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供水系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式的節(jié)能選擇
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摘要:供水系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式的節(jié)能選擇探討。
關(guān)鍵詞:供水系統(tǒng)情調(diào)節(jié)方式 節(jié)能選擇
1 系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式
1.1 關(guān)閘調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)
送水泵房的任務(wù)是要滿(mǎn)足管網(wǎng)中用戶(hù)對(duì)水量、水壓的要求。在管網(wǎng)中無(wú)水塔或高位水池的情況下,任何時(shí)刻二級(jí)泵站的供水量應(yīng)等于用水量。由于管網(wǎng)用水量每時(shí)每刻都在變化,而水泵的搭配和分級(jí)是有限的,因此需對(duì)管道或水泵進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿(mǎn)足用戶(hù)水量、水壓的要求,關(guān)閘調(diào)節(jié)和水泵變速調(diào)節(jié)是兩種有效的調(diào)節(jié)方式。關(guān)閘調(diào)節(jié)使能量浪費(fèi)在閘門(mén)上,由于送水泵房運(yùn)行費(fèi)占水廠制水成本的50%以上,因而能量的浪費(fèi)很可觀。一般來(lái)說(shuō),水泵變速調(diào)節(jié)和關(guān)閘調(diào)節(jié)相比,能量節(jié)約了14.1%.
1.2 水塔或高位水池調(diào)節(jié)
水塔或高位水池調(diào)節(jié)是傳統(tǒng)而有效的調(diào)節(jié)方式。當(dāng)管網(wǎng)中建有水塔或高位水池時(shí),二級(jí)泵站每小時(shí)供水量可不等于用水量,但每天總供水量仍等于用水量。此時(shí),水泵工作分為二級(jí)到三級(jí)。只要選泵合理,可使水泵一直在節(jié)能狀態(tài)下工作。因而,水塔或高位水池調(diào)節(jié)不會(huì)引起水泵能量的浪費(fèi)。
從以上分析可知,水泵變速調(diào)節(jié)只是系統(tǒng)的一種調(diào)節(jié)方式,同水塔和高位水池調(diào)節(jié)相比,它可以省去水塔或水池,但要求泵站和管網(wǎng)按最高日、最高時(shí)流量設(shè)計(jì)。同時(shí),清水池的容積也要比水塔或水池調(diào)節(jié)時(shí)大。另外,先進(jìn)的調(diào)速設(shè)備如變頻調(diào)速設(shè)備一般需要進(jìn)口,價(jià)格較為昂貴。因此,到底采用那種調(diào)節(jié)方式,需通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后才能確定,不能盲目認(rèn)為變速調(diào)節(jié)就一定節(jié)能。例如,當(dāng)管網(wǎng)中水塔和水池的調(diào)節(jié)容積足夠時(shí),使用變速調(diào)節(jié)并不能起到節(jié)能目的。
2 水泵調(diào)速的節(jié)能原理
由離心泵的基本方程式可知,水流通過(guò)水泵時(shí),比能(揚(yáng)程)的增值與葉輪的轉(zhuǎn)速和外徑有關(guān)。降低轉(zhuǎn)速和減小輪徑,都可以降低水泵的揚(yáng)程。這一原理是水泵調(diào)速的理論基礎(chǔ)。
水泵裝置的工況點(diǎn)是指水泵供給水的總比能與管道所要求的總比能相等的那個(gè)點(diǎn),也就是水泵特性曲線(曲線①)與管道特性曲線(曲線②)的交點(diǎn),如A點(diǎn)。當(dāng)水泵特性曲線和管道特性曲線改變時(shí),都會(huì)引起工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)移。
