CC BY
122
Yu. Kry'lov, S. Sapozhnikov
Problems of application of energysaving electric drive on smokesukings of boiler
units
The regulable electrodrive efficiency of hot-water boiler draught-blowing mechanisms based upon field experience is shown. The problem of the natural draft influence on rarefaction regulation quality in the boiler furnace connected with the generator behavior appearance is found and analyzed. One of the practical solutions of the problem is suggested, and showing another versions is shown.
Keywords: heating plant, adjustable electric drive, electricenergy savings, heat power, control system.
Получено 06.07.10
УДК 629.9:502.14:62-83
Б.С. Лезнов, д-р техн. наук, (499) 245-98-35,
Leznov-yagorba@yandex.ru (Россия, Москва, ООО «Ягорба»)
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА В НАСОСНЫХ УСТАНОВКАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ
Описываются методы оценки эффективности регулируемого привода в водопроводных и канализационных насосных станциях.
Ключевые слова: экономия энергии, насосная установка, регулируемый электропривод.
В ООО «Ягорба» разработаны методики оценки эффективности регулируемого электропривода в водопроводных и канализационных насосных установках. В основу положены проверенные многолетней практикой методики и рекомендации [1,2,3]. Новая методика дополнена в части оценки экономии воды, получаемой при сокращении утечек и непроизводительных расходов, благодаря стабилизации напора в водопроводной сети.
Объективная оценка эффективности РЭП необходима Заказчику, чтобы с открытыми глазами принимать решение о выделении средств на проведение энергосберегающих и ресурсосберегающих мероприятий, с учётом сроков их окупаемости, а Поставщику энергосберегающих систем, чтобы не понести убытка при их оплате по фактической эффективности
Экономия энергии и воды существенно зависит от принятых параметров регулирования в системе автоматизированного управления (САУ). Наибольшая экономия энергии в водопроводной насосной установке обеспечивается, если в качестве параметра управления используется давление в диктующих точках систем подачи и распределения воды (СПРВ). Наименьшая экономия имеет место, если стабилизируется давление на вы-
ходе из насосной станции (в напорном коллекторе или на отходящих водоводах).
В канализационных насосных станция систем водоотведения (СВО) наибольшая энергетическая эффективность обеспечивается, если в качестве параметра регулирования используется наиболее высокий (но допустимый) уровень стоков в приёмном резервуаре.
Экономия энергии в основном зависит, от параметров насосной установки и СПРВ или СВО. На рис.1 представлен график совместной работы насоса и трубопровода, а также упорядоченная диаграмма значений подач воды за расчётный период, например за год. При работе насоса с постоянной частотой вращения рабочая точка насоса, находящаяся на пересечении характеристик насоса и трубопровода перемещается по характеристике насоса (кривая 1 на рис.1). При работе насоса с переменной частотой вращения рабочая точка перемещается по характеристике трубопровода (кривая 2 на рис. 1).Кривая 1 лежит выше кривой 1, то есть при постоянной частоте вращения насос работает с более высоким напором, чем при переменной. Мощность, потребляемая насосом, определяется его подачей (0 и напором (Н) и зависит от КПД (п).
Рис. 1. График совместной работы насоса с трубопроводом и упорядоченная диаграмма подачи воды
Из (1) видно, что для работы с более высоким напором насосу требуется повышенная мощность, по сравнению с той, которую он потребляет при работе с низким напором.
Чем дольше работает насос с повышенным напором и повышенной мощностью, тем больше он потребляет энергии (Ж) на подачу воды, что следует из выражения (2):
(1)
н
о
Ж = N1, (2)
где 1- время работы насоса.
На рис.1 кривая 1 - напорная характеристика насоса:
Нн = Нф - $ф<22; (3)
кривая 2 - характеристика трубопровод:
Нс = Нп + ^2; (4)
кривая 3 - упорядоченная диаграмма водоподач:
б = бб(1 -¿)Т + Л. (5)
Регулируемый электропривод, если он оснащён соответствующей автоматикой, позволяет перемещать рабочую точку насоса по характеристике трубопровода 2, не по характеристике насоса 1.
Сам по себе регулируемый электропривод энергию не экономит. Экономия энергии обеспечивается надлежащим режимом работы всей системы подачи воды (водоотведения) и насосной установки в частности, а РЭП, является инструментом, с помощью которого обеспечивается надлежащий режим работы насосной установки, СПРВ или СВО
Надлежащий режим работы насосной установки создаётся соответствующей системой управления, как правило, автоматизированной. Количество сэкономленной энергии зависит от немногих основных технологических параметров, характеризующих режим работы насосной установки. К ним относятся:
- диапазон изменения подач за расчётный период, характеризуется отношением
Л = бм; (6)
бб
где бб и бм - соответственно наибольшая и наименьшая подача за расчётный период, например за год,м3/с.
