2020年上海某大型污水泵站变频泵节能运行机制分析论文

上海某大型污水泵站变频泵节能运行机理分析论文: TU 991文献标志代码： aabstract:theenergysavingsprogramforasewagepumpingstationinshanghaiwasdiscussedinthispaper.thevoverviewofmonsewagepumpingstation irfrequalfrecontrontecontheingtheinstalleoperationconfrequral thenecessityofvariablefrequencyoperationforfeedpumpingstations和draw thefundandentamentalprinciplesoftheenersagingforvirerforviralfrequalizereforvireforvirefrequ progrationofviralfrequalfrequalfrequare 提高了eoringalloptomoticallycontroll ft power method泵站的能效和能效Key words: general machinery； variable frequency； 能源储备； 泵随着城市规模的逐渐扩大，人口增长，水环境污染问题成为一大难题。 我国正处于城市污水处理事业快速发展的时期，但对发达国家来说，起步晚、技术落后、污水辅助管网建设相对落后、设施建设不均衡。 目前，城市平均污水处理率为77.4% .“十二五”期间，我国将进一步提高污水处理率，到xx年城市污水处理率将达到85 % (1)。泵是将原动机的机械能转化为流体的压力能和动能的动力设备，其使用范围非常广，能耗也很大。 xx年泵用电量约占全国用电量的21%，其中离心泵用电量约占泵用电量的70 % (2) .我国现阶段泵的能耗状况_，泵的能耗现象非常严重。 本文主要对上海某大型污水泵站进行节能分析，在传统控制的基础上提出变频泵节能控制方案，有助于改善该泵站的能耗水平。上海某大型污水泵站是上海污水处理南干线的主要泵站之一，主要提高城市污水高度，流入下一个泵站完成污水输送。 这个泵站有六台污水泵，其中备有一台变频器。 变频器可以同时控制两台泵的变频器。 其中，1号和4号泵是恒速泵，1台变频器控制2号或3号泵的变频器，另1台控制5号或6号泵的变频器。 污水泵为立式涡轮混合泵，额定功率为1 600 kW，额定流量为7.5 m3s-1，额定扬程为13.5 m。 泵站全年用电达数千万千瓦时。 由于泵的设计容量大，泵站的节能潜力相对较大3。泵站的结构图如图1所示.污水泵设置在前池和高位井之间，其中前池分为南前池和北前池，中间相通.每个污水泵使用不同的输送路径将污水从前池输送到高位井.泵站的设计污水流量为雨季峰值流量3128 m3s-1泵站设计时的控制模式主要考虑满足流量要求和安全运行的最低操作费用方式：干季时污水量少，一般将泵的启动液位提高200 mm，降低泵的运输扬程最大初次流量方式：雨量多时， 用变频泵尽可能控制前池的水位，在1台泵的停止液位以上约200 mm小流量方式：污水少时，启动变频泵泵站对污水泵的控制主要根据前段泵站的自来水流量Qe和前段、后段泵站的水位状况进行综合控制。 泵站主要根据自来水流量的变化，根据前池液位信号确定污水泵起动数和顺序。 设计中污水泵的启动数和液位如表1所示泵站根据自来水流量控制污水泵的启动数量，而且优先打开变速泵可以在一定程度上降低泵站的能量消耗4，但是在设计时，由于没有优化计算泵站的污水泵的启动数量，因此只根据自来水流量的变化3.1提高前池起动液位研究4发现，提高前池起动液位可以减少液位差，有助于减少附加扬程损失，提高泵的运行效率。 因此，本文拟提高前池起动液位。 改造后的污水泵起动数和液位如表2所示。3.2泵运转效率计算5-6泵站测量的马达输出轴功率Pa、泵流量q、扬程h可计算泵运转效率根据泵站xx年12月30日的运转数据，能够计算出2号泵的运转效率的结果如表3所示.从表3可知，泵额定效率与运转效率之差约为12%15%，如果考虑到在实际的过程中泵自身的运转效率比额定效率低，在电力数据传输中存在误差，则能够推定2号泵运转时的节能潜力约为6%8% .4.1泵采用有效的变频控制技术根据自来水流量的变化，能够使各泵在最佳效率区运转，尽量减小泵单元整体的轴动力pa，在运转时能够使变频泵在高效率运转区达到节能的目的，并且在具有两台变频泵的情况下，能够使变频泵整体的轴动力最小化以下，对泵机组的轴动力进行模型化分析。使用最小轴向力法控制，即使用以轴向力最小为目标的函数求出最佳解8-9 .