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楼控系统中冷水泵节能优化控制分析

时间:2017-10-30  来源:本网  作者:admin  浏览次数:175

  大量的和调查表明13,在我国大中型建筑中,空调制冷系统的耗能占总建筑耗能的40%~50%,比发达国家平均水平高出30%以上。在整个空调制冷系统的总耗能中,冷冻站设备(冷水机组、冷却塔、水泵等)的耗能占50%以上,其中冷冻水泵的耗能占到了10%以上。因此,对冷冻泵和冷却泵进行自控优化设计并采取节能改造措施,能够产生非常显著的经济效益和社会效益。通过对空调系统冷冻水泵性能分析,实现动态负荷跟踪达到节能效果。本文以某卷烟厂生产车间制冷站改造为例,通过对冷冻泵和冷却泵的特性分析,提出节能优化改造措施。

  1冷水泵系统概述制冷站是为全厂车间中央空调机组提供冷源的设施,包括冷水机组2台、冷冻水泵3台、冷却水泵3台,总装机容量为500kW「左右,是全厂主要的耗能设备,改造前所有设备均为手动启停操作模式。根据水泵自身运行参数较多的特点,为对受控设备实行全面的监控,本方案将制冷站的监控分为常规的DDCI/O点监控和通信集成监控。对水泵运行参数、过压过流报警、远程启停等采用DDC控制器,通过水流开关、智能仪表、电控箱接口等进行监测和控制;对运行参数较多的设备如变频器,通过通信接口进行监测、控制。通过执行相应的控制策略,达到节能降耗的目的。

  2冷冻水泵并联运行变频控制策略表1制冷站冷冻水泵配置扬程/转速/电机功率/数量/台冷冻泵476 650―01型,根据其技术手册,蒸发器额定流量为冷凝器额定流量为467m3/h其最小报警流量分别为200m3/h在实际运行中,2台45kW扬程为24m的水泵经增压装置增压后,其扬程可达38m,根据Q增压后的流量为476X24+38300m:Vh这样通过工艺改造实现3台水泵扬程相同,使3台冷冻水泵并联运行具备可行性。并联运行供水量可通过变频控制模式调整3台水泵转速进行控制2.1冷冻水泵并联运行工况分析根据水泵特性分析,3台水泵并联运行其特性曲线更加平坦,由于空调机组供水电动阀门根据温度情况动态调节供水量,导致系统管路沿程阻力和局部阻力动态变化,从而使管道的特性曲线不同,本文将控制方式归纳为两种:管道特性曲线为陡增型和管道特性曲线为缓增型(如、)1、2、3点分别代表A泵、2台A泵、2台A泵和1台B泵并联运行时的运行状态点。可以看出,由于管道特性曲线为陡增型,3台水泵并联运行时流量增加很少(ft缓增特性管道一水泵并联运行工况水机组运行时,从节能角度讲,没有必要3台水泵全部开启,只开启其中2台即可。具体搭配见表2.冷水机组开启台数需要循环水量Am3.h-冷冻水泵开启2台从可以看出,3台水泵并联运行流量增加很大,可以满足冷水机组的运行需求,故3台水泵可以同时进行变频调节。

  陡增型和缓增型运行模式可以根据现场情况从组态软件进行选择设定,从而根据特性模式自动投运不同的水泵运行工况。

  2.2冷冻水泵并联运行调频控制流程描述了空调系统的管路简图,水泵提供的压头,除消耗在冷水机组、管道、管件上外,主要消耗在空调机组的两通调节阀和盘管上。保持两通调节阀和盘管两侧相对恒定的压差是取得良好调节品质的重要条件。

  在中,水泵开始运行状态点为图中的1,此时流量为,扬程为历,管路特性曲线为,水泵运行转速为ni.当空调负荷减少时,阀门Ti开度减小,流量降低,管阻增大,此时如果不进行变频调节,管阻特性曲线由Ri变为R2,此时流量变为02扬程变为H2运行状态点变为2H2―Hi消耗在阀门Ti上,消耗了过多的能量。如果采用变频控制,此时水泵转速降至2,运行状态点变为3则水泵扬程将为H3,水泵的轴功率降低。

