卷烟厂空调系统中变频水泵替代调节阀的节能应用

发布时间:2011-01-11  点击数:3038
    动力能源系统是卷烟厂正常生产运行的重要保障,但其能源消耗和运行费用很高,其中空调设备运行能耗约占全厂总能耗的1/3左右,而且存在能源浪费现象。在暖通空调工程中,通常使用水阀进行流量调节,其调节原理是通过改变管路阻力来调节管路流量。水泵能耗中40%以上被各种调节调节阀消耗,同时许多水阀还使用了电动执行机构,因此,获得较好的调节效果与减少水泵能耗就成为一对矛盾。为此,采用变频泵替代水阀在压头不足处增装水泵,通过调节水泵的转速实现对系统的流量调节并达到节能目的。
一、卷烟厂空调系统现状
    (2)水力失调严重。水力平衡的水系统中各支路之间的回水温度应基本一致,但从目前现状看,卷烟厂集水器上各支路回水温度明显不一致。回水温度最低的支路,供回水温差最小,说明该支路供水量偏多,而其他支路供水量明显偏少。水流量偏多就会增加水泵电耗,造成浪费。
    (1)大流量小温差。卷烟厂空调系统全年大部分时间在部分负荷下运行,水泵选择偏大,水系统各环路水力不平衡都会造成“大流量小温差”问题。
    (3)冷机旁通。通常一级泵大致分为3种方式:不加旁通管;加旁通管和旁通阀;不加旁通阀但在冷水机组处并联旁通管和旁路阀。目前有些卷烟厂的问题是旁通管过多,不但在供回水总管上装有旁通管,而且每台冷水机组处都并联有旁通管和旁路阀。一旦有一个旁通阀出现问题,就会使冷机的供回水管短接,造成大量冷水不经过冷机制冷,直接供入楼内。这部分未经制冷的水实际上没有空调效果,在建筑物内无谓循环做功,造成大量水泵电耗浪费。
二、分布式变频泵与传统调节阀的对比
    一次泵变流量系统全程都为变流量,并通过改变水泵的转速调节循环水量,见图1。二次泵变流量系统是机房内一次循环水,即冷冻水的制备系统为定流量;用户处为次级循环水,即冷冻水输送系统为变流量,见图2。一般情况下,一次泵变流量系统比定流量系统节能约66%,比二级泵变流量系统节能约50%。以一次泵变流量系统为例,对采用变频泵替代调节阀的能耗进行了分析。
    一次泵使用调节阀系统,其在选择循环泵时,扬程必须按照最不利支路选择,并在每个用户处安装调节阀。在系统近端用户这一支路的流量仅为系统总流量的很小一部分,为了满足近端用户的循环流量,必须设置流量调节阀,增加近端用户的管路阻力,才能满足系统正常运行的要求,为此增加了用户分支阻力,加大了循环泵能耗。采用变频水泵替代调节阀的一次泵系统见图3,末端根据各自回路的需要配置相应的水泵,并通过调节水泵转速满足用户对流量的要求,从而减少阀门的阻力损失。在用户系统入口处安装不同规格的小水泵以弥补压头的不足,使各个环路实现阻力平衡,降低水泵电耗。
    如图4所示,采用调节阀调节水量,当阀门开度减小,改变管路的阻抗系数,使管网水力特性曲线变陡,管网特性曲线由L1变为L2,工作点由D1变为D2,水量从Q1减少到Q2,扬程由H1上升到H2,工作点为D2时电机所需轴功率为P1
    采用变频器调节电机转速控制水量,随着水量的变化,要控制管道末端压力,使之保持恒定不变。泵的转速由N1调节为N2,泵的性能曲线由N1变为N2,工作点由D1到D3,水量由Q1下降到Q2时,扬程也由H1下降到H3,工作点为D3时电机所需轴功率为P2。由图4可以看出P1>P2


三、实际应用
    龙岩卷烟厂的空调制冷系统是典型的定频一次泵系统,在供回水管上装有旁通管,以满足末端供水量变化的要求,设备的装机容量见表1。冷冻泵的定压点为水泵入口,连接位于楼顶的膨胀水箱。系统具体控制方法是:采用旁通阀控制供、回水总管的压差在设定范围内,当用户负荷减少时,用户处调节阀关小,供、回水总管压差增大,压差控制器控制旁通阀逐渐打开,以恒定供、回水压差。当供、回水压差达到规定的上限值时水泵和冷机各停掉一台;反之,当用户负荷增大,供、回水压差达到规定的下限值时,增加一台水泵和对应的冷机。为此,旁通管的管径可根据一台冷机的水流量确定,通常为冷机设计流量的110%。

    一般情况下,只开启2台冷水机组(额定制冷量为2462kW)就能满足负荷要求,对应的开启2台水泵(流量为460m3/h),实际测试流量分别为Q1=594m3/h和Q2=583m3/h,扬程分别为H1=430.5kPa和H2=441kPa
    水泵的电功率按下式计算(4)
    W=Q×H/η
    式中:W—水泵的实际电功率,kW;Q—水泵的实际流量,m3/h;H—水泵的实际压头,kPa;η—水泵的效率。
    设水泵效率为70%,计算求得实际电功率分别为101.4kW和102kW,则采用阀门调节水量所需功率P1=203.4kW。
    采用变频泵替代调节阀的系统,设各分支(系统有4个分支)的流量基本相等,选择的变频水泵参数为Q=250m3/h,N=18.5kW,H=101kPa,一次泵的参数为Q=460m3/h,N=45kW,H=196kPa。根据上述实际测试的流量,可得每个分支流量为295m3/h,扬程为103kPa,计算求得实际电功率为48.2kW;一次泵实际流量为594m3/h和583m3/h,扬程分别为191kPa和196kPa,计算求得一次泵消耗电功率为90.3kW,则采用变频泵控制水量所需功率P2=138.5kW,显然P1>P2
四、结论
    一次泵变流量系统采用变频泵控制流量,降低了空调系统的水泵电耗,可节省水泵输送功率31.9%,达到了节能目的,提高了系统的稳定性,解决了采用调节阀使水泵的工作点偏移造成系统不稳定、阀门关小时的节流和压降而引起噪声等问题。

    参考资料
    徐文华,郝克宁。关于空调水系统节能的探讨(J)。能源技术,2002,23(2):72274。
    李向东,李百萍,牟灵泉。变频调速装置在空调水系统中的应用(J)。暖通空调,1997,27(4)
    江亿。用变速泵和变速风机代替调节用风阀水阀(J)。暖通空调,1997,27(2):66271。
    石兆玉。变频调速在供热空调工程中的应用(J)。中国建设信息供热制冷。2004(10):13218。