Оптимизация работы насосного и тягодутьевого оборудования

В целях обеспечения надежности, как правило, тягодутьевое оборудование устанавливается с большим запасом мощности. Это приводит к тому, что дымососы и вентиляторы работают далеко от области максимальных значений КПД. Достаточно простым и малозатратным мероприятием является замена существующего двигателя на электродвигатель с меньшим числом оборотов.

Наибольшие затраты электроэнергии в котельных приходятся на привод сетевых насосов. При этом следует выделить следующие особенности: должна быть тщательно проанализирована гидравлика сети, в которой не должно быть участков, где скорость воды много больше 1 м/с; при качественном регулировании тепловой нагрузки сеть должна быть шайбирована, чтобы исключить перераспределение нагрузок между потребителями; характеристики насосов должны быть согласованы с характеристикой тепловой сети. И, наконец, должна быть предусмотрена возможность работы с пониженным расходом воды в летний период, для чего обычно устанавливают дополнительные насосы.

Мощность электродвигателя для насоса (вентилятора, дымососа) может быть подсчитана по формуле

,кВт. (1)

Здесь: K – коэффициент запаса, равный 1,1-1,4; H – напор, Па; G – расход, м³/с; η_н – КПД насоса. Следует помнить, что мощность напор и расход это параметры, которые зависят от числа оборотов

Значение КПД насоса можно взять из технического паспорта или каталога. При отсутствии данных можно принять для поршневых насосов η_н = 0,7 - 0,98; для центробежных с давлением выше 39 кПа 0,6-0,75, при более низком давлении 0,3 - 0,6. Электроэнергия, потребляемая насосом (кВт*ч/год) может быть найдена по формуле.

Здесь:η_д - КПД двигателя, Т – время работы насоса, ч/год.

Из последней формулы следует, что снижение расхода электроэнергии насосом можно достичь следующими способами:

· увеличить КПД насоса путем использования новых материалов для уплотнений, лучшей балансировки рабочих колес, более качественных ремонтов, замены морально устаревших насосов новыми типами насосов с высоким КПД;

· повысить КПД двигателя путем замены двигателя на более экономичный, а также путем изменения параметров питающего напряжения (повышая cos ф, изменяя напряжение);

· уменьшить потери напора в трубопроводах, которые увеличиваются при отложениях накипи настенках труб, при неисправных задвижках, при плохом состоянии и засорении всасывающих устройств и т. д.;

· сократить расход и потери воды путем устранения утечек через уплотнения, внедрение оборотного водоснабжения, совершенствования систем водоохлаждения;

· рационально регулировать работу насоса путем перехода от регулирования задвижкой к регулированию изменением скорости вращения двигателя или путем изменения числа работающих насосов.

Загрузка насосов, работающих в промышленности и коммунальном хозяйстве, часто колеблется и носит непостоянный характер. Производительность насосов чаще всего регулируется путем дросселирования, снижения единичной мощности агрегатов с увеличением их количества и т. д. Но одним из самых эффективных способов регулирования производительности насосов является регулирование скорости вращения. Этот способ, также как и дросселирование, позволяет плавно изменять производительность, но дает существенную экономию электроэнергии там, где не требуется держать постоянным величину напора. Экономию электроэнергии при переходе с регулирования расхода жидкости (или газа) путем дросселирования на способ регулирования путем изменения скорости вращения электродвигателя можно проиллюстрировать (рис. 2.4.1).

При работе с полным расходом G (заслонка открыта полностью) потребляемая мощность N будет максимальна. Мощность, потребляемая электродвигателем при снижении расхода путем дросселирования, будет больше на величину ∆N, чем мощность, потребляемая при том же расходе, полученном путем снижения скорости вращения нагнетателя.

Простейшим способом регулирования скорости является использование двухскоростных электродвигателей.

Другим способом регулирования скорости вращения насоса является использование гидромуфт, вариаторов скорости или редукторов, устанавливаемых между насосом и электродвигателем. Регулирование скорости привода можно осуществлять путем регулирования напряжения питания асинхронного электродвигателя. Регуляторы напряжения обычно выполнены на тиристорах, они дешевле частотных регуляторов, которые наиболее часто выполнены на транзисторах. Недостатком способа регулирования скорости вращения методом изменения напряжения питания двигателя является небольшой диапазон регулирования

 

Регулирование производительности центробежных насосов путем дросселирования n=const

 

Регулирование производительности насоса способом изменения скорости вращения рабочего колеса

 

Одним из самых экономичных способов регулирования производительности насосов является регулирование частоты напряжения питания асинхронного или синхронного двигателя.

