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城市供水企業(yè)節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新的 實(shí)踐與成效

一、企業(yè)概況
　  本溪市自來(lái)水有限責(zé)任公司始建于1912年，成立于1956年，是以自來(lái)水生產(chǎn)、供應(yīng)、銷(xiāo)售為主營(yíng)業(yè)務(wù)的國(guó)有中型企業(yè)。公司注冊(cè)資本5400萬(wàn)元?？偣救∷芰?1萬(wàn)噸/日，凈化能力40.5萬(wàn)噸/日，污水處理能力22.5萬(wàn)噸/日。
　  總公司現(xiàn)有水源地2座，凈水廠6座，污水處理廠1座，二次加壓泵站87座，供水管網(wǎng)總長(zhǎng)度650多公里，承擔(dān)市區(qū)、牛心臺(tái)、臥龍、南芬、石橋子、北臺(tái)等地區(qū)居民和企事業(yè)單位的供水服務(wù)任務(wù)。
　  公司現(xiàn)有職工總數(shù)2277人，其中在崗職工1095人。截止2010年底，公司資產(chǎn)總額4.9億元,負(fù)債總額4.4億元。 2010年銷(xiāo)售收入完成10519萬(wàn)元，污水處理費(fèi)完成2250萬(wàn)元，實(shí)際上繳稅金876.8萬(wàn)元，凈利潤(rùn)較國(guó)資委制定的2010年度經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)減虧282萬(wàn)元。
　  二、選題背景及依據(jù)
　  （一）供水企業(yè)消耗電能大，節(jié)能降耗尤為重要。
　  公司緊緊圍繞生產(chǎn)和營(yíng)收工作，深入學(xué)習(xí)實(shí)踐科學(xué)發(fā)展觀，以突出實(shí)踐為特色，依靠先進(jìn)的技術(shù)和科學(xué)的管理，積極推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。大力推進(jìn)管理，探索新的節(jié)能技術(shù)。供水企業(yè)所消耗的電能主要在電控設(shè)備及水泵機(jī)組的運(yùn)行方面，通過(guò)采用變頻調(diào)速技術(shù)及無(wú)填料密封技術(shù)、環(huán)氧樹(shù)脂噴涂技術(shù)等新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，對(duì)原有落后的生產(chǎn)工業(yè)、耗能設(shè)備進(jìn)行更新改造，節(jié)約了大量能源。
　  （二）生產(chǎn)工藝落后、供水管網(wǎng)陳舊、機(jī)器設(shè)備耗能大、技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)步勢(shì)在必行。
　  企業(yè)緊緊圍繞攻克“產(chǎn)銷(xiāo)差率高，電耗高，成本高，收費(fèi)難”的中心問(wèn)題不斷投入大量資金改造供水管網(wǎng)和供水設(shè)備設(shè)施，并對(duì)全市二次加壓供水系統(tǒng)進(jìn)行了全面接收。在普及城市供水服務(wù)的同時(shí)。確立了“提高生產(chǎn)力水平，節(jié)能降耗”的工作思路，大力推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新方法，對(duì)原有落后的生產(chǎn)工藝、耗能設(shè)備進(jìn)行更新改造，節(jié)約了大量的能耗。
　  （三）推進(jìn)節(jié)能降耗是實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然，技術(shù)進(jìn)步是節(jié)能降耗的主要手段。
　  本溪市自來(lái)水有限責(zé)任公司為傳統(tǒng)的供水企業(yè)，以地表水為主水源。整個(gè)供水區(qū)域高差大，山區(qū)地形復(fù)雜，耗能基本是加壓所用電耗。
