专利名称：一种循环水系统的节能方法
技术领域：
本发明涉及 一 种节能方法，特别是涉及 一 种循环水系统的 节能方法。
背景技术：
水泵广泛应用于电力、石油、化工、冶金、环保和市政等 国民经济各领域，是最主要的耗能设备之一，耗电约占总发电
量的20%。循环水系统如图1所示，主要由泵1、传动装置2、 电动机3、电源装置4、调速装置5、吸入管路6、排出管路7、 换热设备8和冷却塔9等组成。绝大多数循环水系统存在效率 低、能耗高等问题，主要表现在1 )水泵及电机的本身设计 效率偏低，制造工艺落后；2)系统设计选型偏差大，致使水 泵严重偏离最佳工况点运行；3)管路系统设计、施工不合理， 造成局部阻力偏高，增加了扬程损耗；4)管路系统渗漏、水 流旁通，增加了流量损耗；5 )水泵经常变工况运行，通过阀 门节流调节，增加了扬程损耗；6 )系统不能根据工艺实际需 要科学调度，增加了功率损耗 ， 7 )运行维护管理不当，未及 时更换备件，增加了内部泄漏损耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是通过对循环水系统的检测 和分析后，提供一种全面、系统、彻底的循环水系统的节能方 法。
为解决上述技术问题，本发明提供的循环水系统的节能方 法，通过数据检测、数据分析和定制高效节能泵三个歩骤来实 现
(一) 、采用压力表、流量计、功率表、温度计、巻尺等 工具，对循环水系统水泵进出口压力及几何高度、电机电流及 电压、系统的流量、进水及回水温度、泵出口及换热设备上阀 门的开度，调速装置的频率等现场数据进行实际测量；
(二) 、按照循环水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、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根据公式(1)计算水泵扬程H:
其中 AZ—水泵进出口的高差m
AP—水泵进出口的压差KPa
^一水泵的出口速度m/s
<formula>formula see original document page 5</formula>
^一水泵的进口速度m/s
水泵进出口之间的阻力损失m P —输送介质密度kg/m3 g—重力加速度m/s2 根据公式(2)计算管路特性曲线
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中 A/Z—进出水池的高差m
K一管路阻力系数
Q—流量m7s 根据公式(3)计算节能改造前电机输入功率P1:<formula>formula see original document page 5</formula>
其中 u—电机电压v
I一电机电流A COS 4> —功率因素 根据公式(4)计算节能改造前水泵效率
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中 V —电机效率(％) (三)、结合生产工艺实际的要求，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， 达到高效节能目的，方法为-
根据换热设备容量和进水及回水温差，确定实际需要的流 量Q2，采用公式(2)计算管路特性实际需要的扬程H2;再根 据实际需要的流量Q2和扬程H2，定制最高效率il正好在实际 需要点的高效节能泵；根据公式(5)计算节能改造后的电机输入功率P2:
<formula>formula see original document page 6</formula>
根据公式(6)计算节能改造后的节电量P:
<formula>formula see original document page 6</formula>
根据公式(7)计算节能改造后的节电率M:
<formula>formula see original document page 6</formula>
具体实施时，通过整改系统存在的不利因素，采用高效节 能泵替换低效泵或更换高效节能叶轮，消除因系统配置不合理 引起的高能耗，提高流体输送效率。对负荷变化较大的系统， 还安装必要的自动控制系统，降低因负荷变化大引起的高能 耗，标本兼治，达到系统、彻底和最佳的节能效果。实施方案
包括1 )整改系统不利因素加高效节能泵或高效叶轮；2 )整 改系统不利因素加高效节能泵或高效叶轮加自动控制系统；3 ) 整改系统不利因素加自动控制系统。
采用上述方案的循环水系统节能方法，具有如下优点 1 )通过优化水泵水力设计和结构设计及提高制造精度提高了 泵本身的效率；
2) 通过优化配套电机及传动装置的设计提高了电机及传动装 置本身的效率；
3) 通过水泵、电机、传动装置、调速装置、管网和用水设备 匹配的优化设计提高了装置效率；
4) 通过对水泵系统运行的科学调度提高了系统的运行效率。
综上所述，本发明根据不同循环水系统的特点，首先从系 统配置优化入手，消除因配置不合理引起的高能耗，再从系统 运行优化入手，降低因负荷变化较大引起的高能耗，最后从水 泵的水力性能优化入手，匹配高效率水泵或叶轮，标本兼治， 达到全面、系统、彻底的节能效果。本发明的节能原理也可用 于风机的送风系统和排风系统节能改造。
附图l为循环水系统组成示意图； 附图2为火力发电厂的循环水系统图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。 参见图2， 一火力发电厂的循环水系统包括水泵机组11、 进出水管路12、进水池10、冷却塔13、凝汽器14、空冷器 15、冷油器16等，其节能改造包括三个步骤
首先，采用压力表、流量计、功率表、温度计、巻尺等工 具，对循环水系统现场数据进行实际测量。进水位为+2.2m， 水泵出口压力为0. 19Mpa，表高+0. 5m，进出水温差5 °C ，冷却 塔13布水高度+6.5m,系统流量3.56mVs。两台水泵的电流 分别为36A禾卩3 7. 5A，电压为10. 2KV,电机功率因素0. 86,电机 效率93%。
然后，按照循环水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、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。 根据公式(1)计算水泵扬程H:
保 100(k9.81 2x9.81 ， 7
根据公式(2)计算管路特性曲线
1&2=6.5-2.2+Kx3.562 K-1.097
根据公式(3)计算节能改造前电机输入功率P1:
=x 10.2 x (31 + 32.5)x 0.86 = 964.76(燈)二 964760(『)
根据公式(4)计算节能改造前水泵效率pggi^1000 x 9.81 x 3.56 x 18.2
71.3%
， 964760 x0.93
经上面的计算可知，水泵效率低，引起高能耗。 最后，结合生产工艺实际的要求，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 到高效节能目的。
