浅析水处理厂生产耗电的分析方法与节电措施

1浅析水处理厂生产耗电的分析方法与节电措施黄靖博（淮北矿业集团公司朔里煤矿，安徽·淮北235052）【摘要】本文浅析一般睡处理厂的生产电耗结构情况，通过比对、分析，找出影响耗电高的原因与所在，并采取针对性整改措施，即可保障各环节的电气设备始终处于高效运行状态，达到最终节约用电的目的。【关键词】水处理厂；生产电耗；分析与降低措施1111引言在水处理厂，生产与处理的过程中，势必要消耗大量的能源，主要就是电力消耗，费用要占整个供水成本的35%—40%以上。由于存在多台、多级水泵提升的原因，致使全厂电耗显得比较高。弄清能耗结构与布局方式，对于挖掘节电潜力，降低消耗有着重要的意义。电耗可以分为有功电耗和无功电耗。有功电耗是将源水转化为满足服务需求水所需要的能量；无功电耗则是转化过程中内部消耗的能量。有功电耗相对一定量、一定要求的水为恒量；无功电耗却为一个变量，它随着生产系统状况的变化而变化的，水的加工、生产过程中降低电耗也就是降低这一变量。2222电耗构成2.12.12.12.1有功电耗众所周知，根据能量守恒定律，在生产与处理水的过程中，所消耗的有功电耗可用下式表示：W=γ·Q·H净·T/1022式中：W—有功电耗，kW.h；γ—水的容重，kg/L；Q—单位时间产量，m3/s；H净—满足服务需求的供水水位标高与源水水位标高差，m；T—生产水时间，h。由于在水处理与生产的过程中受到设备、管道及构筑物内耗等的影响，就使得整个生产系统的工作效率不可能达到100%。实际中，生产耗电量与有功耗电量之差，也就是无功耗电量。2.22.22.22.2无功电耗无功电耗也就是生产系统中克服各种内部损失而消耗的电能，它的存在是不可避免的。其大小随着系统的工况变化而变化。工况越好，其值越低，即系统的工作效率越高；工况差则反之。象水泵、电动机及配电设备的内耗、管道、构筑物克服水头损失的消耗等，都属于无功电耗。1）管道内耗。源水输水管道及处理构筑物间联通管道的内耗（即水头损失）。若构筑物间联通管道较短，水头损失就小。一般这种情况不经常检测或分析，只是在设计或技改时进行计算和分析。这些损耗就是生产水过程的管道内耗。为了降低水头损失，源水输水管道中水头损失的变化应在生产过程重点监测、经常监测。水泵输水总扬程H可表示为：H=H净+∑h=H出-H进+(V22-V12)/2g+△Z因(V22-V12)/2g+△Z）数值较小，源水输水管道的水头损失可忽略水泵进、出口流速水头的影响，直接按水泵进、出口压力差计算，即：3∑h=H出-H进-H净式中：∑h—输水管道总水头损失，m；H出—水泵出口压力，m水柱；H进—水泵进口压力，m水柱；H净—水泵的静扬程，m；V1—水泵进口流速，m/s；V2—水原出口流速，m/s；△Z—水泵进、出口压力表位置标高差。水泵扬程，见示意图1所示。图1水泵扬程示意图式中∑h值越低，管道工况越好。实际运行中，必须以设计值或历史最小值作控制标准值，并尽量控制在标准值附近。管内壁粗糙度增加、吸水口堵塞阀门开启度不足阴力增大等，都能引起∑h值增大，必须检查、处理。源水输水管道内壁粗糙度增加主要是吸附着较多的生物所致，可在吸水口投加漂精毒杀生物方4法去除。定期对∑h值的变化情况进行分析，水泵进、出口压力数据反映要真实。通过监测，确保∑h值不增大。2）配水过程的管内耗。这是由于配水管网较复杂，测定及计算很困难所致。因此，生产过程一般不进行分析，只需定期进行管网平差，作为新铺管线或管网改造的参考数据。3）构筑物的内耗。水处理构筑物在生产过程中也会产生一定的内耗，如混合、絮凝、沉淀、过滤等所需水头。其大小稳定，不需进行统计与分析，只设计与技改时考虑。4）水泵、电机设备的工作内耗。这些工作机械所消耗的电能占制水过程消耗的绝大部分，所以选型时应考虑选择效率高的设备。随着运行时间的延长，水泵、电动机的工况会逐步变差，效率逐步降低。因此，应加强维护，确保原工况运行。为此，就需要经常对设备的运行情况进行监测和分析。根据监测结果，计算出设备在设计工况下，将1km3水提高1MPa压力时的配水单位耗电。N=W／η传.η电.η泵.H.Q=(1000m3γ×100mγ）/η泵.η电.η传=108／（102×3600.η传.η电.η泵）=272.33/η泵.η电.η传=N#/η泵.η电.η传（kW.h/km3.MPa)其中：N—设备设计配水单位耗电，kW.h/km3.MPa；W—每km3水提高1MPa压力时的耗电量，kW.h；η泵—水泵设计工作效率；5η电—电动机设计工作效率；η传—电动机、水泵机组的传动效率；H—单位扬程，H=1MPa；Q—单位水量，1Km3；N#—有功配水单位耗电，kW.h/km3.MPa。然后再计算出实际生产运行的机组配水单位耗电N。