引言

隨著GB／T24915—20l0合同能源管理技術(shù)通則及財(cái)建【2010】249號(hào)合同能源管理項(xiàng)目財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)資金管理暫行辦法等相關(guān)文件的出臺(tái)，越來(lái)越多的節(jié)能服務(wù)公司加入節(jié)能行業(yè)。在相同的待改造項(xiàng)目上，由于各家公司的技術(shù)產(chǎn)品不盡相同，節(jié)能改造的效果也不一樣，這給業(yè)主在選擇什么樣的技術(shù)產(chǎn)品時(shí)造成一定的困擾，針對(duì)這一情況，結(jié)合相關(guān)案例給出分析評(píng)價(jià)。

1、系統(tǒng)運(yùn)行情況分析

河北鋼鐵集團(tuán)煉鋼廠連鑄設(shè)備冷卻泵共2臺(tái)，運(yùn)行模式一開(kāi)一備，電機(jī)由佳木斯電機(jī)公司生產(chǎn)，型號(hào)為Y315L2—4，額定功率為220 kw， 額定電壓為380 v，額定電流為359 A，功率因數(shù)為o．89；水泵由上?？荡蟊脴I(yè)公司生產(chǎn)，型號(hào)為KD0w200一660C，流量為2l0m3／h一660 m3／h，揚(yáng)程為98 m，汽蝕余量為5．1 m。

參照sL548—2012泵站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與安全檢測(cè)規(guī)程進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過(guò)與業(yè)主相關(guān)技術(shù)人員溝通及對(duì)系統(tǒng)多年的運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析后，得出連鑄設(shè)備冷卻泵系統(tǒng)運(yùn)行流量范圍為400 m3／h～500 m3／h，水泵出口壓力為0.85 MPa。0.9 MPa。水泵每年大部分時(shí)間(約6 000h)運(yùn)行工況為：出口閥門(mén)開(kāi)度為65％，進(jìn)口閥門(mén)全開(kāi)，流量為500 m3／h，壓力為0.9 MPa，電機(jī)運(yùn)行電流為339 A；在冬季大氣溫度比較低時(shí)(約2 000 h)運(yùn)行工況為：出口閥門(mén)開(kāi)度為50％，進(jìn)口閥門(mén)全開(kāi)，流量為400 m3／h，壓力為0.1MPa。

2、復(fù)合節(jié)能技術(shù)改造評(píng)價(jià)

2．1 采用三元流技術(shù)設(shè)計(jì)更換節(jié)能泵

三元流技術(shù)對(duì)循環(huán)水泵的節(jié)能改造具有重要作用，它的實(shí)質(zhì)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的成果。它通過(guò)采用先進(jìn)的水泵設(shè)計(jì)軟件，即榭流一尾跡三元流動(dòng)理論計(jì)算方法》Ⅲ，并與水泵在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際狀況相結(jié)合，對(duì)水泵內(nèi)部的以葉輪為主要部件的水力構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。它主要是通過(guò)以下步驟完成的：首先是對(duì)正在使用的離心泵的工況，如水流量、壓力變化的范圍以及離心泵所耗費(fèi)的功率等進(jìn)行試驗(yàn)，并將以前泵體運(yùn)行的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)提出來(lái)，以這些參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行離心泵的設(shè)計(jì)，然后再通過(guò)相關(guān)軟件設(shè)計(jì)出新的高效水泵。

把現(xiàn)有連鑄設(shè)備冷卻泵更改成高效節(jié)能泵，計(jì)算前提：水泵出口流量500 m3／h、壓力0．9 MPa，水泵出口閥門(mén)開(kāi)度100％，電機(jī)運(yùn)行電流為339 A，其余管網(wǎng)硬件設(shè)施不便，經(jīng)軟件分析計(jì)算后得出系統(tǒng)改造后的節(jié)能量。

