Область применения. Промышленные предприятия, ЦТП, котельные, ТЭС (тепловые электростанции).

Промышленные предприятия, ЦТП, котельные, ТЭС (тепловые электростанции).

Методика расчёта эффективности мероприятия для одного насоса (вентилятора)

1.Величина потребляемой из сети мощности насоса [кВт] равна

13.1

где G [кг/ч] – массовый расход жидкости;

Н [м] – напор. Напор механизма представляет собой разность давлений на его выходе и входе: ;

ρ [кг/м³] – плотность рабочей среды. Её величина зависит от температуры и давления, но можно для воды приближённо считать ρ=1000кг/м³;

h_мех, h_{эл.прив} – КПД механический и электрического привода соответственно.

При работе от ПЧ уменьшаются магнитные потери в двигателе и изменяются электрические потери. Но поскольку оценить изменение электрических потерь сложно (зависят от законов регулирования технологического параметра и преобразователя), целесообразно считать и при работе с ПЧ кпд электродвигателя постоянным и равным номинальному, а при отсутствии данных по конкретному типу ПЧ принимать h_преоб=0,98.

Для газодувных машин:

, 13.2

где V [м³/ч] – объемный расход газа.

Здесь расходы жидкости (газа) G (V) определяются технологическим процессом и от установки ЧРП (частотно-регулируемого электропривода) не меняются.

До установки ЧРП давление на выходе механизма либо снижается до необходимого уровня в дросселирующем устройстве (задвижка, клапан, направляющий аппарат), либо при отсутствии регулирования определяется характеристикой механизма и изменяется в зависимости от расхода рабочей среды.

В последнем случае следует определить необходимое (требуемое Н_треб) давление на выходе механизма, исходя из свойств технологического процесса.

При установке ЧРП кпд электропривода изменяется в известное число раз (h_преоб=0,98) и остаются 2 составляющие изменения потребляемой мощности – от изменения напора и кпд механизма.

Снижение мощности от снижения напора очевидно, его даже можно оценить величиной потерь в дросселирующем устройстве по формуле (13.1), где Н – потери давления в этом устройстве. Сложнее учесть изменение кпд механизма.

2. Влияние ЧРП на кпд насоса качественно иллюстрирует рисунок 13.1.

В первом режиме работы с подачей G₁, напором H₁ и кпд h₁, соотношения между которыми определяются заводскими (каталожными) характеристиками H₀(G₀), h (G₀), давление после нерегулируемого насоса снижается в дросселирующем устройстве до Н_треб1. После установки преобразователя частоты рабочая точка G₁, Н_треб1 по теории подобия перемещается на характеристику H_f(G_f)по параболе, проходящей через начало координат. Кпд при этом определяется величиной G₀₁ и равен h_пч1, который больше h₁. Аналогично для режима 2 с подачей, превышающей номинальную, рисунок 13.1 показано, что после установки ПЧ кпд уменьшается с h₂ до h_пч2. Поскольку, как правило, приводимые механизмы работают без превышения номинальных расходов, установка ЧРП приводит к повышению кпд.

Рисунок 13.1 - Графические построения для определения кпд регулируемого насоса по его характеристикам

Определить количественные изменения кпд при переходе на работу с регулируемым приводом можно графически как показано на рисунке 13.1. Но такие достаточно громоздкие построения уместны в проекте установки конкретного ПЧ. Для энергоаудита целесообразно пользоваться приведённой ниже упрощенной методикой.

Обозначим исходные величины (до установки ПЧ) индексом 0 (Р₀, Н₀и т.д.), а после установки ПЧ – пч (Р_пчи т.д.). С учётом принятого выше соотношения h_{эл прив пч}=0,98·h_{эл прив 0} по формулам (13.1) или (13.2) относительное изменение мощности:

13.3

Следовательно, величина относительного изменения мощности равна увеличенному в 1,02 раза частному от деления относительного изменения напора Н_пч/Н₀на относительное изменение кпд h_пч/h₀минус единица. Если при расчёте учитывать не обобщённый кпд преобразователя частоты 0,98, а фактический для известного типа, то в формуле (13.3) следует заменить коэффициент 1,02 на действительную величину 1/ h_преобр.

Фактический напор Н₀ измеряется при обследованиях, а после установки ПЧ принимается равным требуемому технологическим процессом с учётом давления на входе механизма, т.е. Н_пч= Н_треб.

Кпд механизма с нерегулируемым приводом можно вычислить по формулам (13.1), (13.2). При сложностях с измерением расхода можно воспользоваться заводскими характеристиками, определяя по ним и измеренной мощности Р₀ расход G₀ и кпд h₀ (по характеристике насоса графически определять расход по напору не следует, так как получается очень большая погрешность).

