而能量损失则是节能效果。很短的距离内流体为了克服由边界发生剧变而引起的阻力,如流道的转弯、收缩、扩大。调节阀门的开度实际上就是调节流体在流动过程中的能源损失,用管路曲线RH。表示。因此,水泵供水过程中,阻力的表达式如公路曲线R式(1)所示。He=Ho+H+Hm式(1)中,H—水泵在供水过程中总的阻力损失;H01性能曲线水泵在空载下维持自身运转产生的阻力,在一定的O-H转速下是恒定常数;H一流体在流动过程中受到的流动阻力,或称为沿程损失;H。流体在局部区域发o Q生的能量损失受到的阻力,或称为局部损失。图1阀门调节性能曲线根据达西公式2,沿程水头损失和局部水头损失Fig. I Performance curve of valve regulation可以表示为公式(2)和公式(3)H=dHHm=t(3)Hs NbQ,Ha式(2)-(3)中,λ一沿程阻力系数,与管壁的粗糙程度QHb铁合金2015年式(6)-(8)中,Q一流量,m;N转速,rmin;P-功N=560f率,kW22水泵变频调节节能式(9)中,f频率,Hz;P电机极对数,无量纲。根据经验公式(6)和(7),如果能降低水泵的转如图2所示,水泵在特定的转速下,流量与扬程有特定的曲线关系。当通过调节水泵转速减小流量速,可以同时降低水泵的流量和扬程。而电机的转速(Q至Q),扬程减小(H至H),水泵的出力减小,产与频率的关系与公式(9)所示,证明可以通过降低电生节能的效果。通过结合公式(8),可知变频调速前后机的频率降低电机转速,从而低水泵扬程和流量,功率比为图中四边形aQO与四边形H4Q0的面达到节能的目的,如图2所示。积比,理论上可以产生很明显的节能效果。3水泵节能实践管路曲线R3.1阀门调节的节能效果某企业由于市场原因部分电炉停产,单台水泵供多台电炉冷却用水,希望通过简单的调节阀门开性能曲线O-H度来节约电能,降低辅助电耗。表1是通过关小阀门且满足用户用水需求时,仪表上显示的电压、电流功率功数和流量等数据。按公式(10计算各台电机的实际功率。图2变频调节性能曲线Fig 2 Performance curve of frequency conversion regulationP=Ulcosc(10)表1关小阀门后各工况参数Tab. I Each working parameters after turning the valve to small冷水冷水热水冷水热水冷水热水冷水热水参数1炉2炉1&2炉1&2短1&2短1&2变1&2变公辅公辅电压/V380电流/A370336实际流量/(m/h)0008631210276压力MPa0.520.30.50.340.350.150.410.2有效扬程/m53.130.651.034.715.341.8额定功率/W220功率因数0.920920.920.920.920.920.920.920.92实际功率W027200224203114997783式(10)中,U—电压,V;}电流,A;cop-功率因泵的轴功率,进而得到节电空间。数,无量纲。水泵有效功率和轴功率的计算式如公式(11)和从表1可以看出,尽管流量与压力要远低于额(12所示定数值,但实际功率仍与额定功率相近,没有明显的P有效一w mgH pgh节能效果。这证明大量的有功消耗在克服阀门阻力,=ghQ而非推动水流有效做功P有效一水泵有效功率,kW;p-密度,kg/m3;H3.2变频调节的节能效果扬程,单位变频调节是根据用户实际需求的水量和扬程调P节水泵的转速,减小系统在运行过程中不必要的浪P轴二刀变器7电机们系(12)费。为降低水泵用电量,可先在正常的工况下计算水式(11)-(12)中,P轴一轴功率,单位kW;m变频器一变第10期韦少华循环水泵节能计算与实践频器效率,取0.96;电机一电机效率,取095;一泵式(13)中,P一水泵节能前的实际功率,kW效率,取0.74;将表中的数值代入公式(13),得到节电效率,见节电效率α的表达式为表2。a= P100%(13)从表2可以看出,在目前的工况下,水泵有较大表2各台水泵的最低有效功率和节电效率Tab 2 Minimum effective power and energy-saving efficiency of each pump冷水冷水热水热水冷水热水冷水热水参数1炉2炉1&2炉1&2短1&2短1&2变变公辅公辅实际流量/(m/h)086314306651210550803276有效扬程/W0.153.151.035.741.820额定功率/kW220110功率因数0.920.92实际功率/W227224有效功率/W018516719%17%50%41%的节能空间,功率可降低约330kW。以当地电费0.5也证明了此种方式的节电空间有限。元八Wh电计算,每月可以节约电费约12万元。由于4,2对于变频调速节能,从理论上和实践上证明了变频技术已比较成熟,同时设备投资不高,比较投资技术有效性。在日常生产中,可根据正常工况参数,和收益,整体还是划算的。此外,也可根据水泵节能计算出水泵有效功率,进而计算节能空间。的潜力,选择节能潜力较大的泵组进行改造。43某厂在水泵节能上,每月有10多万元的成本在使用变频调速时需注意变频调速不宜低于额降低空间。可先根据实际情况分析各套装置的节能定转速的50%,最好处于75%以上,并应结合实际工空间,分步进行节能改造,这样效率高,风险低。况计算确定参考文献4结语I国家统计局.第三次全国工业普查主要数据公报]20012]刘建军.流体力学M北京:北京大学出版社,200641通过理论推导和分析绘制管道特性曲线和水3}符锡理变频调速泵供水原理及实践队变频器世界,199泵性能曲线,理论上证明简单调节阀门减小水泵流(10)量的操作,达不到有效的节电目的。同时,在实践上x+…+…+”+…+…+…+…+”+“"+“++…+…+…+…+…+"+“+“+“++“+…+…+…+…+“+…+…+…+…+”+”+本刊声明本刊已入编中国学术期刊(光盘版)、中国核心期刊(遴选)数据库、中国科学引文数据库、中文科技期刊数据库、美国化学文摘社、、重庆维普—数据化期刊群,作者文章著作权使用费与本刊稿酬一次性付给,本刊不另付稿酬,凡不同意入编的作者,请在投稿时声明。++…+“+“+“+“+“+“+#“+*+“+*+…+…+“+*+*++++++…+…+…+…+…+*+*+++“+*+“+“+…+…++