“一線(xiàn)流體系統(tǒng)的糾偏方法”在生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能中的應(yīng)用

【摘要】摘要“流體系統(tǒng)的糾偏方法”是范昌海先生在流體輸送節(jié)能領(lǐng)域的一項(xiàng)新型專(zhuān)利技術(shù)。本文簡(jiǎn)單分析了該技術(shù)的理論實(shí)質(zhì)，并介紹了該技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能改造中的成功案例。改造后，生產(chǎn)系統(tǒng)的總節(jié)電率達(dá)到了30.97%，該技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能改造中，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能改造；FCH高效節(jié)能泵；基準(zhǔn)能耗；合同能源管理（EMC）模式

在氧化鋁行業(yè)，為了有效降低用水單耗，提高水資源利用率，循環(huán)水系統(tǒng)幾乎無(wú)處不在。由于工藝設(shè)計(jì)的保守性，大多數(shù)設(shè)計(jì)者在離心泵的計(jì)算選型時(shí)，流量和揚(yáng)程經(jīng)常被選大。實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)的阻力并沒(méi)有設(shè)計(jì)的那樣大，如果控制閥門(mén)全開(kāi)，流量就偏大，操作者為了節(jié)水就會(huì)關(guān)小閥門(mén)，管路流量揚(yáng)程特性曲線(xiàn)上揚(yáng)，使系統(tǒng)工作在高液阻、高能耗的工況點(diǎn)，人為增加了“無(wú)效”能耗。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)水泵裝機(jī)總?cè)萘考s24000MW，能耗總量約占全國(guó)發(fā)電量的20%～25%，而提高水泵系統(tǒng)運(yùn)行效率的節(jié)能潛力可達(dá)250億kWh/a～350億kWh/a，水泵系統(tǒng)的節(jié)能潛力非?？捎^[1]。

1.“一種在線(xiàn)流體系統(tǒng)的糾偏方法”專(zhuān)利技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

“一種在線(xiàn)流體系統(tǒng)的糾偏方法”是范昌海先生在流體輸送節(jié)能領(lǐng)域的一項(xiàng)新型專(zhuān)利技術(shù)。該技術(shù)對(duì)在線(xiàn)流體系統(tǒng)實(shí)施下列糾偏程序：

①選取在線(xiàn)流體系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，測(cè)量流體壓力；

②測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)力機(jī)械的功率；

③檢定系統(tǒng)管路的合理性；

④測(cè)算系統(tǒng)管路特性；

⑤置換系統(tǒng)的動(dòng)力機(jī)械。

1.2 理論實(shí)質(zhì)

泵的工作點(diǎn)本質(zhì)不僅取決于泵本身的性能，而且與泵所在的管道系統(tǒng)特性有關(guān)，泵輸出的流量也就是管道系統(tǒng)所輸出的流量，輸送流體所消耗的能頭也就是流體通過(guò)泵所獲得的能頭。因此，泵的流量-揚(yáng)程曲線(xiàn)與管道特性曲線(xiàn)流量-揚(yáng)程的交點(diǎn)，就是泵裝置的工作點(diǎn)。在生產(chǎn)實(shí)際中，當(dāng)泵所產(chǎn)生的能頭和流量不能滿(mǎn)足外界負(fù)荷的變化時(shí)，常需要人為地對(duì)泵裝置的工作點(diǎn)進(jìn)行必要的改變和控制，以滿(mǎn)足外界負(fù)荷的變化，這種人為的改變和控制工作點(diǎn)稱(chēng)為調(diào)節(jié)。因此，通過(guò)分析泵的性能曲線(xiàn)，可以確定最佳工作點(diǎn)，使泵能夠在系統(tǒng)內(nèi)保持最佳工作效率下運(yùn)行。

如圖1所示，為該技術(shù)的理論分析圖。曲線(xiàn)h1為離心泵的H-Q特性曲線(xiàn)，曲線(xiàn)η1為離心泵的η-Q特性曲線(xiàn)（在此η指泵的總效率，為泵的水力效率ηh、容積效率ηv和機(jī)械效率ηm三者之積。僅前兩項(xiàng)與泵的設(shè)計(jì)有關(guān)[2]），曲線(xiàn)he1為泵出口閥門(mén)全開(kāi)時(shí)管路H-Q特性曲線(xiàn)，曲線(xiàn)he2為經(jīng)泵出口閥門(mén)控制后的管路H-Q特性曲線(xiàn)；虛線(xiàn)h2、η2是經(jīng)設(shè)計(jì)定制的節(jié)能泵的特性曲線(xiàn)。

由于原泵的流量和揚(yáng)程均偏大，當(dāng)泵出口閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，h1和he1的交點(diǎn)A為原工作點(diǎn)，出于節(jié)水考慮，在不影響生產(chǎn)的前提下，對(duì)泵的出口閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)行適當(dāng)關(guān)小控制，交點(diǎn)B為閥門(mén)控制后的工作點(diǎn)，顯然流量下降到Qmin，揚(yáng)程提高到HB。由于增大了管路阻力，使增大的壓頭用于消耗閥門(mén)的附加阻力上，且泵工作在低效率點(diǎn)（泵效率為η1B），雖然達(dá)到了節(jié)水的目的，但電機(jī)的輸出功率可能不降，甚至還會(huì)升高，這就人為增加了電耗，留下較多的節(jié)電空間。