При отсутствии характеристик приближённый расчёт расхода и кпд можно выполнить при аппроксимации характеристик напора и кпд квадратичными зависимостями. Для насоса, имеющего, как правило, наибольший напор при нулевом расходе:

13.4

13.5

где Н_G=0 напор при нулевом расходе. Значение Н_G=0 можно вычислить по известным значениям напора и расхода в каком-либо режиме, например, во время обследования Н_обсл, G_обсл

13.6

Из выражений (13.4), (13.5) следует:

13.7

13.8

При регулировании частоты вращения механизма кпд определяется расчетным расходом G_расч (рисунок 13.1 G₀₁, G₀₂), находящемся на пересечении заводской характеристики H(G)и параболы, проходящей через начало координат и точку G_пч, Н_пч

(13.9)

Приравниванием правые части выражений (13.4) и (13.9) получаем

	(13.10)
или	(13.13)

При известном G_пч =G₀ вычисляются G_расч/G_ном по (13.11), h_пч/h_ном – по (13.8) и конечный результат ΔР/Р₀– по (13.3).

Для газодувных машин (ГДМ) в отличие от насосов максимум напора приходится не на нулевой расход газа, а примерно на расход V_Hmax=(0,3 –0,5)V_ном. При этом аналитическая зависимость напора от расхода оказывается несколько более громоздкой:

(13.12)

где Н_max , V_Hmax , Н_ном , V_ном берутся из характеристик ГДМ, причём, точкой номинального режима следует считать приходящуюся на максимум кпд.

Соответственно вместо формул для насосов (13.10), (13.11) для ГДМ V_расч вычисляется по (13.13):

(13.13)

где а=(Н_ном –Н_max)/ (V_Hmax – V_ном)², b=Н_пч/ V_пч².

3. Если механизм имеет несколько характерных режимов, например, для сетевого насоса зимний и летний, то, соответственно, вычисляются относительные, затем и абсолютные изменения мощностей для каждого режима.

Снижение электропотребления за год от регулирования электропривода

(13.14)

где Т_i – продолжительность периода в часах и ∑Т_i=8760час.

Стоимость сэкономленной электроэнергии рассчитывается по установленным для потребителя тарифам.

4. Тогда годовая экономия в денежном выражении составит:

(13.15)

где – экономия в денежном выражении,

ΔЭ [кВт·ч] - снижение электропотребления за год от регулирования электропривода,

– тариф на электрическую энергию.

Пример расчёта

Необходимые данные:

Необходимо произвести оценку годовой экономии от внедрения мероприятия в натуральном и денежном выражении для ЦТП, на котором в системе ХВС установлены повысительные насосытипа К 100-65-200 с электродвигателями мощностью 30кВт.

Характеристики насоса:

Мощность электродвигателя P_ном=30 кВт.

Подача насоса G_нас = 100 м³/ч.

Напор Н_нас = 50 м.

Кпд насоса h_нас=0,69.

Ток электродвигателя I_ном = 55,7 А, cos φ=0,91, кпд h_дв=0,90.

Самый высокий дом в микрорайоне – 16-ти этажный, схема ГВС - циркуляционная.

Одноставочный тариф на момент обследования Т=4,177 руб/кВт·ч.

Показатели, которые необходимо получить после проведения инструментального обследования:

Расход воды G₀=G_пч = 50 м³/ч,

Давление на входе насоса Н_вх= 20 м,

- на выходе – 75 м,

- давление после подогревателя ГВС – 73 м,

Ток электродвигателя I= 29 А,

Напряжение на двигателе U=380 В.

В работе 1 насос.

По току и напряжению электродвигателя с допущением постоянных и равных номинальным величинах кпд и cos φ получаем его мощность

Р=1,73·I·U·cos φ=1,73·29·0.38·0,91=17,4 кВт,

или

Р=(I/I_ном)·(U/U_ном)·Р_ном/ ή_дв=(29/55,7)·1·30/0.9=17,4 кВт.

Требуемый напор насоса равен

Н_треб=3·n_эт + ΔН_{внеш сети}+ΔН_стояка+ ΔН_{т/о ГВС} +Н_своб - Н_вх=

=3·16+2+6+(75 - 73)·1,62+3-20=44 м.

Таким образом, для дальнейших расчётов имеем

Н₀=75-20=55 м;

G₀=G_пч=50 м³/ч;

Н_пч=Н_треб=44м; Р₀=17,4 кВт,

По преобразованной формуле (13.8) ή₀=2,72·50·55·10^-3/(17,4·0,9)=0,48.

Расчет:

Определим напор при нулевом расходе по формуле (13.6):

Н_G=0=(55 – 50·(50/100)²)/(1 – (50/100)²)=56,67м.

Отношение расчетного расхода к номинальному по формуле (13.11):

Отношение кпд по формуле (8):

h_пч/h_ном=1– (0,557–1)²=0,804,

т.е. h_пч=0,804·0,69=0,555 – на 16% выше исходного (0,48).

Относительное изменение мощности по формуле (13.3):

ΔР/Р₀= (Р_пч – Р₀)/Р₀ =1,02·(44/55)/(0,555/0,48) – 1=–0,294

Уменьшение средней потребляемой мощности:

ΔР=0,294 ·17,4=5,12 кВт.

Насосы ХВС (холодного водоснабжения) работают непрерывно и годовое снижение электропотребления по (13.14):

ΔЭ=5,12·8760=44,85 тыс.кВт·час.

Тогда годовая экономия в денежном выражении составит: