浅谈水循环系统节能技改技术推广应用

杜丙福，程应军，崔积家

（1.济南市水务工程质量与安全中心，山东 济南 250099；2.济南市清源水务集团有限公司，山东 济南 250099；3.山东省工程咨询院，山东 济南 250013）

随着高新科技进步，技术力量研发能力的加大和高质量发展新时代的到来，山东省会济南的节约能源也快速融入高质量发展阶段之中。济南市生活垃圾综合处理厂的垃圾焚烧发电项目是2021年度山东省、济南市重点建设的再生能源项目，该项目的建设和运营方式采用BOT方式。

光大环保能源（济南）有限公司为济南市生活垃圾综合处理厂的垃圾焚烧发电项目的投资兴建单位。光大环保能源（济南）有限公司分两期建设，总投资约12.5亿元。项目建设占地面积为8 hm2，一期投资约8.9亿元，建设规模为4条500 t/d的垃圾焚烧生产线，配置2套18MW的汽轮发电机组；二期投资约3.6亿元，建设规模为1条750 t/d的垃圾焚烧生产线，配置1套15MW的汽轮发电机组。项目日焚烧处理生活垃圾总量约2 750 t，年焚烧处理生活垃圾总量不低于97.2万t，每年可提供绿色电力约3.6亿度，是曾获“鲁班奖”的生活垃圾焚烧发电项目，年节约标准煤约120万t。

目前一期循环水系统配置4台循泵，通过闸门互联互通，常年运行两台机组（夏天高峰期启用3台，满足运行条件），流量2 895 m3/h，扬程28 m；电机功率为355 kW，电压等级10 KV，电机转1480rmp，夏季循环水量约85 000 m3/h，其余季节循环水用量约6 000 m3/h，在满负荷运行工况下，凝汽器的真空度为：春、冬、秋季不低于－93 kPa；夏季不低于－90 kPa。

1 技改的必要性

济南市生活垃圾综合处理厂的垃圾焚烧发电项目在该套水循环系统运行以来，就存在能源浪费和设计等方面的不足，其主要存在5个方面的不足或缺陷：

1）噪声严重超标。据测定，机组运行时，严重超过项目建设环评批复厂界排放执行《声环境质量标准》（GB3096－2008）Ⅱ类标准，已经达到了85 dB（A）。

2）设备故障率高。因机组与现场运行工况不匹配，致水泵故障率严重偏高，每年需要两次大修，不仅无法保证水循环系统安全运行，而且维护成本偏高。

3）运行效率低。水泵非高效节能泵，本身设计效率较低，制造精度较差；根据循环水系统运行数据分析可知，循泵实际运行效率为41%。

管阻曲线与水泵特性曲线不匹配；现场配置的管阻曲线为28 m，而实际工况管阻为11～15 m。

水泵与整个系统不匹配，能耗增加；现场单泵供给循环水量3 000 m3/h，母管压力为0.11～0.15 MPa；而现场选择单泵流量为2 789 m3/h，扬程28 m。

水泵配置材质不高；经现场对水质检测，循环水含氯离子量摩尔浓度较高。而能有效应对氯离子的材质为316 L，或更好的双相不锈钢材质。水泵存在严重汽蚀现象。

4）机组稳定性差。选用四极电机，转速过高，静、动平衡性差，致其稳定性差；

5）无用工较多。整套设备24 h运转，循环水系统存在严重旁通回流，增加设备无效损耗，浪费用电等。

2 技术可行性分析

流体输送系统优化技术是以系统优化、实现最佳工况运行为技术标准，集系统电气优化、系统配置优化、系统运行优化和水泵水力性能优化于一体的新型节能改造技术。通过对当前运行工况参数的采集，准确判断引起高能耗的各种原因，建立准确的水力数学模型，找出最佳工况点，提出最佳匹配方案。从降低系统阻力、提高水泵效率、调整水力平衡三方面入手，消除因系统配置不合理引起的高耗能；并安装相应自动控制系统，降低因负荷变化较大引起的高耗能，标本兼治，达到最佳节能效果。

1）由于本系统存在上述高能耗原因，在满足工艺要求前提下，（最好有计算或理论）通过提高水泵效率，降低电机转速，增加变频设备，保证系统正常经济运行来实现节能。

原理：系统流体介质输送系统存在“大流量、低效率、高能耗”的状况，按最佳工况运行原则，建立专业水力数学模型和参数采集标准，通过检测复核当前运行的工况参数和设备额定参数，准确判断引起高能耗的各种原因，准确找到最佳工况点，并提出最佳匹配方案；然后通过整改不利因素，按最佳运行工况参数定做“科维高效节能泵”替换目前处于偏工况、低效率运行的水泵，消除因系统配置不合理引起的高能耗；并安装相应自动控制系统，降低因负荷较大变化引起的高能耗，标本兼治，达到最佳节能效果。

2）实现高质量的节能、高效。

（1）水泵效率的提高。通过选择优秀水力模型、叶轮出口角的修正、流道打磨、泵体与泵盖的合缝修正、提高加工精度、减少磨擦、减少容积损失等方式来减少无用能耗，提高水泵本身效率。

（2）超流量时，减部分流量。如果系统的实际流量远远超过系统的实际需求流量，通常表现为供回水温差较小，则可以减少一部分流量，但仍会在系统需求的流量的基础上留有保险系数。

（3）变频技术。循环水系统存在夏季和其它三个季节不同运行工况（夏季三台并联运行，其它季节两台并联运行），不仅要满足大流量时高效运行，还需考虑满足小流量时的效率。为此增设变频设备（ABB），采用闭环自动调节技术实现节能。

（4）选用优良的材质。为确保机组长期在高效区安全平稳运行，水泵选用了优于不锈钢316 L的双相钢，电机由四极变为十极，转速由1480转降为590转。

3 项目更新方案

1）技术路线。针对机组低效率、高耗能、故障率高、噪声大等特点，技改厂家从流体力学原理、制作工艺、制作材质机电设备选型等方面入手，彻底解决了水循环系统存在的弊端，节电率达到53%以上。

2）具体实施方案。改造循泵的进、出口大小经；更换两台泵组；另设置两面控制柜；更换高、低压电缆；增设一台节能型500 KVA变压器；更换一台变压器保护装置；增加两台只三相四线制电度表；修复流量计一台。

4 节能技改方案的效益分析

自从水循环系统设备技改投入运行以来，达到了如下效果：

1）高效节能泵更适合现场运行工况，保证在高效区运行，节能效果显著。

2）水泵的品质得到质的提高，拥有国际最先进的水泵设计和制造的技术的泵业及结合自己专利技术的产品，主要部件选用双相不锈钢，确保连续20年内高效运行。

3）彻底解决水泵汽蚀现象，循泵噪音在85 dB以内（即距泵体外壁1 m、距地面高（泵高+1）/2 m处的噪声不大于85 dB（A）），安全保障率大大提高。

4）配套为国际知名品牌高效十极电机，运行更加安全、平稳。

5）循环水系统得到优化，供水保障率得到质的提高，系统高效节能运行。

6）带来可观的经济效益，预计节电率达到53%及以上，年节约电量约237万度，年节约电费153.8万（不包括设备维修的间接费用和政府节能补贴资金）。

7）年节约标准煤790 t，减少二氧化碳排放量2 054 t，减少碳排放，实现碳中和，符合国家产业政策。