- крутизна характеристики трубопровода, характеризуется отношением
Н* = Нт; (7)
Нб
где Нп - статическое противодавление системы подачи (водоотведения), мм вод.ст., Нп - характеризуется разностью геодезических отметок уровня
воды в резервуаре, откуда забирает воду насосная станция и местоположением потребителя воды. Для КНС - разница геодезических отметок воды в приёмном резервуаре и местоположением камеры гашения; Нб - давление, соответствующее наибольшей подаче бб, м. При правильно выбранном насосе Нб~Нном , где Нном - номинальный напор насоса.;
крутизна характеристики насоса, характеризуется отношением
*
И,
ф
Иф = И-' (8)
Иб
где Иф - фиктивная высота водоподъёма при нулевой подаче насоса. Для многих водопроводных насосов Иф - 1,25 Ином , а для фекальных Иф -1 44 И •
ном
- наибольшая потребляемая мощность насоса, кВт:
% = 9,81 , (9)
Пн
где пн - номинальный КПД насоса:
Т - число часов работы установки в расчётный период. Для водопроводных и канализационных насосных установок Т=8760 часов.
- количество насосов т, участвовавших в процессе регулирования до внедрения РЭП:
т = 1+(тб-тм), (10)
где тб - количество насосов, обеспечивающих наибольшую подачу; тм -количество насосов, обеспечивающих наименьшую подачу.
В [1,2,3] приводится вывод формул и уравнений, с использованием которых прогнозируется экономия энергии в той или иной насосной установке при использовании в ней РЭП. Формулы, по которым определяется экономия энергии в зависимости от названных параметров, достаточно
громоздки и неудобны для практического использования. Поэтому в мето-
* *
дике приводятся расчётные кривые wyж = / (Л, Ип), по которым в зависи-
*
мости от значений Л и И определяется относительная экономия энергии
*
^>эк, для той или иной установки (рис. 2).
*
Зная относительную экономию энергии ^>эк можно вычислить прогнозируемую экономию энергии за расчётный период по формуле
^эк = — [- (1 + - Ппр )]Ф , (11)
Пэд
где пэд - номинальный КПД электродвигателя, пэд-0,88.0,9; пПр - номинальный КПД частотного преобразователя, Ппр -0,97.0,98; коэффициент, учитывающий дополнительные потери в электродвигателе ^ =0,02.0,03; ф - снижающий коэффициент, учитывающий количество насосов т, выбирается по табл. 1.
Рис.2. Расчётные кривые для насосных агрегатов с Нф = 1,25
Таблица 1
Значения снижающего коэффициента в зависимости от количества насосов
т 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ф 1 0,75 0,66 0,56 0,5 0,47 0,44 0,42 0,40 0,38
В методиках рассматриваются варианты расчётов экономии энергии для различных видов насосных установок (водопроводных, канализационных) и видов регулируемого электропривода (с потерями скольжения, без потерь скольжения, с рекуперацией скольжения). Соответственно приводятся расчетные кривые для этих вариантов расчёта. Рассматриваются, также, частные случаи применения РЭП в насосных установках, например при дросселировании насосов в режиме максимального потребления и проч.
В настоящее время методика дополнена разделом, посвящённым оценке экономии воды за счёт стабилизации напора в системе водоснабжения. Оценка экономии воды выполнена на той же методологической основе, что и расчёт экономии энергии.
Расход воды, вытекающей из отверстия при работе насоса с постоянной частотой вращения, то есть при напоре Нн,
Qн.рег = 2 §Нн (12)
При работе насоса с переменной частотой вращения, то есть при напоре Нс, расход равен:
Qрег = 2Фс • (13)
Снижение расхода воды при использовании РЭП
Н
ДЧ = Он.рег - 0рег = Он.рег (1 ) • (14) Объём воды вытекающий из отверстия за время 1,
Ад1 = Он.рег (1 - г • (15)
Выразив Нн через его значение из уравнения (3), Нс - через его значение из уравнения (4), а 0 - через его значение из уравнения (5) и выполняя численное интегрирование в пределах от 0 до Т, получаем значение сэкономленного объёма воды ИДу1 за расчётный период Т.
Разделив ИД^ на объём воды Ут=!)0н.рег 1, поданной за расчётный период Т, получаем относительную экономию воды для различных значений X и Нл
1л
*
ДУ • (16)
Ут
Расчёты выполнены в относительных единицах. В качестве базисных значений приняты: 0б=1; Н=1;Т=1. Результаты расчётов представлены в табл. 2
Таблица 2
Относительная экономия воды в зависимости от X и Н*
для насосов с Нф = 1,25
х= 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Н п= 0,0 0,364 0,358 0,342 0,318 0,288 0,252 0,211 0,164 0,115 0,060 0
Н*п=0,1 0,316 0,307 0,302 0,281 0,257 0,227 0,191 0,155 0,105 0,055 0
Н*п=0,2 0,280 0,275 0,266 0,246 0,229 0,203 0,171 0,136 0,095 0,050 0
Н*п=0,3 0,245 0,240 0,234 0,220 0,202 0,181 0,151 0,120 0,085 0,045 0
Н*п=0,4 0,212 0,210 0,200 0,193 0,178 0,158 0,125 0,108 0,072 0,038 0
Н*п=0,5 0,180 0,180 0,175 0,166 0,151 0,139 0.118 0.093 0,066 0.036 0
Н*п=0,6 0,155 0,153 0,149 0.142 0,131 0.119 0,100 0,080 0,057 0,030 0
Н*п=0,7 0,130 0.127 0,125 0,116 0,108 0,098 0,084 0,068 0,048 0,026 0
Н п=0,8 0,104 0.102 0.099 0,094 0,088 0,080 0,068 0,055 0,039 0,021 0
Н*п=0,9 0,080 0.078 0.075 0,072 0,067 0,060 0,053 0,042 0,030 0,016 0
Н*п=1,0 0,057 0,055 0.053 0,051 0.048 0,043 0,037 0,030 0.020 0,011 0
По данным табл. 2 построены расчётные кривые, которые в статье не приводятся из-за недостатка места
Расчёты, выполненные для конкретных объектов показали, что объёмы сэкономленной воды, также, как и экономия энергии, прежде всего,
63
зависят от крутизны характеристик насосов и крутизны системы трубопроводов, от глубины регулирования подачи воды и количества параллельно работающих насосов. Расчёты показали, что обычно экономия воды составляет 3.. .5 % от объёма воды поданной за расчётныё период,
Методика содержит также раздел, посвящённый технико-экономическому обоснованию целесообразности применения РЭП в насосных установках путем сопоставления капитальных затрат необходимых для создания энергосберегающих САУ на основе использования РЭП и эксплуатационных расходов..
Многолетняя практика применения описанной методики на десятках действующих объектов и сопоставление прогнозируемой экономии энергии с фактическими показателями позволяет утверждать, что реальная экономия энергии в насосных установках систем водоснабжения, при правильно подобранном составе насосного оборудования находится в диапазоне 5-20 %.
В отдельных случаях, например, при заниженных диаметрах водоводов, экономия может достигнуть 25.30 % общего энергопотребления. В канализационных насосных установках экономия энергии обычно находится в пределах 5.15 %, достигая в отдельных случаях 20.25 %.
Более высокие значения экономии энергии (40.60 %), приводимые в рекламе и технической литературе, если они не обусловлены особыми условиями эксплуатации объекта, вызывают сомнения в технической грамотности авторов публикаций или говорят о стремлении торговых компаний повысить интерес к своей продукции.
Длительный опыт работы в этом направлении (с 1960 г.) показывает, что экономия энергии в 40.60 %, возможна только в тех случаях, когда рабочие характеристики насосных агрегатов и характеристики трубопроводной сети не соответствуют друг другу. Но в этом случае, прежде, чем устанавливать РЭП, надо привести рабочие характеристики насосов в соответствие с параметрами системы подачи и распределения воды (СПРВ) или системы водоотведения и только после этого решать вопрос о применении РЭП. Существуют различные способы совмещения характеристик насосов и трубопроводных систем. Можно подрезать рабочее колесо насоса. Можно заменить приводной электродвигатель насоса, другим с иной частотой вращения и иной мощностью. Можно комбинировать различные варианты изменения рабочих характеристик насосных агрегатов. При таком подходе капитальные затраты будут меньше, а эффективность РЭП больше.
Список литературы
1. Методические рекомендации по приближенному расчету эффективности применения регулируемого электропривода в насосных установках систем водоснабжения // ВИЭСХ, ВАСХНИЛ, М., 1980.
2. Рекомендации по применению регулируемого электропривода в системах автоматического управления водопроводных и канализационных насосных установок // М., ВНИИ ВОДГЕО. 1987.
3. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках . М.: Энергоатомиздат, 2006.
B. Leznov
Estimation of efficiency of the adjustable electric drive in pump installations of water supply and water removal
The methods of valuation adjustable speed drives at water and sewage pump houses are presented.
Keywords: energy savings, pump unit, adjustable electric drive.
Получено 06.07.10
УДК 629.9:502.14:62-83
Р.Г. Мугалимов, канд. техн. наук, доц., (3519) 29-84-16, magtu@magtu.ru (Россия, Магнитогорск, МГТУ им. Г.И. Носова), В.И. Косматов, канд. техн. наук, проф. (3519) 29-84-16, magtu@magtu.ru (Россия, Магнитогорск, МГТУ им. Г.И. Носова), А.Р. Мугалимова, асп., (3519) 29-84-16,
magtu@magtu.ru (Россия, Магнитогорск, МГТУ им. Г.И. Носова) ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ
И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Обсуждаются результаты исследования энергоэффективности нерегулируемых и регулируемых электроприводов насосных агрегатов, созданных на основе энергосберегающих асинхронных двигателей. Применение энергосберегающих асинхронных двигателей позволяет снизить удельный расход электрической энергии на 9,5...9,7 %, по сравнению с применением традиционных двигателей.
Ключевые слова: энергосберегающие свойства, регулируемый и нерегулируемый электропривод, электропотребление, частота вращения, математические соотношения.
Целью данной работы является сравнительная оценка энергосберегающих свойств регулируемых и нерегулируемых электроприводов насос-