改造前：電機(jī)耗電功率Pl=1．732×380 x 339×0．89=198．6 kW，電機(jī)輸出軸功率P2=1．732×380×339×0.89×0.92=182．7 kw，水泵輸入軸功率B=電機(jī)輸出軸功率=182．7 kw，水泵輸出軸功率P4=9．8×500×90，3 600=122．5 kW，水泵運(yùn)行效率=剮P3=67％。通過(guò)軟件分析計(jì)算，新設(shè)計(jì)的水泵可以運(yùn)行在高效率區(qū)，其效率可達(dá)到85％。

改造后：水泵輸入軸功率P3。=122．5／0．85=144．1kw，電機(jī)輸出軸功率P2’=水泵輸入軸功率P3’=144．1kW，電機(jī)耗電功率Pl’=144．1／0．92=156．6 kW，小時(shí)節(jié)電量=P1一只。=198．6—156．6=42 kW，節(jié)能率=42／198．6=21．1％，年節(jié)能量：42 kW×8 000 h=33．6 x 10 4kW·h，電費(fèi)按照0．6元／(kW．h)計(jì)算，年節(jié)省電費(fèi)=33．6×104kW·h×0．6元，(kW·h1=20．2×10 4元，1．5 a左右的時(shí)間可以收回投資成本。

2．2節(jié)能泵調(diào)速節(jié)能

根據(jù)電機(jī)的特性可知電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理，異步電動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速(簡(jiǎn)稱(chēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速)為幾0_(1一s)×60×f／p，式中：凡0為電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速，r／min；f為電動(dòng)機(jī)定子供電頻率，Hz；P為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，2p；s=(no-n)no；s為轉(zhuǎn)差率，凡為電動(dòng)機(jī)定子供電頻率變化后的轉(zhuǎn)速，r／min。通過(guò)改變電機(jī)供電頻率可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。

連鑄設(shè)備冷卻泵更換為高效節(jié)能泵以后，考慮到在冬季大氣溫度比較低時(shí)，設(shè)備的冷卻效果較好，循環(huán)水用量有所降低，用水量為400 m3／h。此時(shí)若水泵出口閥門(mén)全開(kāi)，其出水流量為500 m3／h，超過(guò)了設(shè)備冷卻實(shí)際需求量400 m3／h。不僅電機(jī)的能耗較高，也浪費(fèi)水資源，若采取減小出口閥開(kāi)度方式來(lái)減小水泵出口流量，會(huì)造成節(jié)流損失，降低水泵系統(tǒng)運(yùn)行效率。節(jié)能泵變速運(yùn)行可以解決這個(gè)問(wèn)題。在高效節(jié)能泵系統(tǒng)上加裝變頻器，通過(guò)改變電機(jī)的供電頻率，達(dá)到改變電機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速。根據(jù)流體力學(xué)原理，離心式水泵風(fēng)機(jī)等負(fù)載設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷相似定律：流量p與電機(jī)轉(zhuǎn)速n一次方成正比，即Q ∞ n；水壓日與電機(jī)轉(zhuǎn)速n二次方成正比，即H ∞n2。功率P與電機(jī)轉(zhuǎn)速n三次方成正比，即P ∞ n3。

如果效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速n可成比例下降，則軸輸出功率P成立方關(guān)系下降，即電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。降低水泵的轉(zhuǎn)速，可以使流量成正比地減少，壓力成平方關(guān)系減少，軸功率成立方關(guān)系降低，因而節(jié)電效果顯著。Q1/Q2=n1/n2=400／500=O．8，H1/H2=n1/n2=O.85／1.O=0.85，連鑄設(shè)備冷卻泵運(yùn)行時(shí)壓力范圍為0．85 MPa～O．9 MPa，所以變頻調(diào)速后的水泵最小轉(zhuǎn)速比n1/n2=0．92，軸功率P3〃／P3ˊ=(n1/n2)3=(0．92)3=0．78。