　  本溪市作為國(guó)家的重點(diǎn)老工業(yè)基地，目前自來(lái)水供水管網(wǎng)長(zhǎng)度650多公里，其中多數(shù)為30、50和60年代鋪設(shè)的管網(wǎng)，管網(wǎng)漏失比較嚴(yán)重。解決這些問(wèn)題，不僅是節(jié)約城市水、電資源，響應(yīng)國(guó)家的環(huán)境政策，履行我們的社會(huì)責(zé)任；而且對(duì)于提高城市供水服務(wù)水平，節(jié)能環(huán)保，保障供水水質(zhì)安全等也具有重要意義。
　  三、實(shí)施步驟與措施
　  綜上，本溪市自來(lái)水有限責(zé)任公司以節(jié)能減排為重點(diǎn)，以采用節(jié)電新技術(shù)為手段，以變頻技術(shù)應(yīng)用為核心，全面推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。
　  （一）變頻新技術(shù)應(yīng)用于輸水泵站變頻調(diào)速改造工程
　  1.改造前技術(shù)狀況
　  本溪市水源為太子河上游牛心臺(tái)段地表水，經(jīng)過(guò)老官水廠泵站加壓，通過(guò)2條DN1400mm鋼管送水至沿邊水廠沉砂池，初步凈化后經(jīng)沿邊水廠泵站加壓至本溪市區(qū)的3個(gè)主要凈水廠，進(jìn)一步進(jìn)行凈化處理。處理后的水重力輸送到主干管網(wǎng)。工藝流程如下圖：
　  
　  本溪溪市自來(lái)水有限責(zé)任公司為傳統(tǒng)的供水企業(yè)，以地表水為主水源，整個(gè)供水區(qū)域高差大，山區(qū)地形復(fù)雜，耗能基本是加壓所用電耗。目前有一次、二次加壓水泵176臺(tái)，平均每年耗電量3223萬(wàn)KWh。
　  老官水廠泵站目前有10.5 kv，400KW水泵機(jī)組6臺(tái)；沿邊水廠泵站電機(jī)電壓為6kv，560KW水泵機(jī)組2臺(tái)，630KW水泵機(jī)組 2臺(tái)， 450KW水泵機(jī)組2臺(tái)，355KW水泵機(jī)組6臺(tái)，分為3個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行加壓。
　  水泵機(jī)組運(yùn)行參數(shù)表如下：
　  序
　  號(hào) 水泵站 電壓/
　  額定功率 電機(jī)
　  軸功率 額定
　  揚(yáng)程 實(shí)際
　  電流 出口
　  揚(yáng)程
　  1 老官水廠 10kV/400kW 310kW 32m 22A 13m
　  2 老官水廠 10kV/400kW 310kW 32m 22A 13m
　  3 沿邊水廠大峪供水系統(tǒng) 6kV/560kW 445kW 73m 57A 64m
　  4 沿邊水廠大峪供水系統(tǒng) 6kV/560kW 445kW 73m 57A 64m
　  5 沿邊水廠明山供水系統(tǒng) 6kV/630kW 542kW 83m 67A 80m
　  6 沿邊水廠明山供水系統(tǒng) 6kV/630kW 542kW 83m 67A 80m
　  7 沿邊水廠紫金供水系統(tǒng) 6kV/450kW 398kW 76m 40A 65m
　  8 沿邊水廠紫金供水系統(tǒng) 6kV/450kW 398kW 76m 40A 65m
　  老官水廠和沿邊水廠泵站均采用定速電機(jī)，每日用戶(hù)所需要的水量在不同時(shí)間段是不斷變化的，并且由于沉砂池及凈水廠清水池容積由于建設(shè)占地等原因可有效調(diào)節(jié)容量較小，就出現(xiàn)了供需矛盾。目前實(shí)際運(yùn)行是通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度或者頻繁啟、停水泵來(lái)實(shí)現(xiàn)水量調(diào)節(jié)的。閥門(mén)開(kāi)度減小時(shí)，管網(wǎng)阻力隨之加大，根據(jù)水泵流量特性曲線，能降低水泵輸出水量。啟、停水泵調(diào)節(jié)就是利用沉砂池和清水池的容積，當(dāng)沉砂池和清水池液位過(guò)高，就停轉(zhuǎn)水泵，當(dāng)池子液位過(guò)低，就啟動(dòng)水泵。這種調(diào)節(jié)方式都是極大的能源浪費(fèi)，并且頻繁啟動(dòng)水泵對(duì)設(shè)備沖擊大，會(huì)使電網(wǎng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的波動(dòng)，嚴(yán)重影響了水泵機(jī)組的使用壽命。