用節(jié)能泵置換原泵后（當(dāng)然配套電機(jī)一般也要更換），泵出口閥門(mén)全開(kāi)，工作點(diǎn)在C點(diǎn)。由于節(jié)能泵是根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)管路特性曲線(xiàn)“量身定做”的，在泵的設(shè)計(jì)時(shí)已考慮葉輪進(jìn)口直徑、葉輪出口直徑、葉輪出口寬度等水力參數(shù)滿(mǎn)足最佳工況點(diǎn)（即C點(diǎn)）的要求，因此，節(jié)能泵的工作點(diǎn)可設(shè)計(jì)在效率最高點(diǎn)附近。這就是FCH節(jié)能泵的理論基礎(chǔ)。

2.FCH高效節(jié)能泵技術(shù)在循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造中的具體應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)改造前運(yùn)行狀況

由于考慮了二期工程，循環(huán)水系統(tǒng)共設(shè)計(jì)5臺(tái)熱水泵和4臺(tái)冷水泵，目前只有一期工程運(yùn)行，該系統(tǒng)只開(kāi)2臺(tái)熱水泵和2臺(tái)冷水泵即可滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，且2臺(tái)熱水泵和2臺(tái)冷水泵的出口閥門(mén)開(kāi)度只有20%～50%。目前該系統(tǒng)存在的的最大問(wèn)題是，4臺(tái)泵運(yùn)行嚴(yán)重偏離最佳工況點(diǎn)，效率較低，且部分設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)引起故障且影響設(shè)備使用壽命。

2.2 基準(zhǔn)能耗的確定

因季節(jié)變化時(shí)，系統(tǒng)循環(huán)水量會(huì)有差異，電耗也會(huì)略有差異?？紤]到同一臺(tái)電機(jī)的實(shí)際功率因數(shù)僅與負(fù)載有關(guān)，不隨季節(jié)變化，因此只需考察各泵的實(shí)際運(yùn)行電流，即可反映每臺(tái)泵的實(shí)際電耗。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，熱水泵冬季、夏季電流的平均值分別為121.1A、121.5A，相差0.4A，相當(dāng)于夏季電流平均值的0.33%；冷水泵冬季、夏季電流的平均值分別為238.8A、244.8A，相差6A，相當(dāng)于夏季電流平均值的2.5%。熱水泵春秋季、夏季電流的平均值分別為121.1A、121.5A，相差0.4A，相當(dāng)于夏季電流平均值的0.33%；冷水泵春秋季、夏季電流的平均值分別為232.5A、244.8A，相差12.3A，相當(dāng)于夏季電流平均值的5%。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，考慮季節(jié)差異在內(nèi)，可推算出全年的熱、冷水泵的平均運(yùn)行電流是：熱水泵121.03A，冷水泵238.70A。

由于僅開(kāi)2臺(tái)熱水泵和2臺(tái)冷水泵即可滿(mǎn)足生產(chǎn)使用，為此針對(duì)6月9日～7月8日一個(gè)整月30天的4臺(tái)水泵的平均功率和平均電流進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并以此作為推算全年基準(zhǔn)能耗的依據(jù)。則全年基準(zhǔn)能耗可定為：

293.2×238.70/244.3+141.7×121.03/ 120.5=428.77kW。經(jīng)圓整，可確定全年基準(zhǔn)能耗為428.5kW（經(jīng)與負(fù)責(zé)此改造的廠(chǎng)家友好協(xié)商，最終將基準(zhǔn)能耗定為422kW）。

2.3 技改實(shí)施概況

經(jīng)與改造廠(chǎng)家雙方共同討論、研究，決定將1#、3#冷水泵和2#、5#熱水泵均更換為FCH高效節(jié)能泵，原泵拆除備用。技改完成4臺(tái)節(jié)能泵開(kāi)始投入運(yùn)行。

2.4 技改后運(yùn)行現(xiàn)狀及節(jié)電收益

項(xiàng)目實(shí)施后，4臺(tái)節(jié)能泵運(yùn)行平穩(wěn)（沒(méi)有再出現(xiàn)過(guò)電流現(xiàn)象），且節(jié)電效果非常明顯。第二年一季度4臺(tái)泵平均運(yùn)行時(shí)間2020.43h，共耗電588528kWh，共節(jié)電264093kWh，節(jié)電率高達(dá)30.97%（事實(shí)上，如以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)428.77kW為基準(zhǔn)能耗，則實(shí)際節(jié)電率達(dá)32.06%）。由于循環(huán)水系統(tǒng)幾乎全天候連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以預(yù)計(jì)每年可節(jié)電量約112.92萬(wàn)kWh。

3.結(jié)論

國(guó)家發(fā)改委《高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一 五”規(guī)劃》規(guī)定：“努力促進(jìn)節(jié)能降耗。圍繞‘十一五’節(jié)能目標(biāo)，加快研發(fā)和應(yīng)用重大節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)，提高能源開(kāi)發(fā)利用效率和效益，減少能源資源浪費(fèi)，緩解能源資源壓力。著力推廣應(yīng)用能源資源優(yōu)化開(kāi)發(fā)利用技術(shù)、單項(xiàng)節(jié)能改造技術(shù)與節(jié)能技術(shù)的系統(tǒng)集成、節(jié)能型的生產(chǎn)工藝、高性能用能設(shè)備、可直接或間接減少能源消耗的新材料，以及節(jié)約能源、提高用能效率的管理技術(shù)。建設(shè)鋼鐵、有色、煤炭、電力、化工、建材等高能耗行業(yè)的節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用示范工程?！笨梢灶A(yù)見(jiàn)，范昌海先生的“一種在線(xiàn)流體系統(tǒng)的糾偏方法”發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)，在仍處低迷的氧化鋁行業(yè)，尤其是在氧化鋁廠(chǎng)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造中，是大有用武之地的。

參考文獻(xiàn)

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