水厂节能降耗技术的实践应用

2022-01-11苏东发

河南建材 2022年1期

苏东发

广东省惠州市供水有限公司（516000）

0 前言

水厂节能降耗研究是要在满足水厂日常运转的情况下，尽可能减少能源的消耗。节能降耗主要有直接和间接两个方面。直接节能降耗是直接可见地减少能源消耗；间接节能降耗是通过节能降耗手段降低财力、物力、运输力或时间，间接地减少能源消耗的方式。综合直接和间接两种节能降耗方式才能达到现阶段水厂降耗的实际需求，提高水厂的经济效益。水厂原水成本属于外部成本，不在可控成本范围内。在投资完成后的运营阶段，固定成本也具有短期成本不变的特点，大部分产水、售水成本也相对稳定。因此，运营阶段的重点是控制可变成本。根据调查显示，供水行业水泵用电量占我国总发电量的1/5 左右，所以水厂的节能降耗不仅是企业降低成本的要求，也为我国经济打下基础。

1 现阶段水厂节能降耗工作中的问题

1.1 水泵的耗电问题

以往在对水厂进行设计时，水泵的选择往往考虑用水最高峰期间水流压力和需求进行设计，虽然按照这种方式满足了不利情况下的用水需求，但却没有充分考虑到能耗问题。然而在水泵运行过程中大多数时间是在平均流量和平均扬程附近运行。长时间的运行会导致水泵低于高效率范围，此时水泵的轴功率接近甚至超过所配电机的功率，水泵效率低，容易发生气蚀。在实际生产中，为了保证水泵的安全运行，使水泵在高效范围内运行，通过关闭出水阀来改变管道特性曲线的唯一方法就是改变水泵的工作点。虽然能够让水泵在高效率区域安全运行，但这样会造成电能的浪费。此外，很多水厂的水泵使用年限较长，老化磨损严重，也是造成电能浪费的一大重要原因。

1.2 泵出水管网跟不上发展要求，造成出水阻力过大浪费电能

供水企业作为耗电大户，用电成本占总成本的20%～30%[1]，而其中用电最为突出的便是泵电机。通常情况下使用高效水泵，通过调速装置，让水泵的工况保持在高效区，使水泵扬程和水量适应管网变化。对管网进行进一步优化，尤其是调度多泵站管网，并考虑分时段用电，提高能源利用效率。

2 水厂的节能应用实践

2.1 确定合理的取水头，确保泵设备经济高效运行

以某水厂为例，在应用实践中该水厂电耗一直很高。为了实现节能，水厂设立了专门的节能研究课题，全面检查找出能耗居高不下的原因。通过对取水泵房和净水构筑物的高低水位差，时刻观察反应池运行状态。发现1 号反应罐进水水位低于2 号反应罐进水水位，1 号、2 号反应罐原水水量不平衡。由于1 号反应池前设置了消能井，造成损失较大，所以如何解决消能井的损耗问题成为重点。水厂通过对1 号反应池进行改造，降低整个取水头，使单位电耗大大降低。进水扬程的确定应能很好地满足水泵的需要，使水泵能将原水收集井的水抽至反应池。如果水泵扬程设置过高，水厂的能耗将大大增加。

2.2 合理搭配机组的运行模式

通过对生产中运行数据的分析发现，为了降低水泵的能耗，提高水泵的工作效率，应尽可能避免机组与吸入管在同一吸水井内同时运行。如果两台泵在同一个吸水井内同时运行，吸水井的水位将迅速下降，吸水头将迅速增加。这样，泵容易产生气蚀，影响泵的出口流量，从而大大增加泵的功耗，特别是当吸水井容积与吸水井之间的连接管直径较小时。部分水厂已采取措施调整取水泵组的匹配，以节约能源。

3 提高水厂节能降耗的技术手段

3.1 科学调配供水水源

很多地区受到供水安全和水源条件的限制，往往选取多个供水源。这就需要根据实际情况对地表水源、地下水源进行合理调度，保障供水。为此，需要建立和完善水源调度制度，对水源的分布和用水量情况进行综合分析，本着“地表水第一，地下水第二”的原则[2]，在保障供水不受影响的前提下，科学合理地配置供水源，这不仅有利于降低供水能耗，也有利于水资源的节约。