　  2.對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用及效果測(cè)算
　  變頻調(diào)速技術(shù)系統(tǒng)如下所示：
　  
　  變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的調(diào)速和制動(dòng)性能、高效率、高功率因數(shù)、節(jié)能效果顯著和廣泛的適用范圍，而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。在我國(guó)供水行業(yè)也得到廣泛的應(yīng)用。
　  近幾年公司利用變頻技術(shù)改造電控設(shè)備及水泵機(jī)組80多臺(tái)套，2010年公司又對(duì)老官水廠泵站的400KW水泵機(jī)組進(jìn)行變頻改造，并預(yù)計(jì)對(duì)沿邊水廠泵站的大峪供水系統(tǒng)、明山供水系統(tǒng)、紫金供水系統(tǒng)560kw、630kw、450kw水泵機(jī)組分別進(jìn)行改造，節(jié)能效果顯著。
　  （1）老官水廠泵站10kv水泵節(jié)能估算：
　  實(shí)測(cè)水泵滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)軸功率100%。轉(zhuǎn)數(shù)為50%時(shí)，軸功
　  率為12.5%。變頻器效率96%；電機(jī)實(shí)測(cè)軸功率為310kW。水泵設(shè)備軸功率為（310÷400）×100% = 0.77，考慮到并聯(lián)水泵的部分損耗水泵電機(jī)效率為0.7。
　  1）改造前電機(jī)工頻年耗電量：
　  310×8600×0.7 = 1866200kWh
　  2）改造后2套電機(jī)采用變頻器年耗電量：
　  310×8600×2×0.125×0.7×0.96 = 447888kWh。
　  3）設(shè)備改造后年節(jié)電量：
　  1866200-447888=1418312（KWh）
　  4)年節(jié)電費(fèi)用：1418312×0.52=737522.24元
　  （2）沿邊水廠大峪供水系統(tǒng)6kV水泵節(jié)能估算
　  依據(jù)離心式或軸流式泵類(lèi)設(shè)備的出口壓力與流量的二次方、軸功率與流量的三次方軸功率近似成正比的相似定理，可用下式測(cè)算節(jié)電率：
　  Δrhm≈[1－（Pc/Pn）3/2]×100%－r% （1-1）
　  Pc ——泵類(lèi)設(shè)備的平均出口平均揚(yáng)程（m）；
　  Pn ——泵類(lèi)設(shè)備的額定出口額定揚(yáng)程（m）
　  r ——變頻器自身?yè)p耗一般為4%
　  功率公式：
　  P= ×U（電壓）×I（電流）×cosφ（功率因數(shù)） （2-2）
　  通過(guò)運(yùn)行參數(shù)表知道電機(jī)軸功率445kW，額定功率為560kW,出口揚(yáng)程64m,額定揚(yáng)程73m。實(shí)際運(yùn)行電流為57A。年運(yùn)行時(shí)間8600小時(shí)。通過(guò)軸功率可算出電機(jī)效率為（445÷560）×100% = 0.79，考慮到并聯(lián)水泵的部分損耗水泵電機(jī)效率為0.72。
　  1）根據(jù)公式（1-1）可知節(jié)電率為：
　  Δrhm≈[1－（64/73）3/2]×100%－4% = 14%
　  2）則實(shí)際工頻運(yùn)行時(shí)功率為：
　  P=1.732×6×57×0.72=426.4（KW）
