水泵節(jié)能降耗措施的實(shí)踐與探討

鄭翔 中韓（武漢石油化工有限公司公用工程分部，湖北 武漢 430070）

電能是水廠日常生產(chǎn)中最主要的能源。經(jīng)分析，電費(fèi)可占水廠總生產(chǎn)成本的70%，甚至更多，而在全廠的總用電量中，水泵的用電量占到90%以上，可見水泵為水廠的主要能耗設(shè)備。要想降低水廠的能耗，首先要減少水泵的能耗。

1 水泵節(jié)能技術(shù)改造的方法和原理

根據(jù)水泵運(yùn)行原理，水泵穩(wěn)定的運(yùn)行工況點(diǎn)是水泵特性曲線和管路特性曲線的交點(diǎn)，水泵特性曲線和管路特性曲線共同決定了水泵運(yùn)行工況點(diǎn)，因此，改變水泵的運(yùn)行工況點(diǎn)可以通過改變水泵特性曲線或管路特性曲線來實(shí)現(xiàn)[1]。

1.1 改變管路特性曲線

改變管路特性曲線可以通過調(diào)節(jié)閥門改變局部水力損失來實(shí)現(xiàn)。但通過閥門調(diào)節(jié)的方式只是將能量白白消耗于閥門上并不能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

1.2 改變水泵特性曲線

改變水泵特性曲線通常通過變速調(diào)節(jié)或者變徑調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的。

1.2.1 變速調(diào)節(jié)

變速調(diào)節(jié)即通過改變水泵轉(zhuǎn)速來改變水泵特性曲線，使水泵的出水壓力與管網(wǎng)實(shí)際所需一致，達(dá)到節(jié)能目的。

根據(jù)水泵相似定律，調(diào)節(jié)前后性能滿足如下關(guān)系:

式中:Q1—調(diào)節(jié)前流量；

H1—調(diào)節(jié)前揚(yáng)程；

P1—調(diào)節(jié)前軸功率；

n1—調(diào)節(jié)前轉(zhuǎn)速；

Q2—調(diào)節(jié)后流量；

H2—調(diào)節(jié)后揚(yáng)程；

P2—調(diào)節(jié)后軸功率；

n2—調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)速；

采用變速調(diào)節(jié)后，流量減小，水泵效率略有提高，壓力降低，而管路特性曲線并未改變，因而不存在能量消耗在管路上的情況?？梢?，變速調(diào)節(jié)是解決水泵性能與實(shí)際生產(chǎn)條件不相匹配這一問題的非常有效的方法。然而，變頻調(diào)速設(shè)備造價(jià)較高，投入較大，尤其在高壓電機(jī)方面，成本較高，未能廣泛運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)。而本型號(hào)水泵通過變速調(diào)節(jié)來提高水泵效率的空間較小，并不適合用于裝置生產(chǎn)實(shí)際。

1.2.2 變徑調(diào)節(jié)

變徑調(diào)節(jié)就是根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)葉輪外徑進(jìn)行適當(dāng)切削，改變水泵性能特性，使水泵運(yùn)行工況點(diǎn)移至高效區(qū)，從而達(dá)到節(jié)能目的。

根據(jù)水泵葉輪切削定律，在一定范圍內(nèi)切削葉輪外徑，可以改變水泵性能。切削前后性能滿足如下關(guān)系:

式中:Q1—葉輪切削前流量；

H1—葉輪切削前揚(yáng)程；

P1—葉輪切削前軸功率；

D1—葉輪切削前葉輪外徑；

Q2—葉輪切削后流量；

H2—葉輪切削后揚(yáng)程；

P2—葉輪切削后軸功率；

D2—葉輪切削后葉輪外徑；

采用切削葉輪調(diào)節(jié)后，各參數(shù)變化如圖3所示

圖1 變徑調(diào)節(jié)水泵工況點(diǎn)

圖中:Q-H曲線——水泵特性曲線；

Q-H’曲線——切削葉輪后水泵特性曲線；

Q-η曲線——水泵效率曲線；

Q-η’曲線——切削葉輪后水泵效率曲線

Q-Hs曲線——管路特性曲線

從圖中可以看出，通過葉輪切削后，水泵工況點(diǎn)左移，流量減小，水泵效率提高，而管路特性曲線并未改變，因而不存在能量消耗在管路上的情況?？梢?，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)對(duì)水泵葉輪進(jìn)行適當(dāng)?shù)那邢饕彩且环N非常有效的節(jié)能方法。同時(shí)，由于葉輪切削成本低，易與實(shí)施，因而廣泛運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)之中。

2 加壓泵節(jié)能降耗措施的實(shí)踐

凈水場(chǎng)設(shè)計(jì)處理量15萬噸/天，加壓泵采用3大1小的組合方式。但在實(shí)際運(yùn)行中，最大處理量只有56000m3/天，單獨(dú)運(yùn)行1臺(tái)小泵不滿足需要，單獨(dú)運(yùn)行1臺(tái)大泵又有富裕。

正常運(yùn)行時(shí)平均流量在2000m3/h左右，最大流量2330m3/h，通過充分的數(shù)據(jù)分析及理論計(jì)算，于2014年3月末，對(duì)1#加壓泵進(jìn)行了葉輪切削，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

切削前后水泵參數(shù)如下:

表1 切削前后1#加壓泵性能參數(shù)對(duì)比

切削后，單獨(dú)運(yùn)行1#加壓泵即可滿足日常生產(chǎn)需要，同時(shí)節(jié)約了用電，切削前后凈水場(chǎng)用電量及電單耗如下:

表2 切削前后凈水場(chǎng)用電量及電單耗

切削后，當(dāng)月用電量減少了75000kW.h，當(dāng)月電單耗下降了16.3%，當(dāng)月節(jié)約電費(fèi)約4.95萬元，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)水泵葉輪進(jìn)行合理的切削改造，使得水泵效率大大提高，進(jìn)而降低能耗，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，是水場(chǎng)節(jié)能增效的重要舉措。

[1]姜乃昌.水泵及水泵站（第四版）.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.