На рис. 2.4.2 показано [23], как зависят характеристики работы насосной установки при дроссельном регулировании. Насос подбирается таким образом, чтобы при заданном максимальном расходе G был обеспечен минимальный заданный напор. Этот режим обеспечивается при пересечении характеристики насоса с характеристикой сети, т. е. в точке а. При закрытии дросселя сопротивление сети увеличится, и характеристика сети пойдет круче. Точка пересечения а' будет находиться левее, т. е. соответствовать меньшему G' расходу и большему напору H'. С помощью дросселя в трубопроводную сеть как бы вводится дополнительное гидравлическое сопротивление, и расход G снижается. При этом напор, теряемый в дросселе, равен отрезку ∆Н'. Мощность, потребляемая электродвигателем насоса, уменьшится до значения N'_рет. Уменьшится и КПД насоса.

Потери мощности насоса составят:

При дальнейшем прикрытии дросселя точка сместится влево (точка а"). Характеристика сети пойдет еще круче. Потери мощности насос еще больше. При полностью закрытом дросселе потери напора будут максимальны и составят:

Электродвигатель насоса будет потреблять мощность Р_в0, КПД насоса будет равен нулю. Регулирование с помощью дросселя является самым нерациональным (это аналогично регулированию напряжения электросети с помощью реостата), однако, благодаря своей простоте, оно широко применяется в системах водоснабжения. Регулировать производительность насоса дросселированием можно только в сторону ее уменьшения.

Если расход G существенно и часто меняется становится целесообразным применение частотного регулирования. Принцип регулирования показ рис. 2.4.3 [23].

Режимы работы насоса определяются точками пересечения а, а₁, и а₂ характеристик насоса с характеристикой трубопроводной сети Н_с =f(G), которая постоянна. При различных частотах вращения рабочего колеса п₂<п₁<п будет различная производительность насоса G₂ < G₁ < G и различные напоры Н₂ < Н₁ < H. С увеличением частоты вращения рабочего колеса насоса напор и расход увеличиваются. Мощность и КПД могут быть также определены из рис. 2.4.3. В отличие от дроссельного регулирования данный способ позволяет регулировать производительность насоса как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения.

Рассмотрим различные направления использования нагнетательного оборудования и мероприятия по энергосбережению.

Холодное и горячее водоснабжение

Использование регулируемого электропривода в системах водоснабжения позволяет решить следующие задачи:

· снизить расход электроэнергии на 35-50 %;

· получить плавный пуск электродвигателя, что исключит гидравлические удары и облегчит работу как электрооборудования, так и оборудования системы водоснабжения;

· снизить излишний напор в системе водоснабжения при малом потреблении воды (например, в ночное время). Это позволит получить существенную экономию воды за счет утечек. Каждая лишняя атмосфера (10 м водяного столба) вызывает увеличение потерь воды на 7 - 9 %. Оборудование системы водоснабжения начинает работать при более низких нагрузках на насосы, клапаны, трубопроводы;

При использовании ЧРП в системах холодного и горячего водоснабжения следует обратить внимание на то, что существенную экономию электроэнергии можно получить только для тех случаев, когда расход воды часто и существенно меняется в течение суток.

В соответствии со СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация»[23] напор для систем холодного и централизованного горячего водоснабжения Н_р, развиваемый повысительной насосной установкой, должен обеспечить наименьший гарантированный напор в наружной водопроводной сети. Этот напор вычисляется по формуле:

где: - сумма потерь напора в трубопроводах системы водоснабжения,; H_геом — геометрическая высота подачи воды, от оси насоса до требуемого санитарно-технического прибора; H_приб — свободный напор санитарно-технического прибора (обычно от 2 до 5 м); H_гар — наименьший гарантированный напор в наружной водопроводной сети.

Из формулы следует, что при изменении расхода G от максимума до нуля в ночное время изменение наименьшего значения напора Н_раб определяется изменением , так как другие члены формулы остаются без изменения.

Для многоэтажного дома потери могут составлять в часы максимума потребления воды значительную долю (до 50 %) от развиваемого насосом напора. В ночное время, когда расход воды почти равен нулю, минимальный напор насоса, контролируемый датчиком давления, установленным в самой высокой точке потребления будет равным:

Экономия электропотребления в этом случае может составить 25-30 %. Но если датчик давления установлен, как это часто делают, сразу на выходе насоса, то и ночью насос все равно будет выдавать полный напор, соответствующий потреблению часы максимума нагрузки. И в этом случае экономия электроэнергии будет минимальна, если она будет. Нежелание тащить провода к датчику, установленному на верхнем этаже, обернется большими тратами на ЧРП и мизерной (менее 5 %) экономией электроэнергии.