摘要:作为自来水厂的高耗电单元,水泵的效率高低会显著影响自来水厂的节能降耗运行。针
对杭州市九溪水厂西区泵房1#~4#水泵机组运行效率偏低,导致水泵的运行电耗增加,制水生产
成本上升的情况,通过采用叶轮切割的措施,降低水泵扬程,使水泵运行在高效区范围内,提高水泵机组的运行效率,达到节能降耗的效果。
引言
自来水厂是耗能大户,在自来水厂的总制水成本中,电耗约占51%左右,电耗成本的高低很大程度影响着制水成本的高低,其中水泵机组是主要的耗电设备。杭州市九溪水厂制水规模为60万 m³/d,处理工艺稳妥可靠,出厂水浊度低于0.1NTU,合格率达100%。为节约运行成本,九溪水厂近年来通过对水泵机组进行技术改造,提高水泵的运行效率,取得了一定的节能成效。
1 、水厂工艺及出水泵房介绍杭州市九溪水厂采用臭氧-生物活性炭深度水处理工艺,具体流程见图1。
九溪水厂出水泵房分为钱江泵房和西区泵房,为半地下式构造,水泵均采用真空引水启动。钱江泵房内设两台奥地利 ELIN 公司600-LNN-950水泵和两台上海 KSB公司32SA-19A-1100水泵,西区泵房内设四台美国英格索兰-德莱赛兰公司660-LNN-950水泵。西区泵房的4台660-LNN-950水泵为卧式离心泵,叶轮直径为889mm,额定流量为5000m3/h,额定扬程为26m,额定功率为450kW,水泵的设计效率为82%。
2、 实际工况分析 通过对九溪水厂西区泵房1#~4#泵,2016年8月至2017年1月共6个月有代表性的运行数据进行监测、统计和分析,发现在特定流量下,水泵扬程在特定范围内变化,大部分情况下在16~18m扬程范围内运行,严重偏离额定工作扬程26m,西区泵房1#~4#泵的实际出水扬程为17.31m,流量为6578m³/h,平均运行效率为68.39%,远低于设计效率82%。实际运行数据见表1。
表1 2016年8月至2017年1月西区泵房1#~4#水泵机组运行数据统计
每一台水泵都有 特 定 的 特 性 曲线,在水泵特性曲线上,对应任意流量点都可以找到一组与其相对应的扬程、轴功率和效率值,通常把这一组相对应的参数称为工况,其对应最高效率点的一组工况称为最佳工况。西区泵房1#~4#泵的水泵特性曲线见图2。
依据西区泵房1#~4#水泵机组的运行数据及水泵特性曲线,西区泵房1#~4#水泵机组平均出水扬程为16.32m,平均运行效率为68.39%,水泵机组实际运行工况与设计工况(设计扬程26m)偏差较大,运行效率远低于设计效率82%,水泵机组不能稳定运行在高效区。
3 、叶轮切割改造
西区泵房1#~4#水泵机组的实际工况偏离设计工况,实际运行效率也远离高效区,导致水泵机组的运行能耗偏高,因此,对西区泵房1#~4#水泵机组的叶轮进行切割改造。
3.1
叶轮切割量计算
叶轮切割后需要达到的预期主要技术参数有:①扬程。要保证切割后的水泵有足够而且合理的富裕扬程,根据现有出水压力的控制要求,改造后的水泵扬程范围应在15~23m。②流量。考虑到用水高峰时段最大需水量和额定流量,切割后的流量应该控制在4500~5000m³/h。
叶轮切割量计算,根据水泵叶轮的切割公式如式(1)~式(3)所示 。
式中D₁、Q₁、H₁、N₁分别为切割前的叶轮直径、流量、扬程、电机功率,D₂、Q₂、H₂、N₂分别为切割后的叶轮直径、流量、扬程、电机功率。故叶轮切割量X=D₁-D₂。
经过分析,将需求供水扬程23m作为目标值,由式(2)可推导切割后的叶轮直径D₂=D₁×(H₂/H₁)/2=836(mm),切割率为6%,小于最大切割率15%;然后把D₂ 代入(1)式,得出切割后流量Q2=Q₁×(D₂/D₁)=4700(m³/h),符合切割控制流量4500~5000 m³/h。因 此 叶 轮 切 割 量 确 定 为53mm。
3.2 叶轮切割前后运行效率比较
根据叶轮切割定律,同一台泵,当转速不变时,将叶轮外径稍加切割,可以认为泵的效率几乎不变。叶轮切割后的水泵特性曲线见图3。
叶轮切割前泵最高效率为82%(Q=5000m³/h,H=26m),叶轮切割后泵最高效率仍为82%(Q=4700m³/h,H=23m),叶轮切割未引起水泵效率降低,额定点泵轴功率降至370kW左右。水泵割后实际工况的扬程为17.79m、流量为5608m³/h左右,在此工况下泵的实际效率为76.19%,与切割前实际工况下的水泵效率68.39%相比,提高了11.4%,达到预期效果。叶轮切割后水泵机组实际运行数据见表2。
叶轮切割前后西区泵房1#~4#水泵机组平均效率对比见图4。数据表明,叶轮切割后水泵机组运行平稳,运行效率明显提升。
4、 改造成效
叶轮切割改造前后,西区泵房1#~4#水泵机组运行数据统计见表3。数据表明,平均出水扬程、
月出水量基本持平,出水流量满足供水需求,在保障生产运行的情况下,水泵机组的平均运行效率从68.39%提高至76.19%。
九溪水厂的电费单价为0.6644元,本次的水泵叶轮切割改造的费用约为4.1万元,改造后年度
5 、小结
(1)离心泵实际运行效率是判断离心泵运行是否经济的主要指标,定期进行水泵实际运行效率检测是非常必要的。
(2)离心泵在首选运行区域内运行效率高,但当选用离心泵的扬程偏高时,运行工况点将严重偏离额定工况,会造成水泵效率低下。
(3)在叶轮最大切割余量允许的范围内,选择符合实际运行需求的水泵运行工况点,实施叶轮切割,是应对“大马拉小车”现象的重要节能措施,实施方法简单方便,且耗费小、见效快。
(4)对于设计时选型不当导致运行效率低下的水泵,应综合各方面因素适时进行技改,对实现水厂的经济、高效运行具有十分重要的意义。