石油焦煅烧余热发电循环水泵的节能改造.pdf

2 0 1 3年 6 月第 3 期 邓文等 石油焦煅烧余热发电循环水泵的节能改造 ．7 9． 石油焦煅烧余热发电循环水泵的节能改造 邓 文， 陈 敏 ， 李润庭 ， 梁贵武 四川启明星铝业责任有限公司， I 1 l I眉山6 2 0 0 4 1 [ 摘要】 对余热发电循环水系统的流量、 扬程、 管路特性等现场参数进行分析， 采用流体输送高效节能 技术， 结合现场实际和生产需求量身打造高效节能泵， 提高了循环水泵的运行效率， 节约了能源。 [ 关键词] 流量； 扬程 ； 高效节能泵； 流体输送高效节能技术 【 中图分类号] T F 8 2 1 [ 文献标识码】 B [ 文章编号】 1 6 7 2 6 1 0 3 2 0 1 3 0 3 0 0 7 9 0 4 O 前言 冷却循环水系统是工矿企业余热发电系统不可 缺少的组成部分 ， 而发 电循环水泵则是系统 内最重 要的设备。循环水泵的设计选型和系统阻力计算通 常比较保守 ， 实际应用中的水泵富裕度都在 2 0 ％一 3 0 ％。这些水泵在运行时 ， 为了满足生产工艺对流 量的要求 ， 只有调节阀门的开度或采用旁通 、 回流阀 等方式改变管路 特性 ， 解决流量过大的问题 。这种 运行方式造成能源浪费、 系统效率降低 ， 对于流量需 求相对稳定的循 环水系统 ， 如果简单地采用单一变 频调速技术 ， 水泵将会在更低的效率下运行 。因此 ， 采用更为稳定 、 高效的冷却循环水系统节能技术降 低能耗 ， 具有十分重要的意义。 1 改造前循环水系统特性分析 1 ． 1 循环水系统配置 某 企 业 余 热 发 电循 环 水 系 统 配 有 S L 0 w 2 5 0 3 9 0 1 3 2 k W循 环水泵 4台 。水泵 主要 技术参 数见表 1 。循环水系统配置示意图见图 1 。 表 1 水泵的参数 1 ． 2 改造前水泵功耗分析 通过两种方式对水泵运行功率进行检测。 方式一 通过测量电机瞬时电流， 计算出瞬时运 [ 作者简介] 邓3 C 1 9 6 O 一 ， 贵州贵阳人 ， 大学本科 ， 高级工程师， 副 总工程 师。 主要从事 电解铝及 铝用阳极炭素生产及设备管理工作 。 [ 收稿 E l 期】 2 0 1 2 1 2 0 4 [ 修订日期] 2 0 1 3 04- 2 2 行功率， 结果为1 4 2 k W。 图 1 循环水系统配置示意 图 方式二 通过电度表及计时器计算平均功率。 在设备上安装计时器及电度表 5 0 倍率 ， 记录设备 运行时间 ， 同时记录电表对应时间电量读数 ， 依据每 2 次电量和时间数据的差值计算平均每小 时设备的 运行功率 ， 结果见表 2 。 表2 改造前 3 泵的运行功率 经 过近一 个月 的实 际监测 ， 泵 的平 均功率 为 1 4 5 ． 9 3 k W， 与计算值大致相符 ， 差异主要是 由于方 式一计算取平均电流 ， 实测取平均功率 ， 而实际负荷 有波动所致 。 通过 以上数据判定 ， 改造前水泵的实际运行功 率超过配套电机额定功率 ， 电机长期处于超负荷运 8 O 中固 有色 冶 金 C卷企业之窗 启明星铝业公司专栏 行状态。 1 ． 3 现场测量参数的分析 1 _ 3 ． 1 水泵的设计参数 1 3 ． 1 ． 1 水泵 的扬程选择 泵的扬 程计算 是选择 泵的重要依据， 由管 网系 统的安装和操作条件决定， 其示意图如图2 所示。 图2 循环水泵流程示意图 水泵扬程 的估算公式为 DS 1 式中 h为泵的设计扬程 ， mH 0； D为排 出几何高度 ， m， 此案中D D 1 D 2 l 1 ． 5 m； S 为吸人几何高度， m； h f l 为总管沿 程阻力损失 ， m H 0； h f 2 为局部 阻力损 失 ， m H2 0 。 h f f ] A L Q 2 式 中 A为摩阻率 查表 ； L为管道长度 ， m； Q为流 量 ， m ／ s 。 hf 2 ∑ 若 3 式 中 为管路 中局部压力损失 系数 查表 ； ／3 为流 速 ， m／ s ； 为重力加速度。 