李都望，余天奇

（江西省水務(wù)集團(tuán)有限公司，江西南昌 330096）

自來水行業(yè)是城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展中不可或缺的保障性行業(yè)，也是城鎮(zhèn)建設(shè)體系中的能耗大戶。 由于自來水行業(yè)發(fā)展的局限性及時(shí)限性，導(dǎo)致傳統(tǒng)水廠的諸多設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)并未將節(jié)能放在首位，整體趨于保守的設(shè)計(jì)使得水廠有很大的節(jié)能潛力。 如何行之有效地通過運(yùn)營管理和技術(shù)改造來降低能耗是本文探討的主要關(guān)注點(diǎn)。

1 水廠能耗設(shè)備的數(shù)據(jù)分析

目前我國城市供水處理技術(shù)仍以由混凝、沉淀、過濾和消毒4 個(gè)單元處理過程組成的常規(guī)供水處理工藝為主。 典型的制水工藝流程圖，如圖1 所示。

在傳統(tǒng)制水工藝中， 主要的能耗設(shè)備集中在取水泵房、送水泵房、加藥加氯間等。 通過對A、B、C、D4 個(gè)水廠的電量能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出各用電設(shè)備的能耗占比（表1）。

圖1 制水工藝流程

表1 用電設(shè)備能耗占比 %

各水廠的規(guī)模、處理工藝不盡相同，但能耗占比總體呈規(guī)律性變化： 各水廠的送水泵房均占據(jù)能耗比統(tǒng)計(jì)的首位。送水泵房是全廠凈化水供給系統(tǒng)，其主體工藝設(shè)備為多臺大功率水泵機(jī)組及相應(yīng)的出口閥門，總管出水直接面對用戶，而送水泵房內(nèi)主要的用電能耗設(shè)備為水泵機(jī)組， 約占整個(gè)水廠能耗的一半以上，乃至更高比例[1]。因此，研究水泵機(jī)組的節(jié)能降耗措施則是水廠能耗分析的重點(diǎn)。

2 水泵機(jī)組的節(jié)能降耗措施

2.1 應(yīng)用變頻調(diào)速機(jī)組

在變頻器尚未普及的年代，水廠設(shè)計(jì)通常會采取大小泵或者大中小泵搭配的設(shè)計(jì)方案， 用水高峰期通過大泵供水，夜間則開啟1 臺小泵，維持清水池正常水位，以滿足夜間小流量的供水需求。而在實(shí)際運(yùn)行過程中，送水泵房內(nèi)的水泵機(jī)組1 天內(nèi)的壓力變化范圍較寬， 定頻機(jī)組很難運(yùn)行在最佳工況點(diǎn)上，因此很容易偏離高效區(qū)，從而增加用電損耗，這也是造成水泵機(jī)組能耗浪費(fèi)最大原因。

通過收集A 水廠和B 水廠送水泵房的電量能耗數(shù)據(jù)，歸納得到平均千噸水能耗，見表2。 根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，變頻機(jī)組比定頻機(jī)組的能耗明顯減少，平均千噸水能節(jié)約14.25 kWh， 約12%的能耗。 按100 kt 水廠計(jì)算，每年可節(jié)約電量52×104kWh，節(jié)約電費(fèi)31 萬元。 因此，送水泵房為了更好地滿足工藝要求及節(jié)能需求，應(yīng)優(yōu)先考慮變頻調(diào)速機(jī)組運(yùn)行。

表2 A 水廠與B 水廠送水泵房的平均千噸水能耗對比（出廠水壓力0.25 MPa） kWh

2.2 優(yōu)化水泵參數(shù)選型

送水泵房常見的運(yùn)行模式為多臺機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，而水廠建設(shè)在設(shè)計(jì)之初，為了滿足最不利點(diǎn)的供水壓力，會根據(jù)最高日、最高時(shí)的供水需求進(jìn)行水泵選型，普遍存在工況點(diǎn)偏移，與實(shí)際運(yùn)行情況相差過大的情況。實(shí)際上，當(dāng)水泵機(jī)組通過變頻器控制實(shí)現(xiàn)了流量變化的目的， 按照工藝要求只需要達(dá)到設(shè)定的壓力即可，富余揚(yáng)程的壓力就是浪費(fèi)能耗。為了使水泵機(jī)組運(yùn)行在高效區(qū)內(nèi)， 以最節(jié)能的工況滿足供水需求，需合理確定水泵揚(yáng)程，必要時(shí)可改造葉輪尺寸形狀， 對實(shí)際工況不在高效區(qū)的機(jī)組進(jìn)行葉輪切割，減小葉輪外徑，減輕帶負(fù)載能力，降低電流值，使水泵特性曲線發(fā)生偏移，得到理想的高效區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的需求。

