“3+1”流体输送高效节能技术在冷却循环水系统中应用

宝钢特钢有限公司能源环保部 王宏宝

“3+1”流体输送高效节能技术在冷却循环水系统中应用

宝钢特钢有限公司能源环保部 王宏宝

前言

据不完全统计，全国水泵装机约3000 万台，耗能总量约占全国发电量的20%～25%。2001 年联合国工业发展组织和国家发改委中国电机系统节能项目组的调查显示：我国没有改造的泵类产品效率平均比国外低5% ～8%，而整个水泵系统的效率要低20%左右。在应用系统分析方法对泵系统进行优化的基础上采用合适的节能水泵，可以使系统达到10%～40% 以上的节能效果，节能潜力巨大。

1 项目背景

宝钢特钢有限公司为发挥专业化管理作用，有效提升能源使用效率，切实做好节能减排工作，作为其下属的能源环保部，对所管理的用能系统进行调研，并对用能不合理的环节进行改进。在对各循环水系统进行系统调研的时候发现，为保证安全及最大产量，系统设计的运行参数与实际生产情况并不完全匹配，设备供应能力往往大于工况需要。实际运行时往往是通过阀门的开启度来调整供应，导致设备的用能很不合理，造成了能源的大量浪费。冷却循环水系统一般都是长期连续运行,如能让设备和实际工况合理匹配，那么系统将有巨大的节能空间。

2 选用技术

（1）节能技改方案的选择

水泵系统节能改造主要有以下几种方法：

1）通过优化水泵水力设计和结构设计及提高制造精度来提高泵本身的效率；2）通过优化配套电机及传动装置的设计来提高电机及传动装置本身的效率；

3）通过水泵、配套电机、传动装置、管网和用水设备匹配的优化设计来提高装置效率；

4）通过对水泵系统运行的科学调度来提高系统的运行效率。

5）变频调速节能。

经过对多项水泵技能技术的研究及比较，并在上海市节能协会的推荐下，我部决定采用长沙翔鹅节能技术有限公司的“3+1”流体输送高效节能技术作为解决方案，并在条钢厂线材分厂浊循环B03供水泵系统上进行节能改造。长沙翔鹅节能技术有限公司已为武汉钢铁集团、阳泉煤业集团等100多家单位提供了优质的节能技改服务，取得了良好的社会效益和经济效益。表明此项技术已经成熟，翔鹤公司已有相当经验，选此节能改造技术我们抱有信心。

（2）“3+1”流体输送高效节能技术原理及内容

1）“3+1”流体输送高效节能技术简介：利用精密的仪器和先进的检测技术，检测系统当前运行的工况参数和相关的设备参数。按照循环水泵系统经济运行的原则，建立系统能量平衡测试与计算标准，从循环水泵组、管网、换热设备、制冷设备、冷却塔等方面入手，进行系统能量利用效率分析，评价系统当前能量利用效率指标，找出系统存在高能耗的原因。结合生产工艺要求，准确找到设备与流体输送相匹配的最佳工况点，提出系统过程能量优化解决方案，达到节能目的。

2）“3+1”流体输送高效节能技术是综合系统节能技术，包含3个核心和1个重点。

核心1：高效节能水泵的设计与制造技术

①采用三元理论对水力模型及流道进行变分有限元三元流动分析，采用CFD分析和试验研究，对水力模型进行筛选和修正，已开发多个国内领先，覆盖离心泵、混流泵和轴流泵的高效水力模型。

②水力部件全部采用精密铸造，提高表面质量和型线尺寸精度；中、大型叶轮采用焊接工艺，其中叶片为模锻或数控加工。

③转子部件精细加工，提高零件尺寸精度，减少密封间隙。

④过流部件表面喷涂特殊涂料，提高表面光洁度。

核心2：泵系统数据采集、诊断分析和优改造技术

①专业技术人员利用高精度仪器仪表现场采集数据。

②由计算软件诊断分析，提出优化改造方案。

核心3：泵系统故障诊断、实时监控、高效经济运行与优化调度技术

①根据泵系统的设备参数和工艺要求，通过在线软件实时监控，自寻优给出满足工艺要求条件下、实时电耗最低的运行调度方案。

②实时监控设备振动、轴承温度等，进行故障诊断，确保设备安全运行。

一个重点：水泵故障诊断、维修保养技术

专业设备诊断水泵故障，同步解决振动、噪音、泄漏、轴承发热和汽蚀等运行故障，改善运行环境。

（3）“3+1”流体输送高效节能技术与变频调速节能技术的区别

单一变频技术根据水泵的出口压力信号调节水泵电机的转速，尽管能耗下降了，但流量也减少了，更严重的是水泵的工作特性曲线已严重偏离最佳效率工作区，实际上水泵的工作效率在下降，而且变频改造的投资大、施工复杂，因此针对大型离心水泵的最佳节能措施是尽量提高水泵的工作效率，使水泵的高效率工作点尽量与水泵的实际工况相接近。应用“3+1”流体输送高效节能技术，重新设计高效水泵或高效叶轮，直接更换现役水泵或叶轮，可以实现高效节能增容的目的。

“3+1”流体输送高效节能技术和变频技术，对水泵都可达到节能目的，区别在于变频技术是在电机上做文章，根据用水负载的变化，来调整电机输出功率；而“3+1”流体输送高效节能技术目的是提高水泵的实际工作效率。对于变负载的水泵机组，要想充分节能，两项节能技术都实施是最佳办法；但对于负载相对恒定的水泵机组，变频技术就没有用武之地，只能采用“3+1”流体输送高效节能技术。

