過程系統(tǒng)阻力優(yōu)化技術(shù)在寶鋼煉鋼板換循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用

楊永利

摘要：寶鋼不銹鋼有限公司2#煉鋼所屬煉鋼板換循環(huán)水系統(tǒng)通過對設(shè)備進(jìn)行技改、系統(tǒng)阻力優(yōu)化、泵站運(yùn)行優(yōu)化，從提高設(shè)備運(yùn)行效率及系統(tǒng)運(yùn)行效率兩個(gè)大方面，為循環(huán)水系統(tǒng)提供有效的節(jié)能降耗。改造后系統(tǒng)節(jié)電率達(dá)到27.4%，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水系統(tǒng)；系統(tǒng)阻力優(yōu)化；節(jié)能技改

中圖分類號：TF758 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）23-0031-02

1 概述

流體輸送領(lǐng)域的泵類裝置電力消耗巨大，據(jù)《中國大百科全書·化工篇》所載，泵類裝置所消耗的電量約占社會總發(fā)電量的25%。目前我國流體輸送領(lǐng)域普遍存在低效率、高能耗現(xiàn)象，與國際先進(jìn)水平比較存在較大差距。僅對泵組本身而言，《節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃》（2505號文件）明確指出，我國水泵平均設(shè)計(jì)效率75%，比國際先進(jìn)水平低5個(gè)百分點(diǎn)，運(yùn)行效率低20個(gè)百分點(diǎn)左右。

冷卻循環(huán)水系統(tǒng)是泵類裝置的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，廣泛應(yīng)用于采暖、空調(diào)的冷熱媒介質(zhì)輸送，石油化工、鋼鐵冶金、熱電、紡織化纖、生化制藥、機(jī)械電子、建材等行業(yè)的工藝換熱傳送，其能源浪費(fèi)現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。在將節(jié)能減排列入基本國策大背景下，泵類裝置節(jié)能自然成為節(jié)能工作的重點(diǎn)。為此，科技工作者一方面致力于改進(jìn)泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高水力效率；另一方面著眼于系統(tǒng)的配置優(yōu)化和運(yùn)行優(yōu)化，從影響水泵能耗最根本三大要素（管路阻抗、運(yùn)行效率、輸送流量）入手，求得最佳節(jié)能效果。

2 循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行引起高能耗的原因分析

引起循環(huán)水系統(tǒng)高能耗原因主要有3方面13點(diǎn)，分別為管網(wǎng)、冷卻塔、泵站。

2.1 針對管網(wǎng)方面

（1）換熱回收不充分或換熱網(wǎng)絡(luò)的冷卻器、加熱器布置不合理，增加冷卻水量；（2）局部冷卻器老化或結(jié)垢嚴(yán)重致使換熱效能低下，形成瓶頸，增加泵送流量；（3）設(shè)計(jì)、改造或擴(kuò)建不合理，致使管網(wǎng)各支回路的管路特性差異較大，管網(wǎng)水利失衡嚴(yán)重，增加泵送流量及抬升整體壓頭；（4）運(yùn)維不及時(shí)，管網(wǎng)存在局部堵塞或內(nèi)漏現(xiàn)象，增加能耗；（5）管件阻力偏大，管網(wǎng)嚴(yán)重依賴閉閥調(diào)節(jié)，管網(wǎng)運(yùn)行效率低；（6）回水勢能未能充分利用，增加能耗；（7）回水總管高位點(diǎn)真空度控制不合理，形成嚴(yán)重?cái)_流或非滿管流，增加能耗；（8）處于大流量、低溫差運(yùn)行，增加能耗。

2.2 針對冷卻塔方面

（1）冷卻塔換熱效能低下，增加泵送流量；（2）冷卻塔風(fēng)機(jī)未能根據(jù)負(fù)荷及環(huán)境溫度，有效調(diào)節(jié)風(fēng)量。

2.3 針對泵站方面

（1）水泵本身效率性能欠缺（或是長期使用老化原因），水泵效率不高，泵組運(yùn)行效率偏低；（2）水泵存在較嚴(yán)重氣蝕現(xiàn)象，降低運(yùn)行效率；（3）泵站優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理均缺少必要的節(jié)能技術(shù)手段，導(dǎo)致運(yùn)行模式不合理或未能按負(fù)荷變化（或天氣變化）有效調(diào)節(jié)流量，增加能耗。

3 循環(huán)水系統(tǒng)阻力優(yōu)化技術(shù)簡介

循環(huán)水系統(tǒng)阻力優(yōu)化技術(shù)，是按最佳工況運(yùn)行原則，從合理水送能耗指標(biāo)的高度，從降低系統(tǒng)阻力、提高水泵效率、調(diào)整合理流量三方面入手，建立專業(yè)水利數(shù)學(xué)模型和參數(shù)采集標(biāo)準(zhǔn)，通過檢測復(fù)核當(dāng)前運(yùn)行工況的參數(shù)和設(shè)備參數(shù)，準(zhǔn)備判斷引起“高能耗”的各種原因，準(zhǔn)確找到最佳工況，然后通過整改系統(tǒng)不利因素，并按最佳運(yùn)行工況參數(shù)定做高效節(jié)能泵替換目前處于不利工況、低效率運(yùn)行的水泵，降低“無效能耗”。通過測試或記錄當(dāng)前供水流量、實(shí)際需要供水壓力，計(jì)算出管路阻力特性，按照正常管路特性，提供與系統(tǒng)相匹配的高效節(jié)能泵。

系統(tǒng)阻力優(yōu)化技術(shù)從系統(tǒng)優(yōu)化入手，技改方法可靠，節(jié)電潛力大，從以下兩個(gè)方面與其他節(jié)能技術(shù)有本質(zhì)差別：

（1）若不從系統(tǒng)優(yōu)化入手，僅通過變頻等調(diào)速手段或切割葉輪方式，不但會影響正常使用，而且節(jié)電潛力不高。降低當(dāng)前電動機(jī)轉(zhuǎn)速及切割葉輪后，水泵效率均會下降，流量減少。

（2）變頻器在部分生產(chǎn)負(fù)荷經(jīng)常變化的過程中起調(diào)節(jié)作用，其應(yīng)用原理為根據(jù)頻率與轉(zhuǎn)速、流量成線性關(guān)系，通過改變頻率降低流量，達(dá)到降低功耗的目的。針對單一使用變頻過程中，存在各種不足，具體分析如下：

僅從流量入手，無法改變設(shè)備低效率運(yùn)行，使用變頻降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速后，使原來設(shè)備運(yùn)行效率處于更低狀況。

對有兩臺或多臺水泵運(yùn)行時(shí)，當(dāng)改變其中一臺頻率時(shí)，功率有所降低，但另外一臺設(shè)備耗電功率將有所增加，整體節(jié)電率不高，對于較為復(fù)雜系統(tǒng)，起不到節(jié)電作用，常常發(fā)生“變頻一變，效果變差”現(xiàn)象。

變頻一般在生產(chǎn)負(fù)荷比較大，如上午產(chǎn)能滿負(fù)荷、下午產(chǎn)能只有一半時(shí)，有一定的效果，當(dāng)負(fù)荷比較穩(wěn)定或相對穩(wěn)定情況下，沒有必要通過安裝變頻器來解決，對冷卻塔風(fēng)機(jī)可以采用開啟風(fēng)機(jī)臺數(shù)調(diào)節(jié)用電量，也可以通過改變風(fēng)扇葉片角度來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能目的。