　  3）2臺(tái)變頻工作年可節(jié)電量為：
　  2×426.4×8600×14%=1026771KWh
　  4）每年可節(jié)約電費(fèi)為1026771×0.52=533921.02元
　  （3）沿邊水廠明山供水系統(tǒng)6kV水泵節(jié)能估算：
　  明山泵站的節(jié)能計(jì)算方法與大峪泵站相同，所以下面直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
　  通過(guò)運(yùn)行參數(shù)表知道電機(jī)軸功率542kW，額定功率為630kW,出口揚(yáng)程80m,額定揚(yáng)程83m。實(shí)際運(yùn)行電流為67A。年運(yùn)行時(shí)間8600小時(shí)。通過(guò)軸功率可算出電機(jī)效率為（542÷630）×100% = 0.86，考慮到并聯(lián)水泵的部分損耗水泵電機(jī)效率為0.79。
　  1）根據(jù)公式（2-2）可計(jì)算出變頻后節(jié)電率：
　  Δrhm≈[1－（80/83）3/2]×100%－4% = 5%
　  2）則工頻運(yùn)行時(shí)實(shí)際功率為：
　  P=1.732×6×67×0.79=550kW
　  3) 2臺(tái)變頻工作年可節(jié)電量為：
　  2×550×8600×5%=473000KWh
　  4) 每年可節(jié)約電費(fèi)為473000×0.52=245960元
　  （4）沿邊水廠紫金供水系統(tǒng)6kV水泵節(jié)能估算：
　  通過(guò)運(yùn)行參數(shù)表知道電機(jī)軸功率398kW，額定功率為450kW,出口揚(yáng)程65m,額定揚(yáng)程76m。實(shí)際運(yùn)行電流為40A。年運(yùn)行時(shí)間8600小時(shí)。通過(guò)軸功率可算出電機(jī)效率為（398÷450）×100% = 0.88，考慮到并聯(lián)水泵的部分損耗水泵電機(jī)效率為0.81。
　  1）根據(jù)公式（2-2）可計(jì)算出變頻后節(jié)電率：
　  Δrhm≈[1－（65/76）3/2]×100%－4% = 16%
　  2) 則工頻運(yùn)行時(shí)實(shí)際功率為：
　  P=1.732×6×40×0.81=336.7kW
　  3) 2臺(tái)變頻工作年可節(jié)電量為：
　  2×336.7×8600×16%=926598.4KWh
　  4) 每年可節(jié)約電費(fèi)為926598.4×0.52=481831.17元
　  綜上所述，系統(tǒng)改造后，變頻運(yùn)行代替原有工頻運(yùn)行。通過(guò)變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)功能，進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，來(lái)調(diào)節(jié)水泵水量，同時(shí)能節(jié)約大量能源，年可節(jié)電量共3844681.4KWh，年可節(jié)約電費(fèi)：1999234.33元。
　  （二）采用新設(shè)備對(duì)市區(qū)供水管網(wǎng)的改造
　  溪湖處所屬柳塘地區(qū)由河西路DN400管供水，所帶區(qū)域?yàn)樘?、礦建、礦里、青石溝、小河溝、平改平等，由于舊房屋 拆遷，現(xiàn)共有用戶(hù)1200戶(hù)。由一條DN300管經(jīng)大堡泵站加壓送水至用戶(hù)，為時(shí)間水地區(qū)，由于用戶(hù)位置較高，大堡泵站加壓到柳塘泵站，再次加壓后送至高區(qū)。2008年下半年，柳塘大部分地區(qū)拆遷改造，如繼續(xù)用原方式供水，勢(shì)必造成新開(kāi)發(fā)區(qū)域均由我公司進(jìn)行加壓，造成大量能源浪費(fèi)，加重能耗負(fù)擔(dān)。且大堡泵站、柳塘泵站設(shè)備均為老舊設(shè)備，未動(dòng)遷區(qū)域管網(wǎng)漏失大，如果由我公司為新開(kāi)發(fā)住宅加壓，必須由時(shí)間水改為長(zhǎng)流水，漏水總量也進(jìn)一步增加。