3 项目概述

B03线材浊环供水泵系统配有7台水泵，型号300S90A，额定流量756m3/h，额定扬程78m，转速1450r/m in，某水泵厂生产。

配套电机型号Y355L1-4/280kW/380V/500A/ 1490 r/m in，某电机厂生产。运行模式：水泵并联运行，5用2备或4用3备。

（1）技改前运行工况

技改前水泵运行工况与系统电单耗见表1、表2。

表1 5用2备时技改前水泵运行工况

表2 改造前系统电单耗

水泵的能耗浪费体现在以下几点：1）水泵与整个系统不匹配，能耗增加；2）水泵偏离最佳工况范围运行，实际效率低；3）水泵出口阀门开度小，局部阻力损失增大；4）水泵非最新节能泵，运行效率低。

（2）技改方案

用量身定做的7台翔鹅高效节能泵替换系统目前运行的7台水泵，原配套电机继续使用，不更换，泵备用方式不作改动。运行模式和运行时间不变。

7台水泵中包括6台小泵和1台大泵，其中大泵只是叶轮外径与小泵不同，其余零部件尺寸均相同。大泵的的作用是满足系统最大工况需求。

（3）方案实施

4 项目合作方式

长沙翔鹅节能技术有限公司在2012年被国家发改委评为全国十大合同能源管理示范单位，其绝大部分项目都是以合同能源管理模式执行。本项目也采用了这种零投入，低风险的合同能源管理合作模式。

合同能源管理模式主要有以下几个好处：

（1）用户在“零投资、零风险、零浪费、高效益”保证下开展节能项目；用户不用投资一分钱，就可安心、放心、开心享受节能效益；以节约的能源费用来支付节能项目的全部成本。

（2）用户规避了节能项目的资金风险、质量风险、安全风险，节能服务公司以财产抵押来确保项目节能效益的承诺；客户项目的长期节能效益成为节能服务公司的法定责任。

（3）用户用浪费的能源，转化为“零投资”的新技术设备；用浪费的能源，来投资节能改造；节能服务公司用新技术设备来换取用户浪费的能源，化废为宝，点石成金，实现多赢。

（4）在国家、企、事业专项节能改造投资资金不足的情况下，用户可用外来资金完成节能改造项目。消除用户对节能投资的财务压力，消除用户对节能效果的担心。

（5）除了项目节能的直接效益，新技术设备还可使用户降低维护成本，延长设备使用寿命，提高工作效率，提高能源管理的水平。

5 技改效果

技改后水泵运行工况与系统电单耗情况见表3、表4。

表3 技改后水泵运行工况

表4 改造后系统电单耗

技改前吨水电耗：0.4199（kWh/m3）

2.2.2 我国群众体育研究的发文机构分析 从发文机构（表2）的统计来看，以第1作者身份发文量最多的单位是南京师范大学，北京体育大学和西安体育学院次之，发文量在5篇及以上的机构共11家，其中体育专业院校2家，师范类院校4家。从这些分析可以看出，我国体育专业院校对于群众体育的研究力度还远远不够，体育专业院校作为我国体育学研究的主要贡献单位，应当为我国群众体育研究贡献自己的力量，从而推动我国群众体育的科学发展。

技改后吨水电耗：0.2447（kWh/m3）

节能率：41.7%

经过3个月的运行，B03系统的水泵目前运行平稳、安全，震动及电机工作温度得到明显的改善，节能率到达41.7%。

6 结束语

采用先进的“3+1”流体输送高效节能技术对水泵进行改造，可以从根本上解决目前循环水系统的能源浪费现象，经过对循环水系统的科学分析，找到水泵与系统的最佳匹配工况点，提高水泵效率，使系统达到最佳运行能力且高效经济运行。此次改造，不仅节能效果显著，且水泵的震动及电机运行温度都得到明显的改善，值得类似项目节能改造时参考和借鉴。

2014年黄浦区节能减排创新推进

3月12日，黄浦区召开“2014年黄浦区节能减排工作推进会”总结2013年黄浦区节能减排工作，部署2014年节能减排重点任务。

一是抓重点区域示范。实现低碳商业商务区、低碳创意园区、低碳居住社区“三区联动”，以外滩-滨江低碳发展实践区引领全区低碳城区建设。

二是抓重点领域挖潜。推动商业商务、社会事业、生产流通、公共机构等重点领域节能工程改造；推进能耗在线监测系统建设，拓展能耗监测平台公共服务功能。

三是抓重点企业管理。分解并下达各用能单位能源消费总量年度控制目标，健全节能目标责任评价、考核和奖惩制度，推进对标管理。

四是抓节能氛围营造。推动公共建筑“包装物减量”、“光盘行动”等系列低碳实践体验活动，创建一批绿色饭店、低碳践行企业。开展社区居民节能“人人行动”，推进低碳社区创建，发动居民共同参与低碳社区建设，树立绿色低碳生活消费新理念。

五是抓节能基础保障。加大节能专项资金投入，对节能量明显、具有示范意义的节能项目给予扶持，引导企业加大节能技改投入、有效应用先进节能技术。

（区节能办）

王宏宝，工程硕士，高级合同能源管理师，就职于宝钢特钢有限公司，主要从事能源生产和技术管理。