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樓控系統中冷水泵節能優化控制分析

時間:2017-10-30 9:21:00   來源:本網   添加人:admin

  大量的和調查表明13,在我國大中型建築中,空調制冷系統的耗能占總建築耗能的40%~50%,比發達國家平均水平高出30%以上。在整個空調制冷系統的總耗能中,冷凍站設備(冷水機組、冷卻塔、水泵等)的耗能占50%以上,其中冷凍水泵的耗能占到了10%以上。因此,對冷凍泵和冷卻泵進行自控優化設計并采取節能改造措施,能夠産生非常顯著的經濟效益和社會效益。通過對空調系統冷凍水泵性能分析,實現動态負荷跟蹤達到節能效果。本文以某卷煙廠生産車間制冷站改造為例,通過對冷凍泵和冷卻泵的特性分析,提出節能優化改造措施。

  1冷水泵系統概述制冷站是為全廠車間中央空調機組提供冷源的設施,包括冷水機組2台、冷凍水泵3台、冷卻水泵3台,總裝機容量為500kW「左右,是全廠主要的耗能設備,改造前所有設備均為手動啟停操作模式。根據水泵自身運行參數較多的特點,為對受控設備實行全面的監控,本方案将制冷站的監控分為常規的DDCI/O點監控和通信集成監控。對水泵運行參數、過壓過流報警、遠程啟停等采用DDC控制器,通過水流開關、智能儀表、電控箱接口等進行監測和控制;對運行參數較多的設備如變頻器,通過通信接口進行監測、控制。通過執行相應的控制策略,達到節能降耗的目的。

  2冷凍水泵并聯運行變頻控制策略表1制冷站冷凍水泵配置揚程/轉速/電機功率/數量/台冷凍泵476 650―01型,根據其技術手冊,蒸發器額定流量為冷凝器額定流量為467m3/h其最小報警流量分别為200m3/h在實際運行中,2台45kW揚程為24m的水泵經增壓裝置增壓後,其揚程可達38m,根據Q增壓後的流量為476X24+38300m:Vh這樣通過工藝改造實現3台水泵揚程相同,使3台冷凍水泵并聯運行具備可行性。并聯運行供水量可通過變頻控制模式調整3台水泵轉速進行控制2.1冷凍水泵并聯運行工況分析根據水泵特性分析,3台水泵并聯運行其特性曲線更加平坦,由于空調機組供水電動閥門根據溫度情況動态調節供水量,導緻系統管路沿程阻力和局部阻力動态變化,從而使管道的特性曲線不同,本文将控制方式歸納為兩種:管道特性曲線為陡增型和管道特性曲線為緩增型(如、)1、2、3點分别代表A泵、2台A泵、2台A泵和1台B泵并聯運行時的運行狀态點。可以看出,由于管道特性曲線為陡增型,3台水泵并聯運行時流量增加很少(ft緩增特性管道一水泵并聯運行工況水機組運行時,從節能角度講,沒有必要3台水泵全部開啟,隻開啟其中2台即可。具體搭配見表2.冷水機組開啟台數需要循環水量Am3.h-冷凍水泵開啟2台從可以看出,3台水泵并聯運行流量增加很大,可以滿足冷水機組的運行需求,故3台水泵可以同時進行變頻調節。

  陡增型和緩增型運行模式可以根據現場情況從組态軟件進行選擇設定,從而根據特性模式自動投運不同的水泵運行工況。

  2.2冷凍水泵并聯運行調頻控制流程描述了空調系統的管路簡圖,水泵提供的壓頭,除消耗在冷水機組、管道、管件上外,主要消耗在空調機組的兩通調節閥和盤管上。保持兩通調節閥和盤管兩側相對恒定的壓差是取得良好調節品質的重要條件。

  在中,水泵開始運行狀态點為圖中的1,此時流量為,揚程為曆,管路特性曲線為,水泵運行轉速為ni.當空調負荷減少時,閥門Ti開度減小,流量降低,管阻增大,此時如果不進行變頻調節,管阻特性曲線由Ri變為R2,此時流量變為02揚程變為H2運行狀态點變為2H2―Hi消耗在閥門Ti上,消耗了過多的能量。如果采用變頻控制,此時水泵轉速降至2,運行狀态點變為3則水泵揚程将為H3,水泵的軸功率降低。