　  根據(jù)上述原因，我公司對(duì)柳塘地區(qū)進(jìn)行改造，具體如下：
　  1.設(shè)備改造。取消了大堡泵站、柳塘泵站，重力供水至柳塘百貨附近城鄉(xiāng)開(kāi)發(fā)新建1#泵房，實(shí)測(cè)管路余壓為12米，在青石溝及太平溝口分別設(shè)置地下泵箱，為青石溝及太平低區(qū)加壓供水。在城鄉(xiāng)開(kāi)發(fā)新建泵房?jī)?nèi)設(shè)置2套水泵，為礦建、小河溝供水，礦里、平改平、太平高區(qū)由城鄉(xiāng)開(kāi)發(fā)新建2#泵站供水。
　  2.管路改造。利用原有柳塘路上DN300管為該地區(qū)供水，如日后水量不夠，可考慮將河西路上DN300管繼續(xù)延伸至城鄉(xiāng)開(kāi)發(fā)新建1#泵房。在新建1#泵站前將去往柳塘的DN300管切斷，分別與水泵進(jìn)、出水管路連接，廢除至柳塘泵站的分支管路，直接與礦建供水管路連接；小河溝分支管延伸至1#泵站門(mén)前，與加壓管路連接；太平高區(qū)、礦里、平改平原有管路與城鄉(xiāng)開(kāi)發(fā)2#泵站出水管路連接，廢除柳塘泵站部分出水管路；大堡泵站內(nèi)進(jìn)出水管進(jìn)行連接，超越水泵，減少水損失。
　  對(duì)溪湖處柳塘地區(qū)的改造，全年可節(jié)省電費(fèi)14667元/月*12月=176000（元）
　  （三）采用新方法，進(jìn)行供水系統(tǒng)優(yōu)化重組，實(shí)現(xiàn)取水、凈化、配水全過(guò)程和管網(wǎng)壓力的在線監(jiān)測(cè)。
　  1.對(duì)沿邊水廠的輸水管路改造
　  老官水廠送水至沿邊泵站，一部分水直接進(jìn)入泵站加壓至各凈水廠，一部分進(jìn)入6000立方米沉砂池。若DN1400輸水管為非滿(mǎn)流狀態(tài)，充滿(mǎn)水，充分利用管內(nèi)的容積，可在用電峰段減少老官水泵運(yùn)行臺(tái)時(shí)，節(jié)約電量。經(jīng)過(guò)查找DN1400輸水管竣工圖紙，超過(guò)沿邊水廠沉砂池進(jìn)水管管底標(biāo)高的DN1400管路長(zhǎng)度為3689（米）*2=7378米，可用容積為7378（米）*3.14*1.481.4/4=11352立方米。現(xiàn)有沉砂池容積為6000立方米，多出5352立方米的調(diào)蓄水量，因此，老官水廠可在高峰時(shí)段減少運(yùn)行6#水泵1.5小時(shí)，每天有2個(gè)高峰段，共可減少運(yùn)轉(zhuǎn)水泵3小時(shí)，減少臺(tái)時(shí)可改在平時(shí)段運(yùn)轉(zhuǎn)，每月可節(jié)約電費(fèi)差價(jià)4173元。
　  年節(jié)約電費(fèi)：90小時(shí)*12月*175KW*0.265元/千瓦時(shí)=5萬(wàn)元
　  2.紫金、大峪水廠源水系統(tǒng)調(diào)整運(yùn)行方式
　  目前大峪水廠及紫金水廠配水量較低，經(jīng)過(guò)對(duì)兩個(gè)水廠用電峰段8月21日-25日（7:30-11:00、17:00-22:00）實(shí)際出廠水量的測(cè)算，數(shù)據(jù)表明，大峪水廠目前清水池容積為18000立方米，在用電峰段最大出廠水量為9965立方米，紫金水廠清水池容積為9000立方米，峰段最大出廠水量為6090立方米，兩個(gè)水廠的清水池容積完全可滿(mǎn)足出廠水量要求，因此決定在7：30-11:30,17:00-22:00期間停轉(zhuǎn)大峪3#泵站一臺(tái)355KW水泵早晚各4個(gè)小時(shí)，避開(kāi)峰時(shí)，將明山和紫金的輸水管路用DN200管連接，明山轉(zhuǎn)一臺(tái)小泵保持管路壓力，把一部分源水加壓到紫金，讓管路始終保持滿(mǎn)管使壓力均衡，達(dá)到避峰用平的節(jié)電效果。
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