淺談水循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能技改技術(shù)推廣應(yīng)用

杜丙福，程應(yīng)軍，崔積家

（1.濟(jì)南市水務(wù)工程質(zhì)量與安全中心，山東 濟(jì)南 250099；2.濟(jì)南市清源水務(wù)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250099；3.山東省工程咨詢?cè)?，山東 濟(jì)南 250013）

隨著高新科技進(jìn)步，技術(shù)力量研發(fā)能力的加大和高質(zhì)量發(fā)展新時(shí)代的到來(lái)，山東省會(huì)濟(jì)南的節(jié)約能源也快速融入高質(zhì)量發(fā)展階段之中。濟(jì)南市生活垃圾綜合處理廠的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目是2021年度山東省、濟(jì)南市重點(diǎn)建設(shè)的再生能源項(xiàng)目，該項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)方式采用BOT方式。

光大環(huán)保能源（濟(jì)南）有限公司為濟(jì)南市生活垃圾綜合處理廠的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的投資興建單位。光大環(huán)保能源（濟(jì)南）有限公司分兩期建設(shè)，總投資約12.5億元。項(xiàng)目建設(shè)占地面積為8 hm2，一期投資約8.9億元，建設(shè)規(guī)模為4條500 t/d的垃圾焚燒生產(chǎn)線，配置2套18MW的汽輪發(fā)電機(jī)組；二期投資約3.6億元，建設(shè)規(guī)模為1條750 t/d的垃圾焚燒生產(chǎn)線，配置1套15MW的汽輪發(fā)電機(jī)組。項(xiàng)目日焚燒處理生活垃圾總量約2 750 t，年焚燒處理生活垃圾總量不低于97.2萬(wàn)t，每年可提供綠色電力約3.6億度，是曾獲“魯班獎(jiǎng)”的生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約120萬(wàn)t。

目前一期循環(huán)水系統(tǒng)配置4臺(tái)循泵，通過(guò)閘門(mén)互聯(lián)互通，常年運(yùn)行兩臺(tái)機(jī)組（夏天高峰期啟用3臺(tái)，滿足運(yùn)行條件），流量2 895 m3/h，揚(yáng)程28 m；電機(jī)功率為355 kW，電壓等級(jí)10 KV，電機(jī)轉(zhuǎn)1480rmp，夏季循環(huán)水量約85 000 m3/h，其余季節(jié)循環(huán)水用量約6 000 m3/h，在滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，凝汽器的真空度為：春、冬、秋季不低于－93 kPa；夏季不低于－90 kPa。

1 技改的必要性

濟(jì)南市生活垃圾綜合處理廠的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目在該套水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)，就存在能源浪費(fèi)和設(shè)計(jì)等方面的不足，其主要存在5個(gè)方面的不足或缺陷：

1）噪聲嚴(yán)重超標(biāo)。據(jù)測(cè)定，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，嚴(yán)重超過(guò)項(xiàng)目建設(shè)環(huán)評(píng)批復(fù)廠界排放執(zhí)行《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096－2008）Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)達(dá)到了85 dB（A）。

2）設(shè)備故障率高。因機(jī)組與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況不匹配，致水泵故障率嚴(yán)重偏高，每年需要兩次大修，不僅無(wú)法保證水循環(huán)系統(tǒng)安全運(yùn)行，而且維護(hù)成本偏高。

3）運(yùn)行效率低。水泵非高效節(jié)能泵，本身設(shè)計(jì)效率較低，制造精度較差；根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析可知，循泵實(shí)際運(yùn)行效率為41%。

管阻曲線與水泵特性曲線不匹配；現(xiàn)場(chǎng)配置的管阻曲線為28 m，而實(shí)際工況管阻為11～15 m。

水泵與整個(gè)系統(tǒng)不匹配，能耗增加；現(xiàn)場(chǎng)單泵供給循環(huán)水量3 000 m3/h，母管壓力為0.11～0.15 MPa；而現(xiàn)場(chǎng)選擇單泵流量為2 789 m3/h，揚(yáng)程28 m。

水泵配置材質(zhì)不高；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水質(zhì)檢測(cè)，循環(huán)水含氯離子量摩爾濃度較高。而能有效應(yīng)對(duì)氯離子的材質(zhì)為316 L，或更好的雙相不銹鋼材質(zhì)。水泵存在嚴(yán)重汽蝕現(xiàn)象。

4）機(jī)組穩(wěn)定性差。選用四極電機(jī)，轉(zhuǎn)速過(guò)高，靜、動(dòng)平衡性差，致其穩(wěn)定性差；

5）無(wú)用工較多。整套設(shè)備24 h運(yùn)轉(zhuǎn)，循環(huán)水系統(tǒng)存在嚴(yán)重旁通回流，增加設(shè)備無(wú)效損耗，浪費(fèi)用電等。

2 技術(shù)可行性分析

流體輸送系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)是以系統(tǒng)優(yōu)化、實(shí)現(xiàn)最佳工況運(yùn)行為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，集系統(tǒng)電氣優(yōu)化、系統(tǒng)配置優(yōu)化、系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化和水泵水力性能優(yōu)化于一體的新型節(jié)能改造技術(shù)。通過(guò)對(duì)當(dāng)前運(yùn)行工況參數(shù)的采集，準(zhǔn)確判斷引起高能耗的各種原因，建立準(zhǔn)確的水力數(shù)學(xué)模型，找出最佳工況點(diǎn)，提出最佳匹配方案。從降低系統(tǒng)阻力、提高水泵效率、調(diào)整水力平衡三方面入手，消除因系統(tǒng)配置不合理引起的高耗能；并安裝相應(yīng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，降低因負(fù)荷變化較大引起的高耗能，標(biāo)本兼治，達(dá)到最佳節(jié)能效果。