2.3 選用節(jié)能型設(shè)備

水泵機(jī)組作為水廠內(nèi)最主要的能耗設(shè)備， 其自身性能直接影響著整個(gè)水廠的能耗管理， 選擇效率高且高效區(qū)寬的水泵機(jī)組，能有效地降低用電損耗。通常意義而言，更優(yōu)質(zhì)的葉輪材質(zhì)及做工水平，意味著機(jī)組效率的提高、能耗的降低。從電氣的角度來探究，參與電能交換的變壓器亦可采用節(jié)能型變壓器，其空載、 負(fù)載損耗均比常規(guī)變壓器平均下降約10%左右，通過降低變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗，可以提高變壓器自身效率，提高功率因素，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

2.4 優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行方式

針對水泵機(jī)組的運(yùn)行方式，如果單泵實(shí)現(xiàn)節(jié)能，可采取的方法是在用水低峰期時(shí)，調(diào)節(jié)出口閥門，減少出水流量，降低輸出負(fù)載來實(shí)現(xiàn)節(jié)能；如果多臺機(jī)組運(yùn)行，可根據(jù)機(jī)組各自的性能進(jìn)行組合調(diào)配，將效率低的機(jī)組作為輔助水量和壓力的調(diào)節(jié)， 將效率高且高效區(qū)寬的機(jī)組作為主供水機(jī)組， 將效率高但高效區(qū)窄的機(jī)組作為日間高峰期供水機(jī)組。 不同機(jī)組的性能組合調(diào)度，能有效地提高效率，從而在理想環(huán)境下盡可能地降低機(jī)組的能耗。

2.5 應(yīng)用自動化控制節(jié)能

通過PLC 控制可以實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)壓力的自動調(diào)節(jié)以達(dá)到節(jié)能減耗的效果，具體做法是在每臺水泵機(jī)組管路上各設(shè)壓力變送器，以實(shí)現(xiàn)泵和相應(yīng)閥門的連鎖，在出廠水總管上設(shè)總管壓力變送器作為恒壓供水的反饋量，同時(shí)根據(jù)壓力測量、壓力給定與變頻控制泵形成PID 閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)恒壓供水節(jié)能控制。每臺水泵機(jī)組的電氣動力柜均設(shè)置智能表，PLC 通過與智能配電保護(hù)設(shè)備的通訊，實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)的供配電回路的電流、功率、電壓及供配電回路狀態(tài)等參數(shù)的集中監(jiān)控，能耗自動計(jì)入歷史數(shù)據(jù)庫，用于后期生產(chǎn)管理及經(jīng)濟(jì)分析核算，得出最佳的運(yùn)行模式，減少能耗設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，從而精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

從智慧水務(wù)層面來探究， 借助云端及各感知層設(shè)備的數(shù)據(jù)采集， 實(shí)時(shí)傳輸供水管網(wǎng)的水壓變化數(shù)據(jù)，收集用戶用水習(xí)慣規(guī)律，建立相應(yīng)的水力模型，針對性地根據(jù)供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)水壓的變化數(shù)據(jù)對水泵機(jī)組進(jìn)行變頻控制，能夠起到更好的節(jié)能效果。

3 結(jié)語

本文探究了水廠內(nèi)水泵機(jī)組的節(jié)能降耗的措施，并輔以數(shù)據(jù)及理論論述。 除此之外，水泵機(jī)組節(jié)能減耗還有其他實(shí)現(xiàn)手段， 如針對水泵本身的機(jī)械性能做出改造， 使用特殊材質(zhì)或涂層以減少水泵內(nèi)部的機(jī)械磨損，提高水泵效率。除去水泵機(jī)組本身的節(jié)能運(yùn)用， 水廠內(nèi)其余能耗設(shè)備也可以作為優(yōu)化對象，如替換LED 節(jié)能燈、減少空調(diào)使用率等[2-3]，從各方面完善節(jié)能方案。

綜上所述， 送水泵房內(nèi)水泵機(jī)組的能耗問題是絕大多數(shù)水廠都存在的現(xiàn)實(shí)問題， 而水廠節(jié)能降耗則是一件長期的工作任務(wù)， 降低能耗、 降低制水成本，從社會效益和經(jīng)濟(jì)效益上而言，都能很好地為企業(yè)掙得利益，適時(shí)采用不同的節(jié)能措施，才能實(shí)現(xiàn)自來水廠節(jié)能減耗的目標(biāo)。