對(duì)定速泵來(lái)說(shuō),當(dāng)流量由QA變?yōu)镼B時(shí),水泵特性曲線①不變,管道特性曲線變?yōu)榍€③,工況點(diǎn)因此成為C點(diǎn),相應(yīng)的揚(yáng)程為HC.對(duì)變速泵來(lái)說(shuō),如要求流量由QA變?yōu)镼B,可通過(guò)改變水泵轉(zhuǎn)速,使曲線①變?yōu)榍€④,此時(shí)管道特性曲線仍為②,工況點(diǎn)則變?yōu)锽點(diǎn),對(duì)應(yīng)揚(yáng)程為HB.因此,直觀地說(shuō),變速泵節(jié)約的揚(yáng)程為(HC-HB)。當(dāng)然,選擇水泵時(shí)應(yīng)校核水泵的調(diào)速范圍是否合理。
3 設(shè)計(jì)舉例
3.1定速與調(diào)速節(jié)能比較
某水廠設(shè)計(jì)規(guī)模20×104 m3/d,24 h逐時(shí)用水量變化資料已知。根據(jù)管網(wǎng)平差結(jié)果,要求該水廠出水水壓滿(mǎn)足:
H=40+1.8Q2
?。?)選SULZER501—500泵(n=1 470 r/min)3臺(tái)。方案1為全部采用定速泵,方案2采用2臺(tái)變速、1臺(tái)定速,比較兩方案節(jié)能效果。
1.用水量變化曲線
2.二級(jí)泵站設(shè)計(jì)供水線
從泵譜圖上求得泵特性曲線方程為:H=81-17Q2
(2)則二泵并聯(lián)后特性曲線方程為:H=81-4.25Q2
?。?)三泵并聯(lián)H=81-1.9Q2
?。?)分別聯(lián)立(1)(2)、(1)(3)、(1)(4)得出:
Q1=1.477 m3/s=5 316 m3/h
Q2=2.6 m3/s=9 372 m3/h
Q3=3.33 m3/s=12 000 m3/h
因而,對(duì)方案1,按以下原則調(diào)度:
Q≤Q1時(shí),開(kāi)泵1臺(tái);
Q1<Q≤Q2時(shí),開(kāi)泵2臺(tái);
Q2<Q≤Q3時(shí),開(kāi)泵3臺(tái)。
對(duì)方案2,則按如下原則操作:
Q≤Q1時(shí),開(kāi)變速泵1臺(tái);
Q1<Q≤Q2時(shí),開(kāi)變速泵2臺(tái);
Q2<Q≤Q3時(shí),開(kāi)1臺(tái)定速泵,2臺(tái)變速泵。
利用用水量逐時(shí)變化資料,計(jì)算每一時(shí)刻各方案所消耗的電能。
方案1某小時(shí)所耗電能為:
?。?)方案2同一時(shí)刻所耗電能應(yīng)分為兩部分,即定速泵耗電加上變速泵耗電,即:
?。?)經(jīng)計(jì)算,方案2比方案1節(jié)能14.1%,每年節(jié)電205×104 kW*h.
本設(shè)計(jì)需要的最大調(diào)速比:
3.2 水塔與泵調(diào)速節(jié)能比較
泵調(diào)速范圍為1 156~1 470 r/min.若系統(tǒng)中水塔或高位水池的調(diào)節(jié)容積足夠(經(jīng)計(jì)算,調(diào)節(jié)容積需大于13 100 m3),假定管路系統(tǒng)不變,水泵分兩級(jí)工作。20時(shí)至次日5時(shí)一級(jí)供水,供水量為5 560 m3/h;5時(shí)至20時(shí)二級(jí)供水,供水量為1×104 m3/h.選取SULZER602—720泵(n=980 r/min)2臺(tái),水泵葉輪切削一檔,泵特性曲線方程為H=106.5-26.7Q2.一級(jí)供水時(shí)開(kāi)泵1臺(tái),工況點(diǎn)為(5 560,44);二級(jí)供水時(shí)開(kāi)泵2臺(tái),工況點(diǎn)為(10 000,55)。
經(jīng)計(jì)算1 d內(nèi)能耗為: 33285 (kW.h/d)
可見(jiàn),經(jīng)水塔調(diào)節(jié)后耗能比變速調(diào)節(jié)還要少921 kW.h/d.
4 結(jié)論
?、佟∷米兯僬{(diào)節(jié)是一種有效的調(diào)節(jié)方式,節(jié)電效果明顯。但應(yīng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后才能確定是否選用。
② 當(dāng)管網(wǎng)中有水塔或高位水池時(shí),應(yīng)充分利用這些調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的調(diào)節(jié)能力。
?、邸∷谜{(diào)速后的節(jié)能計(jì)算可以用數(shù)解法依據(jù)用水量逐時(shí)變化曲線求得。
?、堋」芫W(wǎng)24 h逐時(shí)用水量變化資料是水泵優(yōu)化配備的重要依據(jù),各城市和水廠要注意整理這方面的資料,作為以后改擴(kuò)建的依據(jù)。
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