1）由于本系統(tǒng)存在上述高能耗原因，在滿足工藝要求前提下，（最好有計(jì)算或理論）通過(guò)提高水泵效率，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，增加變頻設(shè)備，保證系統(tǒng)正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

原理：系統(tǒng)流體介質(zhì)輸送系統(tǒng)存在“大流量、低效率、高能耗”的狀況，按最佳工況運(yùn)行原則，建立專業(yè)水力數(shù)學(xué)模型和參數(shù)采集標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)檢測(cè)復(fù)核當(dāng)前運(yùn)行的工況參數(shù)和設(shè)備額定參數(shù)，準(zhǔn)確判斷引起高能耗的各種原因，準(zhǔn)確找到最佳工況點(diǎn)，并提出最佳匹配方案；然后通過(guò)整改不利因素，按最佳運(yùn)行工況參數(shù)定做“科維高效節(jié)能泵”替換目前處于偏工況、低效率運(yùn)行的水泵，消除因系統(tǒng)配置不合理引起的高能耗；并安裝相應(yīng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，降低因負(fù)荷較大變化引起的高能耗，標(biāo)本兼治，達(dá)到最佳節(jié)能效果。

2）實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的節(jié)能、高效。

（1）水泵效率的提高。通過(guò)選擇優(yōu)秀水力模型、葉輪出口角的修正、流道打磨、泵體與泵蓋的合縫修正、提高加工精度、減少磨擦、減少容積損失等方式來(lái)減少無(wú)用能耗，提高水泵本身效率。

（2）超流量時(shí)，減部分流量。如果系統(tǒng)的實(shí)際流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)系統(tǒng)的實(shí)際需求流量，通常表現(xiàn)為供回水溫差較小，則可以減少一部分流量，但仍會(huì)在系統(tǒng)需求的流量的基礎(chǔ)上留有保險(xiǎn)系數(shù)。

（3）變頻技術(shù)。循環(huán)水系統(tǒng)存在夏季和其它三個(gè)季節(jié)不同運(yùn)行工況（夏季三臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，其它季節(jié)兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行），不僅要滿足大流量時(shí)高效運(yùn)行，還需考慮滿足小流量時(shí)的效率。為此增設(shè)變頻設(shè)備（ABB），采用閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（4）選用優(yōu)良的材質(zhì)。為確保機(jī)組長(zhǎng)期在高效區(qū)安全平穩(wěn)運(yùn)行，水泵選用了優(yōu)于不銹鋼316 L的雙相鋼，電機(jī)由四極變?yōu)槭畼O，轉(zhuǎn)速由1480轉(zhuǎn)降為590轉(zhuǎn)。

3 項(xiàng)目更新方案

1）技術(shù)路線。針對(duì)機(jī)組低效率、高耗能、故障率高、噪聲大等特點(diǎn)，技改廠家從流體力學(xué)原理、制作工藝、制作材質(zhì)機(jī)電設(shè)備選型等方面入手，徹底解決了水循環(huán)系統(tǒng)存在的弊端，節(jié)電率達(dá)到53%以上。

2）具體實(shí)施方案。改造循泵的進(jìn)、出口大小經(jīng)；更換兩臺(tái)泵組；另設(shè)置兩面控制柜；更換高、低壓電纜；增設(shè)一臺(tái)節(jié)能型500 KVA變壓器；更換一臺(tái)變壓器保護(hù)裝置；增加兩臺(tái)只三相四線制電度表；修復(fù)流量計(jì)一臺(tái)。

4 節(jié)能技改方案的效益分析

自從水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備技改投入運(yùn)行以來(lái)，達(dá)到了如下效果：

1）高效節(jié)能泵更適合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況，保證在高效區(qū)運(yùn)行，節(jié)能效果顯著。

2）水泵的品質(zhì)得到質(zhì)的提高，擁有國(guó)際最先進(jìn)的水泵設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)的泵業(yè)及結(jié)合自己專利技術(shù)的產(chǎn)品，主要部件選用雙相不銹鋼，確保連續(xù)20年內(nèi)高效運(yùn)行。

3）徹底解決水泵汽蝕現(xiàn)象，循泵噪音在85 dB以內(nèi)（即距泵體外壁1 m、距地面高（泵高+1）/2 m處的噪聲不大于85 dB（A）），安全保障率大大提高。

4）配套為國(guó)際知名品牌高效十極電機(jī)，運(yùn)行更加安全、平穩(wěn)。

5）循環(huán)水系統(tǒng)得到優(yōu)化，供水保障率得到質(zhì)的提高，系統(tǒng)高效節(jié)能運(yùn)行。

6）帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，預(yù)計(jì)節(jié)電率達(dá)到53%及以上，年節(jié)約電量約237萬(wàn)度，年節(jié)約電費(fèi)153.8萬(wàn)（不包括設(shè)備維修的間接費(fèi)用和政府節(jié)能補(bǔ)貼資金）。

7）年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤790 t，減少二氧化碳排放量2 054 t，減少碳排放，實(shí)現(xiàn)碳中和，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策。