其中：N＇=W＇／(Q＇·H＇)式中：N＇—机组实际配水单位耗电（kW.h/km3.MPa)；Q＇—机组抽水量，km3；H＇—机组输水总扬程，MPa；W＇—机组总耗电量，kW.h。再将N与N＇进行比较、分析。2.32.32.32.3水泵、电机内耗比对分析根据上述电耗关系，现具体分析如下：1）当N=N＇时，说明机组工况达到设计工况要求，工作效率最高，机组的设备内耗值处于正常范围。2）当NN＇时，说明机组工况变差，偏离设计工况工作，机组的设备内耗值超出正常范围。水泵机械磨损，水泵偏离设计高效段工作；电动机机械磨损超出控制值，电动机工作电压小于额定值；电动机负荷系数（即电动机实际负荷与额定负荷之6比）降低，电动机功率因数（COSФ）降低，这些是主要因素。①水泵机械磨损。包括：传动机构轴承、轴封的磨擦损蚀，叶轮圆盘在泵悫内运行时和流体的磨擦损蚀及叶轮和减漏环间隙磨损蚀。应加强维修，校正机组的水平，及时换下弯曲的泵轴，损坏的轴承，磨损较大的减漏环，保持良好润滑状态就能减少机械磨损。维修时作好记录，严格按照质量标准更换。②水泵偏离设计高效段工作。该状况的出现主要是由于水泵的输水量、工作扬程受到河床水位、管网配水量变化的影响。水泵编离高效段工作，水泵效率下降，设备内耗值增加。③电动机机械磨损。包括：轴承、风叶及电刷等的磨擦损耗，要严格维护管理，定期进行磨损情况检测。④电网电压的影响。电动机的工作电压不稳定，当电压低于额定电压时，工作电流将比正常值大，此时，电流流过绕组及各配电设备、线路的电流产生的热损失增大。⑤电动机负荷系数及功率因数COSФ的降低，不仅会增加电动机输电线路、变压器的电线路、变压器的电能耗，且会增加发电、输电系统的附加损耗。对设备效率要定期测定，发现问题及时分析、整改。3333运行电耗分析3.13.13.13.1分析方法在水处理与生产的过程中，尽可能地降低运行中的无功电耗，也是节电主要方向。具体说，也就是降低或消灭造成生产系统工作效率低于设计效率的那些无功电耗。但是，必须找出无功电耗的种类和产生原因。根据经验，寻找分析可无功电耗的方法，可按表1的程序进行。通过数据判断工况情况，确定无功电耗点。表1生产耗电情况分析表序号项目目标值完成值差异率（%）1一级总水头损失（m)2一级设备配水单位耗电（kW.h/km3.MPa)3二级设备配水单位耗电（kW.h/km3.MPa)7按表中各项目标值与上述计算方法、水厂投产以来的生产先进指标定。项目完成值与目标值有差异时，表明设备工况产生变化，必须对可能引起的变化因素逐个检查、分析，找出原因，制订解决措施。3.23.23.23.2实例浅析现以某水厂两月生产耗电情况进行分析，其结果见表2所列。表2某水厂两月生产电耗情况序号项目目标值完成值差异率（%）1一级总水头损失（m)1.21.8502一级设备配水单位耗电（kW.h/km3.MPa)360.2360.50.083二级设备配水单位耗电（kW.h/km3.MPa)33737110在第一项中，差异原因为：吸水格栅过水断面受堵塞而减少，管内滋生物较多，粗糙度增大，内阻增大。采取的措施：清理格栅杂物，在吸水口投放漂精毒杀管内滋生物。再通过数据检测，水头损失已降至1.25m。第二项的差异率仅为0.08%，表明工况良好。第三项差异原因为：1）叶轮与减漏环间隙较大，达1mm以上。2）水泵填料涵内靠叶轮端填料已腐烂，水从轴套内环漏失。据此问题，采取更换减漏环和填料措施进行整改。通过更换后叶轮与减漏环间隙降至0.2mm，填料后漏水已控制在60滴/分，达到要求。运行测试结果表明，配水单位耗电已降至342kW.h/km3.MPa（见表3）。表3整改后生产电耗情况序号项目目标值完成值差异率（%）1一级总水头损失（m)1.21.243.32一级设备配水单位耗电（kW.h/km3.MPa)360.2411143二级设备配水单位耗电（kW.h/km3.MPa)3373400.898由此可知，第一、三项较为正常，第二项差异率达14%。经过分析，原因为：河床水位较高，水泵工作扬程比设计高效区最低扬程还低7.32m。于是，采取切削叶轮方式进行调节，保障水泵处于高效段工作，之后配水单位耗电得到降低。按照比较、分析法，对现有设备工况变化情况进行分析、了解及控制，能最大限度地提高设备运行效率，从而降低配水耗电，实现挖潜节电的目的。4444结语水处理厂在正常的生产过程中，必须准确、齐全地收集各种运行数据，针对无功电耗变化的不同影响程序及各种因素进行比较、分析，找出问题的关键，制定切实可行的解决措施，就能使各项电气设备始终处于高效率运行状态，实现节电的根本目的。【作者简介】黄靖博，男，高级工程师。现在淮北矿业集团公司朔里煤矿从事节能技术工作。地址：安徽省淮北市朔里，朔里煤矿，邮编：235052。