式中： m是泵站泵最大运转台数i取0或1， 分别表示I号泵是否是与运转相关决策变量的Pi是I号泵的电力，He是管路所需要的扬程，Hi是I号泵的扬程，h是前池与高位井的液位差，Hmin是前池与高位井的最小液位差，Hmax是前池与高位井的最大液位差，s是管路I 阻抗a为前池的液面表面积h，前池液位t为时间dh/dt为前池液位的变化率，前池超声波液位计可测量的Qi为I号泵的流量由于泵站只有2台变频泵，恒速泵的功率是一定的，所以用最小轴功率法泵的运转台数是变频泵为2台时，也就是说只能考虑m=2。 由于泵的进口流场不同，管道特性曲线共有3条，其中，1、4号泵的管道特性曲线为大致相同的曲线，2、5号泵的管道特性曲线为大致相同的曲线，3、6号泵的管道特性曲线为大致相同的曲线。 以下采用最小轴动力法对两台变频泵进行节能运行分析4.2变频泵单体运行自来水流量Qe在6.135 m3s-1间变化，液位上升到-1.5 m时逆变器泵起动，为了降低起动电流，将泵转速n调整为满转速n060 %，起动第二泵7，泵单体运转时的Q-H图示于图2 .此时，根据第二泵管路特性曲线，根据由h得到的水流量Qe与特性曲线的交点e (图2所示)，求出e点对应转速n2，通过调查对应效率2，在第二泵的流量Q2=Qe的情况下，能够判断其是否在高效区域运转，如果不是高效区域，则能够判断Q2是否在高效区域运转(1)如果e点在高频区域内，则将2号泵转速调整为与e点对应的转速n2，使2号泵稳定运转即可.(2)如果e点在高频区以外，则不应该将2号泵的流量Q2调节为Qe，而应该将2号泵的流量向高频区方向调节，使泵成为高频区运转.(3)自来水流量Qe较小时，2号泵运转一段时间后，达到泵停止液位，2号泵停止，但为了防止泵频繁停止，也可以在液位达到泵停止液位之前将泵的转速调整为n2。 例如，在泵停止液位为-3.2 m的情况下，当液位达到-3.0 m时，能够将泵的转速调整为与Q2=Qe对应的转速。 即使泵的运行点在低效区，也必须保证泵的正常安全运行8。4.3运行2台变频泵当将2号泵的流量调整为高频时，其实际转速n比与e点对应的转速n2小，即，成为将2号泵的流量调整为高频后的实际流量Q2此时，由h得到5号泵的Q-H曲线与5号泵的管路特性曲线的交点I、I是此时的泵的稳定运转点，对应流量是Q5.2号泵的调速后的稳定运转点是j点(j点已经处于高频带)，j点是转速n2、Qe与管路特性曲线在f点8相交.(1)能够将两台变频泵的流量分别调节到高效率区域，如果相当于Q2 Q5=Qe .则通过计算Min F=mi=1ipi，最终能够决定两台变频泵的最佳流量点.如果高效率区不能满足Q2 Q5=Qe .(1)2台泵在高效率区运转时，流量无论是什么组合都有Q2 Q5Qe，只运转1台泵时的流量比自来水流量Qe小此时，根据最小轴动力法，将转速调整为总转速的60%时，前池液位下降，达到泵液位。 之后，由于一台泵的流量不满足自来水流量，液位上升到第二泵的起动液位，容易导致泵的频繁起动停止。 此时，也可以只启动1台泵，启动1台泵的流量Q=Qe的2台泵，使Q=Qe，或者在单泵运行和双泵运行的模式之间进行切换8。 采用最小轴动力法，计算哪种模式的功耗相对较小，将转速调节到与各泵所需流量相对应的转速10。(2)2台泵在高频运行时，流量如何组合均有Q2 Q5根据以上分析可知，通过计算Min F=mi=1ipi，能够求出最小轴动力时的变频泵流量，能够将泵调整为最佳转速，使运转过程成为最节能的状态.该节能方式是以往条件下的改良，因此存在界限，不能得到大的节能效果，因此从其他方面也能够考虑泵站的节能问题.5 .一台泵的全变频控制技术如果自来水流量过大，由于两台变频泵的调节能力受到限制，因此采用六台变频泵进行综合控制，能够获得更好的节能效果5.2增加对高位井的控制在污水泵站，前池和高位井的液位不是由泵站本身，而是由排水公司的总控制中心统一控制。 控制时主要考虑下一个泵站的排水能力，使流量不超过其排水能力。 该泵站下一个泵站是两个泵站的汇合点，流量设计值为前两个泵站的流量。 为了防止流量过大，超过其排水能力，前两个泵站的高位井液位由总控制中心控制。本文主要对上海某大型污水泵站变频泵进行了节能分析，在传统控制的基础上提出了变频泵节能控制方案，提出了降低该泵站能耗水平的建议本文还探讨了其他节能方案，采用泵全变频控制，提出增加污水泵站高位井液位控制等节能方法。 采用变频器设计提高泵运行效率，进一步节能，符合节能环保大趋势。1 _办公厅. “十二五”全国城市污水处理和再生利用设施建设计划EB/OL.xx-04-19。2中研普华水泵行业研究组. xxxx年污水泵行业市场调查现状分析和投资风险研究报告EB/OL。3胡锐.武汉市能源消费评价理论与方法研究D .武汉：武汉理工大学，xx4赵玉香.浅谈泵机组节能潜力J .节能，xx(10):36-425王朋涛.城市给水泵站全频变压流量运行控制优化研究D .重庆：重庆大学，xx6夏东伟.水工业系统变速泵站优化控制与配置研究D .济南：山东大学，xx7史文延.分析通用机械典型设备和系统的运行和节能技术D .上海：上海