根据 系统 中的高度 、 管道 的阻力损失及现有的 系 统 设 计 情 况 D 5 ． 3 m、 D 2 6 ． 2 m、 S 6 ． 3 m、 h fl 2 6 ． 3 m、 h f 2 3 ． 2 m， 因此泵 的设计扬 程为 h 3 4 ． 7 m 通 过查表选择扬程 3 7 m的泵 。 1 ． 3 ． 1 ． 2 水泵的流量选择 循环水泵的设计流量以所冷却设备需求作为选 择依据 ， 汽轮机凝汽器工作冷却水量 为 8 5 0 m ／ h ， 空 冷 器及冷油器需 冷却水量为 1 5 0 m ／ h 左右 ， 因此选 择泵流量 1 0 0 0 m ／ h 左右 ， 铭牌上标记为 l 0 3 0 m ／ h ， 扬程为 3 7 m。 1 ． 3 ． 2 水泵的实际参数 水 泵 的实际参 数通 过现 场表计监 测为 扬程 2 9 ． 0 3 m， 实际流量 l 2 5 5 m ／ h ， 泵的效率 0 ． 8 5 ， 机械效 率 O ． 8 。 1 ． 4 系统特性 曲线分析 在循环水 系统 中， 泵类机械总是与特定的管路 相连 ， 其工作状态点 由泵类机械 的性能曲线与管路 的特性曲线共同决定 ， 在同样输出功率 的情况下 ， 泵 的流量与扬程成反 比， 即扬程低则流量大。如果泵 类机械的设计点偏 离了工作状态点 ， 则 系统的运行 工况将偏离设计工况。 如 图3 所示 ， 曲线 I 为系统设计时管路的参考特 性曲线， 流量 是系统设计流量， 在此流量下， 管路 的设计阻力为 H a ， 即水泵的扬程为 H a ， A点是系统 设计 最佳运行工况点 。选 用 A点所对应 流量 和扬 程 ， 使水泵 的实际工作状态点处于A点附近 ， 其工作 效率最高 。 2 a Q Q c 图3 特性 曲线 经现场监测与分析 ， 管路阻力最小时 的实际特 性 曲线为 I I ， 管路阻力 比设计阻力小 ， 水泵实际流量 为 Q b ， 实 际扬程为 H b ， 则水泵 的实际工作点移至 B 点， 水泵的实际扬程小于设计扬程， 系统的水流量将 大于额定流量。由于流量增大及水泵的工作效率下 降 ， 导致水泵的运行功率增大 ， 能耗增加 ， 造成能源 浪费。运行中虽可调节管路阀门开度改变管路特 性 ， 使工作点接近 A点 ， 但管路 阻力增大亦造成大量 的节流损失 ， 所 以A点并非系统实际的最佳工作点。 以上现象表明， 水泵特性与管路特性偏离 ， 水泵 设计为高扬程， 实际是低扬程、 大流量、 低效率、 高能 耗状态下运行 。说 明设计 时过于保守 ， 对管道 阻力 计算取值过高， 选型的水泵在实际运行时扬程、 流量 都大于实际需求值。并且冷却塔出口余压较高， 超 过需求值， 完全属于无效扬程。由于设计时对管道 阻力估算偏大， 导致选取的水泵扬程过大 ， 造成富裕 的扬程换取流量增加 ， 流量增加使得水泵噪音加大 及水泵电机负荷加大， 电流加大， 发热加大， 之前水 泵实际运行功率的测量数据也验证了此状况 。 1 ． 5 参数优化 通过以上分析 ， 结合 图3 可以看出 ， 管路特性曲 线 I I 上对应设计流量 p 。的C点 ， 需要 的扬程为 。 2 0 1 3 年 6 月第 3 期 邓文等 石油焦煅烧余热发电循环水泵的节能改造 ．8 1． 通过优化系统参数， 对水泵进行改造或更换， 得到特 性曲线 与曲线 2 接 近的新水泵 ， 让水泵的最佳工作 点靠 近 C点 ， 这样在满足流量 p 口 和扬程 的条 件 下 ， 系统的阻力最小 ， 水泵 的工作效率最高 ， 则 C点 才是系统实 际的最佳运行工况点 ， 此 时系统才是 高 效 、 节能的状态 。 2 流体输送高效节能技术 2 ． 1 流体输送高效节能技术 流体输送高效节能技术 ， 是一种立足于解决水 力平衡的技术 ， 由数据采集 检测 技术 、 系统诊断分 析技术 、 系统优化改造技术 、 高效节能泵及必要的 自 动控制系统组成 。该技术节 电主要 由两部分构成 流体输送技术对系统工作点偏离的纠正和高效节能 泵效率 的提高。 