加裝變頻器以后電機(jī)耗電功率Pl”=P3’×0．78／電機(jī)效率／變頻器效率=144.1 x 0.78／O.9／0.91=137.2 kw，小時(shí)節(jié)能量=P1’-P1”=156.6—137.2=19.4 kw，節(jié)能率=19.4/156.6=12.4％，更換高效節(jié)能泵以后，1 a中需要調(diào)速運(yùn)行的時(shí)間按2 000 h計(jì)算，年節(jié)電量=194×2 000=3．9 x 1 04 kw·h，年節(jié)省電費(fèi)=3.9 x 10 4kW·h×O．6元／(kw．h)=2．3 x 104元，4 a左右的時(shí)間可以收回投資成本。更換高效節(jié)能泵并加裝變頻器以后，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

a)連鑄設(shè)備冷卻泵系統(tǒng)節(jié)能量變大，系統(tǒng)節(jié)電量=33．6×10 4kW·h+3.9×10 4kW·h=37．5×10 4kW·h．年節(jié)省電費(fèi)=37．5 x l0 4kW·h×0.6元／(kW·h)=22.5 x104元，2 a左右可以收回投資成本；

}))電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，減小啟動(dòng)電流，降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，減小機(jī)械磨損等。若原連鑄設(shè)備冷卻泵僅采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造，節(jié)能情況分析如下：

Q1/Q2=n1/n2=400／660=0.6l，H1/H2=(n1／n2)一O.85／9.8=0.86，連鑄設(shè)備冷卻泵運(yùn)行時(shí)壓力范圍為0.85 MPa一0.9～MPa，所以變頻調(diào)速后的水泵最小轉(zhuǎn)速比n1/n2=0.93，電機(jī)輸出軸功率P3〃ˊ／P3=(n1/n2)3=(0．93)3=0．8。加裝變頻器以后電機(jī)耗電功率P1〃ˊ=P3×0．8／電機(jī)效率，變頻器效率：182.7 x O.8／O.92，0.94=169 kw，小時(shí)節(jié)電量=P。一P1.=198．6一169=29．6 kw·h，節(jié)能率=29.6/198.6=14.9％，一年中需要調(diào)速的時(shí)間按8 000h計(jì)算，年節(jié)電量=29.6 kW·h×8 000 h=23.7×1 0 4 kW·h，年節(jié)省電費(fèi)=23.7×10 4 kw·h×0.6元／(kw·h)=14.2×104元，1 a左右的時(shí)間可以收回投資成本。

可以看出，只采用變頻調(diào)速對(duì)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造比更換節(jié)能泵加裝變頻器方式每年少節(jié)約電費(fèi)8．3×104元(22．5×104元一14．2×104元)。所以。采用復(fù)合節(jié)能技術(shù)對(duì)水泵系統(tǒng)改造是菲常理想的方式。特別是業(yè)主采用合同能源管理模式和節(jié)能服務(wù)公司合作，由節(jié)能服務(wù)公司提供資金和技術(shù)產(chǎn)品，節(jié)能服務(wù)公司和業(yè)主按比例分享節(jié)能收益，達(dá)到雙贏結(jié)果。

3、結(jié)語(yǔ)

離心式水泵風(fēng)機(jī)等電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載節(jié)能改造的方式較多，企業(yè)通常采取單一的節(jié)能改造技術(shù)，沒(méi)有充分挖掘出電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能空間，主要原因有：?jiǎn)我坏墓?jié)能技術(shù)產(chǎn)品和水泵復(fù)合節(jié)能技術(shù)相比造價(jià)較低；水泵復(fù)合節(jié)能技術(shù)在實(shí)際操作中有一定的難度，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員充分分析論證。此案例低壓電機(jī)拖動(dòng)水泵系統(tǒng)采用了水泵復(fù)合節(jié)能技術(shù)改造后，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。隨著合同能源管理節(jié)能機(jī)制在中國(guó)的發(fā)展，節(jié)能服務(wù)公司利用資金和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)橛媚軉挝惶峁┤娴墓?jié)能評(píng)估和節(jié)能改造效果保證。相信未來(lái)采用合同能源管理模式進(jìn)行的水泵復(fù)合節(jié)能技術(shù)會(huì)在工業(yè)企業(yè)節(jié)能改造中越來(lái)越普及。