3.2 合理确定管网使用压力

作为供水节能的重要指标之一，管网使用压力的大小影响着居民用水情况和水泵能耗情况。若管网压力过大，超出使用情况，则水泵扬程增加，造成电力资源的浪费，而且可能增加管网的故障率，出现渗水、漏水的情况。若管网压力不足，则会影响居民的正常用水，无法满足用水水压要求。通过计算确定合理的供水压力，找到水压与用户水量需求的最佳状态，在能够满足使用的前提下尽可能降低水压。选择管网基础具有代表性的测控点，加强水压的检测，根据用水情况对水压及时作出调整。

3.3 提高水泵机组的运行效率

现阶段大多数水厂采用多泵联合供水的方式进行供水，泵组的开度通过不同季节和时间段的水量需求进行调节，达到满足供水需求、提高泵组运行效率、降低泵组能耗的目的。要达到这一目的还需要满足以下几方面的条件。

3.3.1 合理选择泵站机组

按照相关规定，水泵设计供水量要满足用户最大需求量。但是在实际工作中，如果仅仅依靠这一规定来决定水压和水量的大小会造成极大的能源浪费。通常情况下，水泵最佳的负载在60%～100%，负载过高会导致水泵故障，负载过低会造成效率下降。所以切实掌握泵站机组的运行工况，选择适合的泵扬程，让水泵始终处于高效区间内运行，是减低能耗、提高效率的主要手段。

3.3.2 合理管理和控制泵组

泵组水泵通过并联方式连接如图1 所示，水泵扬程基本接近，通过合理配置不同功率和流量的水泵，合理匹配这些水泵机组，防止出现多台水泵运行偏离高效区的情况。除此之外，在水泵设置时要充分考虑率配置的合理性，防止因为配置不合理而使机组频繁启停，这不仅影响正常供水也会增加水泵的额外能耗[3]。

图1 水厂泵组图

3.3.3 采取新的设备和技术降低能耗

3.3.3.1 采用恒压变频调速技术

这项技术能够通过改变变频泵的转速或泵的数量来改变机组的运行方式，保证总压力在发生改变的情况下进行变频供水。通过变频供水的方式能够节能20%左右。通过水管压力控制仪器可以实现水泵机组的控制，防止因水量迅速较小、压力增加而引起的管道破裂的情况。

3.3.3.2 定期校准供水设备

对于耗能高、效率低的设备及时更换，一般新型设备较老设备可降低约10%的电能损耗。

3.3.3.3 降低水泵机组的能量损失

这些能量损失主要包括体积损失、水力损失和机械损失。可以通过使用涂层材料的方式，提高材料的耐磨度和光滑度，降低因摩擦和液体涡流运动带来的能量损失。

3.4 降低管网能耗

作为水厂通往用户的渠道，管网可以说是水系统中最为基础的设施遍布各处。水厂提供的水压在管网中会受到一定的损失，降低管网造成的水压损失，相应就可以降低水厂的给水压力，达到节能降耗的目的。在城市规划建设的过程中，城市管网是分阶段建设的。随着城市的不断发展，主供水管道随着流量的增大和结垢的增多导致供水量无法满足需求，导致增加水头损失，能耗逐渐增加。不仅如此，由于管道分批建设，管道内气体不能及时排除，造成气体堵塞，增加水头损失，浪费能源消耗。以某中学的水管施工为例，由于管内气体无法及时排除导致水压不能满足学校用水需求，造成1 000 多名师生用水困难。最后，经过仔细分析，安装了自动排气阀，将管道内的气体排出。即使工厂水压减少0.02 MPa，工厂水压仍能满足学校用水量。对管网存在的问题要认真分析研究，对供水管网进行调整，对不合理的管道要坚决彻底改造。从目前来看，投资大，建设难度大，从长远来看可以降低能耗，值得改造。今后，城市供水管网建设应引起高度重视，要综合规划、分阶段实施。