流体输送技术对系统偏离的纠正是通过检测 系 统 的实际运行工况参数 ， 采集系统各项运行数据建 立仿真实验模型 ， 对系统进行分析 、 诊 断 ， 得到较准 确的管阻曲线 ； 再结合系统装置和实际工艺需要 ， 修 正系统偏离和不利因素， 确定系统最佳工况点， 使水 泵与管路系统达到最佳 匹配状态 ， 并采用高效节能 泵替换 当前低效率运行 的泵 ， 从而消除因系统配置 不合理引起的无效能耗 ， 提高输送效率 ， 达到系统纠 偏的 目的。 高效节能泵对水泵效率的提高， 是以流体输送 高效 节能技术所确定 的泵类 设备最佳工况点 为依 据 ， 选择适 合该 系统工况特点 的水力模 型进行优化 设计 、 开发的非标泵 ， 其具有以下特点 1 量身定测定做 ， 比标准泵更能贴合系统实际 工况运行 ； 2 水力模型设计处于世界先进水平 ， 水泵效率 比常规高 1 O ％以上 ； 3 具备严格的制造标准和加工工艺 ， 水泵机械 性能优良， 水泵均经过严格检测， 以保证设计效率的达成。 2 ． 2 流体输送高效节能技术的应用 2 0 1 0 年初 ， 对企业循环水系统进行检测 ， 复核 当前运行的工况参数和设备型号参数 ， 判断引起高 能耗各种原因， 寻找最佳工况点 ， 与水泵生产厂合作 定做 了4台非标高效节能泵 ， 并于 2 0 1 0 年 5 月份全 部完成安装调试 。设备投入运行后 ， 效果 良好 ， 对机 组的安全运行无任何影响。 2 ． 3 扬程和流量的监测 经现场监测 ， 在最佳工况点 ， 泵 的扬程 2 5 m， 表 计显示流量 Q I 1 5 0 m ／ h ， 电机功率显示为 8 5 k w， 泵 的效率为 9 4 ％ 比改造前提高 了9 ％ ， 机械效率为 9 5 ％ 比改造前提高了 1 5 ％ 。水泵扬程与现场实际 需要扬程基本相符 ， 流量与系统设计流量更为靠近， 完全能够满足生产的需求 。 3 工况改善及节能 3 ． 1 特性 曲线对比 图4 为新设备的特性曲线 ， 从 图中可以看出， 实 际的工况运行 曲线已向理想的工况运行 曲线靠近 ， 水泵特性与管路偏离过大的现象得到 了抑制 ， 达到 了系统纠偏的 目的。 Q Q c I一 设计管路特性 曲线 ； Ⅱ一 原泵实际运行管路特性 曲线 ； Ⅲ一 新泵实际运行管路特性曲线； 1 - 理想工况运行曲线； 2 一 高效节能泵工况运行 曲线 ； 3 - 旧循环水泵特性 曲线 图4 特性曲线对 比 现场测得 ， 改造后 的设备特性 曲线 比改造前 的 设备特性曲线更靠近理想工况下的特性 ， 由此得 出 改造后 的节能 区域 阴影区 。 3 ． 2 改造前后设备能耗对比 改造后 的设备运行功率记录数据见表 3 。通过 实际记录的数据计算得 出 ， 改造后设备的平均 电能 消耗 比改造前大幅降低。例如 4 月2 8日至 6 月 8日 平均功耗为 2 9 7 3 ． 1 1 7 3 5 ． 2 5 o ／ 1 4 3 0 ． 6 5 6 9 4 ． 9 8 4 ． 1 2 k W， 改造前实测设备 的平均功率为 1 4 5 ．7 k W， 二者相差 6 1 k W。 通过节能技改 ， 余热发电循环水系统技改部分 节电率达到3 0 ％以上， 如按满负荷生产计算， 每年可 节省用电 1 0 4 ． 6 万度 按实际运行 时间计 。按 0 ． 6 3 元／ 度计算 ， 可节省 电费 6 5 ． 9 万元 。技改前后循环水 系统 的水泵耗能情况对 比见表4 。 4 结语 该技改项 目的实施 ， 达到了预期的 目的， 循环冷 却水系统节 电率达 3 2 ． 7 ％， 节 电效果非常理想。此 节 电方式从泵本身着手 ， 监测 系统的运行工况 ， 开发 8 2 中固 有色冶 金 C卷企业之窗 启明星铝业公司专栏 表3 改造后 3 泵 的运行功率 非标泵 ， 节省了大量后期调试费用 、 维护费用等 ， 短 期内即可收回投资。而且就水泵本身而言， 严重偏 离设计运行工况点的旧水泵 ， 如采用改变转速的方 法调节工作点 ， 水泵将会处在更低 的效率下运行 。 因此采用流体输送高效节能技术开发高效节能 的非 标泵值得推广 和应用。 [ 参考文献] [ 1 】 宋儒将等 ．新 型能源的开发探讨f J 1 ．能 源工 程 ， 2 0 0 7 ， 2 1 8 2 2 ． 表 4 技改前后循环水系统的 水泵平均能耗对比 说明， 表中所用功率参数为4 台循环水泵实测平均数， 与前表引用 单台泵实测参数略有出入。 [ 2 ]2 张根珠等．循环水泵扬程的分析[ J ] ．水泵技术 ， 2 0 0 7 ， 2 6 - 1 3 ． Ene r g y s a v i ng t r a ns f o r ma t i o n o f c i r c ul a t i ng wa t e r pu mp i n he a t r e c o v e r y s t e a m g e ne r a t i o n wi t h p e t r o l e u m c o ke c a l c i ni ng DENG W e n ，CHEN Mi n，LI Ru n ～t i n g ，LI ANG Gu i -wu Ab s t r a c t T h e i n s i t e p a r a me t e r s s u c h a s fl o w， h e a d a n d p i p e l i n e f e a t u r e s o f c i r c u l a t i n g wa t e r p u mp i n h e a t r e c o v e r y s t e a m g e n e r a t i o n we r e a n a l y z e d ．Ba s e d o n t h e p r a c t i c e a n d p r o d u c t i o n r e q u i me n t s ，t h e i mp r o v e d e n e r g y s a v i n g p u mp wa s ma d e whi c h a d o p t s h i g h -e ffi c i e n c y flu i d c o n v e y t e c h n o l o g y t o i n c r e a s e t he o p e r a t i o n e ffi c i e n c y o f c i r c u l a t i ng wa t e r p u mp a nd s a v e t h e e n e r g y ． Ke y wo r d s fl o w； h e a d ；h i g h - e ffic i e n c y e n e r g y s a v i n g p u mp ；h i g h - e ffic i e n c y e n e r g y s a v i n g t e c h n o l o g y o f fl u i d co nv ey 德利用镍金属在石墨中开凿纳米“ 隧道” 德 国卡尔斯鲁尔技术研究 院 K I T 和美 国莱斯大学 的科学家合作 ， 利用镍原子在石 墨材料中成功“ 开 凿” 出直径为纳米级别 的“ 隧道 ” ， 有望为制备锂离子 电池高性能多孔石墨 电极等提供新的技术手段 。研究 人员首先将金属镍纳米颗粒引入石墨材料表面， 然后在充满氢气的环境中进行快速加热， 金属镍纳米颗粒 的表面将起到催化作用 ， 使石墨 中的碳原子脱离晶体栅格 ， 与氢原子结合成气态 的甲烷。在此过程 中， 金属 镍纳米颗粒在毛细管效应作用下， 将被“ 吸人” 在石墨材料表面形成的微小“ 孔穴” 中， 并继续催化化学反应 从而逐渐深入石墨材料内部。这种纳米“ 隧道” 结构具有广泛的应用前景， 如通过这种工艺制备的多孔石墨 材料作为锂离子电池的电极材料 ， 可大大缩短充电所需要时间 ； 在 医药领域 ， 可用这种多孔石墨材料作为可 长时间定向释放药品的载体。而如果用这种技术对与石墨具有相似的晶体结构但不具有导电性能的材料 如氮化硼 进行加工 ， 所形成的“ 隧道” 结构将可作为纳米电子元件的支架材料， 如新型的传感器和太阳能 电池单元等。