  水泵调频运行工况当然水泵的转速并不是可以任意地降低,它以维持APi+AP2恒定为基本目标,同时也要保证冷水机组的最小流量要求,而且为了使水泵在较高效率下运行,一般要求运行在25Hz以上。因此,多数情况下水泵并不能运行在状态点3 02通过旁通阀流回到回水管中。

  冷冻泵的调频运行控制流程如所示。

  冷冻水泵的调频运行控制流程2.3冷冻水供回水主管道之间加调节阀如所示,在供回水的主管道上需要安装调节阀,以便盘管两通阀开度较小时保证冷水机的最小循环水量。卷烟厂制冷站冷水机组蒸发器额定流量为392m3/h最小流量为200m3/h假设在最不利的情况下开机,设计供回水旁通管道的流量为250m3/h,查空调设计手册设计水速为im/s则计算的管道口径为DNi50.因此在供回水主管道上增加DNi50电动调节阀i个。

  平时电动调节阀T2处于关闭或开度极小状态,当冷冻泵以25Hz运行,冷冻水供回水管道水压差仍然大于末端空调盘管两侧的压差APi+AP2时,盘管两通阀Ti开度很小,电动调节阀T2开始调节,一方面保证压差APi+AP2恒定,另一方面保证冷水机组的最小流量需求。

  3冷却水泵并联运行控制策略空调系统示意表3制冷站冷却水泵配置流量/冷水机组的冷凝器额定流量为467 m3/h,冷却水泵工频运行。

  3.1冷却水泵并联运行工况分析由于功率为75 kW扬程为38m的冷却泵流量仅有486,比单台冷水机组额定流量仅大“,如果管路的特制冷站冷却水泵的配置如表3所示。

  性曲线不能使水泵的运行状态点处在冷却泵的额定状态上,则很难满足在冷水机组达到满负荷运行时对流量的要求。

  因此,在单台冷水机组运行时,可以同时开启2台扬程为38m的冷却泵,或开启1台扬程为32m的冷却泵(流量为790m/h)当2台冷水机组同时运行时,其额定流量需求为934mVh因此2台扬程为38m的水泵并联运行(并联运行最大流量972m3/h)或开1台扬程为32m的冷却泵(流量为790mVh)都无法满足流量要求。但3台泵并联运行极易出现大泵欺小泵的现象因此需将冷却泵配置为型号相同的3台泵。

  3.2冷却泵出口处增加多功能控制阀在离心泵启动瞬间,泵出口管路内没有水速,故不存在管路阻力和提升高度阻力,泵扬程很低,流量很大,此时泵电机(轴功率)输出很大(据泵性能曲线)很容易超载,使泵的电机及线路损坏,因此启动时要关闭出口阀,才能使泵正常运行。当出口压力上升到正常值后,及时全开出口阀,防止长时间不开出口阀泵内流体因摩擦急速升温将机封烧坏。

  通常为了保证水泵的正常运行,在水泵的出水管上装设闸阀、逆止阀阀件,这两种阀件在水泵的运行过程中分别起着不同的作用:闸阀平时处于关闭状态,水泵启动时闸阀慢慢打开,水泵停机时,闸阀先慢慢关闭。水泵的闭闸启动和闭闸停车可以有效地防止开泵水锤和停泵水锤,同时减少了水泵启动时的电机负荷,水泵在零流量时的轴功率最小,一般仅为设计轴功率的30%.闸阀的另一个功能是为安装在闸阀与水泵之间的逆止阀等阀件和水泵提供安全的检修条件,防止带压水管的水回流。逆止阀能防止突然断电时造成的水流流向改变,防止倒流。

  卷烟厂的冷却水泵功率为75kW 110kW卩额定电流为136A、200A,水泵直接启动时的电流高达190A、280A,因此在开启该水泵时采用星一三角启动方式,在冷却泵出水口处安装自动多功能控制阀,实现自动启停控制。

  4结语本文针对现有水泵设备的特性提出了一种具体的改造解决方案,分析了水泵并联特性变化,通过变频控制、增加旁通电控阀等相关措施,能够达到优化控制、节能降耗的目的。

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