当代水厂泵站技术节能现状研究

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【摘要】 对水厂泵站进行改造对于降低能耗,提高资源利用率具有重要意义,本文从当代水厂泵站的现状出发,分析在使用过程中出现的系列问题,针对性的提出水厂泵站技术节能的技术,为实施节能控制提供策略。

【关键词】 水厂泵站节能

随着水厂的逐渐繁荣和发展,目前水厂泵站技术也正在完善,节能方面的技术也得到了提升,但从目前水厂泵站技术节能的现状来看,主要存在以下问题:(1)节能不明显:从当前水厂泵站的使用现状来看,在满足用户基本需求及供水压力的情况下,开并联泵组的时候,一般来说水泵节电的可能性很小,甚至不会节电。当只使用一台调速泵时,节电的可能性也很少或是不节电,因此总体上来看,水厂泵站运行过程中节能效果不明显。(2)无法保持最低单位的电耗值:当工况点、管网参数等情况发生变化后,在泵站系统满足基本工况的条件下,调速系统时常会出现运行不稳定的现象,从而造成了节能效果不能保持最低的单位电耗值。

1 泵站节能技术现状

在泵站系统的工艺参数、设备参数等确定的情况下,通过利用最小二乘法理论找出H-Q之间的函数关系,运用并联泵特性曲线拟合法,从中设计出一个最能减少能耗的运行方式和调速方式。优化泵组合方案不能够使得每台水泵都实现最优,是水泵优化组合的整体效果。从目前水厂泵站的技术现状来看,对泵站的参数进行控制,其目的在于满足基本的生产工艺要求和尽可能减少能量的浪费。就目前的应用现状来看,主要采用的方法是:(1)调节水泵的转速,主要通过调速装置来实现,从而满足基本的工艺生产要求;(2)通过大小泵的搭配,实现不同工况下对水泵的不同程度需求;(3)通过控制阀门来调整泵站的节能;(4)采用调节水泵叶一片角度的调整方式对水泵进行调节;(5)采用回流或泻放的方式对水泵进行条件。

就上述方法来看,虽然这些方法都可以实现在满足基本工作条件下对水泵耗能进行调节,但是不同的控制方式,所带来的控制效果也存在较大的差异,有的耗电多,有的耗电少,因此在要实现水泵最优的水泵节能现状,就需要对水厂泵站的电耗因素进行定量研究。

2 节能技术设计

2.1 工艺流程

泵站的工艺流程主要首先将水经过混合、沉淀以及过滤等工序处理后送入4个清水池,再由送水泵站送往市区不同的管网中去。水泵开停的台数需要根据清水池的水位、服务压力以及流量等参数进行优化组合,并且使用PLC的I/O接口及时传送给力控组态软件的实时数据库,从而能够实时对各个机泵的运行情况进行监督;排水泵的开停应该根据集水坑的具体水位来确定,真空泵的开停则需要根据真空吊水的具体情况来确定。在电气回路过程中,高低压开关柜倒闸需要由人工来进行操作,电量和仪表数据来记录自动传输,从而便于值班人员对整个水泵的运作情况进行监督和管理,值班人员可以从显示屏上及时地看到每台虚拟水泵的单位流量电耗值和其他参数。

2.2 控制流程

控制流程的设计来看,要实现水厂泵站的节能,则可以采用现场手动控制、半自动控制方式以及全自动控制方式,当运行机泵出现故障时,能够通过备用机泵的自动开启。通过设置“虚拟水泵”的参数,同时在显示屏上显示“虚拟水泵”的理论Q-H特性曲线和管网特征曲线。基于“虚拟水泵”对应的理论单位流量电耗值,选择”虚拟水泵“方案,并且输出所选的方案。在机泵正式启动之前,对清水池的水位情况进行自动化监测,并且对泵的停止状态、运行状态以及故障和非故障状态、变频器状态以及阀门位置状态等进行统一的自动检验。一旦发现不正常和故障,停止开泵,当信号正常时,则依次启动调速泵、定速泵,并且自动打开对应的水阀门。当“虚拟水泵”运行正常后,从显示屏上监控“虚拟水泵”理论特性曲线与“虚拟水泵”实际叠加后动态特征曲线的拟合情况,从而能够帮助值班人员及时了解“虚拟水泵”的工况点是否能够运行正常,当“虚拟水泵”的实时单位流量电耗值超过理论单位流量电耗值,系统则会发出预警,及时通知值班人员,从而能够保证“虚拟水泵”的工况点能够在高效范围中运作。一旦出现信号不准确的情况,管网压力及流量即使能够满足要求也不能开泵,并且要发出预警信号。此外,每一台机泵运行的实际电流量也需要严格检测,当实时电流超过了本身正常情况,并且延时8秒时,发出故障报警信号并且紧急停泵。泵站如果未按照程序进行操作或是出现故障则发出报警。每台泵站电机发生故障,都可以自动关闭相应的阀门,并且发出故障报警信号,同时备用泵自行投入运行。PLC接到关泵指令时则优先关闭对应出水阀门,水泵再停止运转。排水泵的控制逻辑和高、低压配电的监控参数则由PLC单独进行控制。

3 实际应用

从节能技术的实际应用情况来看,在对原有水泵设备进行改造以前,应该首先使用“泵站目标电耗测算软件”对水厂泵站系统进行分析和测算,通过最优的泵站组合和技术应用,使得水厂泵站在节能发面获得提升。关于水厂泵站的量化节能研究,国内已经率先取得了许多实质性的紧张,其主要标志在于作为国家科技部的重点成果在实际应用中得到了较广的推广。泵站目标节能系统由上位机、目标电耗控制拒、在线节能控制软件、组态软件等组成。上位机和目标电耗控制柜主要是通过MPI总线来连接,目标电耗控制柜则由PLC以及继电器等共同构成。模拟量输人如流量、压力、液位、电流等为1-5V电压信号,模拟量输出如变频器转速控制信号为4-20mA电流信号。目标电耗控制系统采用手动和机动两种组合的控制方式,从而能够方便用户的选择和使用。系统通过软件信息系统能够对泵站系统起到综合的调节和稳定作用,从而为延长泵站的使用寿命,减少能耗具有重要意义。

综上所述,通过使用泵站目标电耗测算系统对泵站运行情况进行分析和监测,一旦发现故障和异常能够及时发出预警,并且能够对节能效果进行预测,从而使得水厂泵站能够实现最优的节能效果。总的来说,运用水厂泵站节能技术对于降低能耗,提高系统运行的稳定性具有重要意义。

参考文献:

[1]姚福来等.泵站节电潜力的量化计算[J].变频器世界,2002(6).

[2]姚福来等.水泵变频调速的节电量计算及系统设计[J].北京:科学出版社,1998.

[3]姚福来等.泵站节能改造的回收期计算[J].节能,2003(4).

[4]姚福来.确定大型调水工程的目标电耗的重要性[J].水利水电科技进展,2003(5).