4 項(xiàng)目應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目背景

寶鋼不銹鋼有限公司2#煉鋼所屬煉鋼板換供水泵（B207）配置4臺185kW，主要供至4個(gè)板換熱器與其他系統(tǒng)的回水進(jìn)行換熱后至冷卻塔降溫，如此往復(fù)。常年運(yùn)行3臺水泵。目前的運(yùn)行模式及管理方式較為合理，但仍存在一定的優(yōu)化空間，經(jīng)浙江科維節(jié)能技術(shù)股份有限公司檢測分析，認(rèn)為各循環(huán)水系統(tǒng)存在運(yùn)行效率偏低的情況，表現(xiàn)如下：（1）該運(yùn)行系統(tǒng)存在管網(wǎng)特性與循環(huán)水泵本身性能不匹配的情況，流體輸送過程通過閉閥門的方式調(diào)節(jié)阻力，增加了部分無效能耗；（2）循環(huán)水泵不在最佳工況點(diǎn)運(yùn)行，水泵實(shí)際運(yùn)行效率遠(yuǎn)低于額定效率；（3）通過水泵水力模型優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠提高水泵固有效率。

4.2 改造方案

本著不改變當(dāng)前運(yùn)行模式、不大量增加設(shè)備、不對系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響的前提下，通過分析系統(tǒng)存在高能耗的原因，該系統(tǒng)通過優(yōu)化，只需要合計(jì)更換4臺高效節(jié)能泵，并通過合理控制運(yùn)行工況，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。主要實(shí)施步驟如下：

4.2.1 在更換高效節(jié)能泵前，通過閥門調(diào)節(jié)或系統(tǒng)調(diào)試等手段優(yōu)化管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。即先對系統(tǒng)的管網(wǎng)阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，達(dá)到系統(tǒng)初步優(yōu)化，仍確保原有系統(tǒng)使用效果和循環(huán)水量，不運(yùn)行設(shè)備的閥門應(yīng)關(guān)閉。

4.2.2 在實(shí)施管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化的同時(shí)，對泵站及生產(chǎn)裝置的有關(guān)循環(huán)水參數(shù)進(jìn)行重新調(diào)整（需要雙方共同確定合理供水指標(biāo)）。

4.2.3 更換煉鋼板換供水泵4臺，根據(jù)技改后高效節(jié)能泵尺寸調(diào)整基礎(chǔ)高度及進(jìn)出口變徑管等管道附件。

4.2.4 在原各動力柜內(nèi)，安裝4套符合計(jì)量要求的電度表，用于技改前、后實(shí)耗功率的計(jì)量。

4.2.5 安裝1套循環(huán)水能耗目標(biāo)管理計(jì)量系統(tǒng)（帶累時(shí)器功能）。

4.2.6 水泵配套的Y型電動機(jī)不做改動。

4.3 阻力優(yōu)化前后各項(xiàng)性能指標(biāo)及耗電量對比

系統(tǒng)改造前先對系統(tǒng)進(jìn)行阻力優(yōu)化調(diào)整，調(diào)整前后參數(shù)如表1所示。

從表1可以看出，系統(tǒng)阻力優(yōu)化前后，供水流量基本沒有變化，說明系統(tǒng)換熱效果也沒有變化，同時(shí)系統(tǒng)前后耗電量也基本沒有變化，系統(tǒng)阻力優(yōu)化的目的就是將系統(tǒng)調(diào)整至技改后的設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行。

4.4 系統(tǒng)改造前后各項(xiàng)性能指標(biāo)及耗電量對比

調(diào)試后通過更換4臺高效節(jié)能泵達(dá)到節(jié)能的目的，改造前后參數(shù)如表2所示。

從表2可以看出，改造后系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)不但大于改造前，且水泵耗電明顯低于改造前，系統(tǒng)節(jié)電效果顯著。

4.5 節(jié)能收益分析

從表3可以看出，改造后系統(tǒng)按照年運(yùn)行3臺泵8640小時(shí)計(jì)算，年節(jié)電收益達(dá)到115.8萬度，節(jié)電效益非常可觀。

5 結(jié)語

循環(huán)水系統(tǒng)阻力優(yōu)化技術(shù)在寶鋼不銹鋼煉鋼板換系統(tǒng)的應(yīng)用，完全按照設(shè)計(jì)要求，改造前后不影響原有系統(tǒng)使用效果，改造后系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期節(jié)電效果，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，在目前節(jié)能減排列入基本大國策的背景下，該技術(shù)的實(shí)施與推廣，為工況企業(yè)解決高能耗問題提供了新的解決辦法。

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