  水泵調頻運行工況當然水泵的轉速并不是可以任意地降低,它以維持APi+AP2恒定為基本目标,同時也要保證冷水機組的最小流量要求,而且為了使水泵在較高效率下運行,一般要求運行在25Hz以上。因此,多數情況下水泵并不能運行在狀态點3 02通過旁通閥流回到回水管中。

  冷凍泵的調頻運行控制流程如所示。

  冷凍水泵的調頻運行控制流程2.3冷凍水供回水主管道之間加調節閥如所示,在供回水的主管道上需要安裝調節閥,以便盤管兩通閥開度較小時保證冷水機的最小循環水量。卷煙廠制冷站冷水機組蒸發器額定流量為392m3/h最小流量為200m3/h假設在最不利的情況下開機,設計供回水旁通管道的流量為250m3/h,查空調設計手冊設計水速為im/s則計算的管道口徑為DNi50.因此在供回水主管道上增加DNi50電動調節閥i個。

  平時電動調節閥T2處于關閉或開度極小狀态,當冷凍泵以25Hz運行,冷凍水供回水管道水壓差仍然大于末端空調盤管兩側的壓差APi+AP2時,盤管兩通閥Ti開度很小,電動調節閥T2開始調節,一方面保證壓差APi+AP2恒定,另一方面保證冷水機組的最小流量需求。

  3冷卻水泵并聯運行控制策略空調系統示意表3制冷站冷卻水泵配置流量/冷水機組的冷凝器額定流量為467 m3/h,冷卻水泵工頻運行。

  3.1冷卻水泵并聯運行工況分析由于功率為75 kW揚程為38m的冷卻泵流量僅有486,比單台冷水機組額定流量僅大“,如果管路的特制冷站冷卻水泵的配置如表3所示。

  性曲線不能使水泵的運行狀态點處在冷卻泵的額定狀态上,則很難滿足在冷水機組達到滿負荷運行時對流量的要求。

  因此,在單台冷水機組運行時,可以同時開啟2台揚程為38m的冷卻泵,或開啟1台揚程為32m的冷卻泵(流量為790m/h)當2台冷水機組同時運行時,其額定流量需求為934mVh因此2台揚程為38m的水泵并聯運行(并聯運行最大流量972m3/h)或開1台揚程為32m的冷卻泵(流量為790mVh)都無法滿足流量要求。但3台泵并聯運行極易出現大泵欺小泵的現象因此需将冷卻泵配置為型号相同的3台泵。

  3.2冷卻泵出口處增加多功能控制閥在離心泵啟動瞬間,泵出口管路内沒有水速,故不存在管路阻力和提升高度阻力,泵揚程很低,流量很大,此時泵電機(軸功率)輸出很大(據泵性能曲線)很容易超載,使泵的電機及線路損壞,因此啟動時要關閉出口閥,才能使泵正常運行。當出口壓力上升到正常值後,及時全開出口閥,防止長時間不開出口閥泵内流體因摩擦急速升溫将機封燒壞。

  通常為了保證水泵的正常運行,在水泵的出水管上裝設閘閥、逆止閥閥件,這兩種閥件在水泵的運行過程中分别起着不同的作用:閘閥平時處于關閉狀态,水泵啟動時閘閥慢慢打開,水泵停機時,閘閥先慢慢關閉。水泵的閉閘啟動和閉閘停車可以有效地防止開泵水錘和停泵水錘,同時減少了水泵啟動時的電機負荷,水泵在零流量時的軸功率最小,一般僅為設計軸功率的30%.閘閥的另一個功能是為安裝在閘閥與水泵之間的逆止閥等閥件和水泵提供安全的檢修條件,防止帶壓水管的水回流。逆止閥能防止突然斷電時造成的水流流向改變,防止倒流。

  卷煙廠的冷卻水泵功率為75kW 110kW卩額定電流為136A、200A,水泵直接啟動時的電流高達190A、280A,因此在開啟該水泵時采用星一三角啟動方式,在冷卻泵出水口處安裝自動多功能控制閥,實現自動啟停控制。

  4結語本文針對現有水泵設備的特性提出了一種具體的改造解決方案,分析了水泵并聯特性變化,通過變頻控制、增加旁通電控閥等相關措施,能夠達到優化控制、節能降耗的目的。

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