换热设备进水及回水温差只有5 °C ，温差较小，而 一 般循环 水系统温差为7"C 1(TC，说明目前系统的流量偏大，同时根 据凝汽器14、空冷器15、冷油器16设备名牌需要的总流量为 3. 25m7s，考虑一定安全余量，确定生产工艺实际需要的流量 为3.4m7s，采用公式(2)计算管路特性实际需要的扬程H2。
-O+l.OQ^g2 =4.3+1.097x3.42 =1《附)
根据实际需要的流量3.4m7s和扬程17m，定制最高效率 为85%的高效节能泵。
根据公式(3)计算节能改造后的电机输入功率P2:
0.85x0.93 \ '
综上所述，选择输入功率为717.29KW的电机作为本次节 能改造的电机。
根据公式(6)计算节能改造后的节电量P:
尸=S - P2 = 964.76 - 717.29 = 247.47(認)
根据公式(7)计算节能改造后的节电率M:<formula>formula see original document page 8</formula>上面的计算可知，节能 效果非常明显。按上述方法改造的节能泵，经现场运行测试，达到了设计 节能效果。
本发明根据不同循环水系统的特点，首先从系统配置优化 入手，消除因配置不合理引起的高能耗，再从系统运行优化入 手，降低因负荷变化较大引起的高能耗，最后从水泵的水力性 能优化入手，匹配高效率水泵或叶轮，标本兼治，达到全面、 系统、彻底的节能效果。
本发明的节能原理可用于工业冷却循环水系统，包括钢 铁、石油化工、煤化工、电力、冶金、制药等。市政供水系统， 包括自来水、污水处理等。供热采暖系统，包括热电厂、供热 站等。中央空调系统，包括宾馆及制药、电子、汽车、新材料 的生产车间洁净空调系统等。也可用于风机的送风系统和排风 系统节能改造。
本技术领域内的人员应该认识到，上述实施例并非用作对 本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，任何对上述 实施例技术变化、变型方案均未超出本发明的保护范围。
权利要求
1、一种循环水系统的节能方法，通过数据检测、数据分析和定制高效节能泵三个步骤来实现，其特征是(一)、采用压力表、流量计、功率表、温度计、卷尺等工具，对循环水系统水泵进出口压力及几何高度、电机电流及电压、系统的流量、进水及回水温度、泵出口及换热设备上阀门的开度，调速装置的频率等现场数据进行实际测量；(二)、按照循环水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、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根据公式(1)计算水泵扬程H<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>H</mi><mo>=</mo><mi>ΔZ</mi><mo>+</mo><mfrac> <mi>ΔP</mi> <mi>ρg</mi></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>V</mi> <mn>2</mn> <mn>2</mn></msubsup><mo>-</mo><msubsup> <mi>V</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn></msubsup> </mrow> <mrow><mn>2</mn><mi>g</mi> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mi>Δh</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中ΔZ-水泵进出口的高差mΔP-水泵进出口的压差KPaV2-水泵的出口速度m/sV1-水泵的进口速度m/sΔh-水泵进出口之间的阻力损失mρ-输送介质密度kg/m3g-重力加速度m/s2根据公式(2)计算管路特性曲线H＝ΔH+KQ2(2)其中ΔH-进出水池的高差mK-管路阻力系数Q-流量m3/s根据公式(3)计算节能改造前电机输入功率P1<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msqrt> <mn>3</mn></msqrt><mi>UI</mi><mi>cos</mi><mi>φ</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中U-电机电压VI-电机电流ACOSφ-功率因素根据公式(4)计算节能改造前水泵效率<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>η</mi><mo>=</mo><mfrac> <mi>ρgQH</mi> <mrow><msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn></msub><mi>Ψ</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>其中ψ-电机效率(％)(三)、结合生产工艺实际的要求，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，达到高效节能目的，方法为根据换热设备容量和进水及回水温差，确定实际需要的流量Q2，采用公式(2)计算管路特性实际需要的扬程H2；再根据实际需要的流量Q2和扬程H2，定制最高效率η正好在实际需要点的高效节能泵；根据公式(5)计算节能改造后的电机输入功率P2<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>P</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>ρg</mi><msub> <mi>Q</mi> <mn>2</mn></msub><msub> <mi>H</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow> <mi>ηΨ</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>.</mo> </mrow>]]></math></maths>
全文摘要
本发明公开了一种循环水系统的节能方法，首先检测系统当前运行的工况参数和相关的设备参数。然后，按照循环水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。最后，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，达到高效节能目的。本发明是通过对循环水系统的检测和分析后，提供一种全面、系统、彻底的循环水系统的节能方法。
文档编号F04D13/06GK101666319SQ200910044458
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者波 吴 申请人:长沙翔鹅节能技术有限公司