节能可行性方案.docx
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节能可行性方案
目录
1.本案概述1
1.1.本案工程名称1
1.2.本案交付方式1
1.3.本案的总体思路1
2.本案目标系统组成2
2.1.用电设备勘察:
2
2.2.节能空间分析:
2
3.设计方案和节能原理3
3.1.冷冻冷却泵的节能3
3.1.1.基本设计方案:
3
3.1.2.节能的理论根据3
3.2.循环水泵的节能5
3.3.空压机的节能:
5
3.3.1.基本设计方案:
5
3.3.2.节能的理论根据5
3.3.3.自控软件流程设计6
4.节能技术和设备的应用特点6
4.1.节能一体柜组成6
4.2节能一体柜节能控制策略:
6
4.2.1.模糊PID闭环自控。
6
4.2.2.双重节能效果7
4.2.3.故障处理7
4.2.4.安全可靠性7
4.2.5.总体设计原则(优越性)8
5.节能效益预估和分析9
1.本案概述
本方案遵照客户需求,借助甲方工艺的精通以及节能工程领域的经验,我司为本工程提出了此优化用电系统节能解决方案。
力求以最小的投资,获取最完善的功能、最良好的稳定性和节能率,实现最佳的投资回收效益,为客户提供详细的楼宇能源综合管理的解决方案,以利于客户在能源综合管理方面的投资决策,同时也有利于客户营造绿色和环保的形象。
本套控制方案采用我们自主研发品牌,售后服务、维护方便。
1.1.本案工程名称
南京龙翔液体化工储运码头用电设备节能工程
1.2.本案交付方式
TurnKey(交钥匙工程)
1.3.本案的总体思路
*一般来说,冷冻冷却水泵及制冷机在设计时是为满足最大负荷要求而设计的,并留有一定的安全裕量。
而在大部分时间里实际需要的供冷是不需要那么多的,由于在设计时水泵在运行时是全速满负荷运行,而实际上末端并不需要这么多的冷量,这就造成了很大的能量浪费。
同时,制冷机组的制冷效率较低。
鉴于此,我们设计的电气控制系统是供其所需—即制冷区域需要多少冷能量,通过PID计算、闭环控制,我们就供应多少能量。
这样就大大减少了能量浪费,节约电能也对水泵的磨损减少了很多。
*本案的循环水泵,实际相当于上述冷冻泵,机理相同相同。
*螺杆空压机的节能方式是:
针对3台空压机电机实施变频闭环自控调速,根据工作需求气压,按需提供,实现节能目的。
2.本案目标系统组成
2.1.用电设备勘察:
聚丙烯项目用电设备清单及功能状态
序号
设备名称
额定功率
数量
工作时间和状态
其他
1
冷冻泵
30kw
2
1用1备”常年不间断运行
防爆电机
2
冷却泵
15kw
2
1用1备”常年不间断运行
防爆电机
3
螺杆空压机
110kw
2
“1用1备”常年不间断运行
无需全部运行气量充裕
4
循环水泵
37kw
3
“2用1备”常年不间断运行
防爆电机
2.2.节能空间分析:
针对现场勘查分析,许多设备电机工作状态为间歇运行,功率较大但总耗电量不大,如果进行节能投入,成本相比于节约,经济效益不划算。
而上表内4部分设备电机是长期运行的。
这些设备都具有可观的节能空间。
我们可以分别分析其节能方式和方案。
3.设计方案和节能原理
3.1.冷冻冷却泵的节能
3.1.1.基本设计方案:
具体控制方案如下图:
●两套冷冻冷却泵分别用两套节能设备“1托2”设计并切换控制。
;
●闭环控制方式如上图示意,出回水温度差值为PID常规闭环控制,冷却水泵可以满足实际生产需要。
3.1.2.节能的理论根据
节能空间来自冷冻冷却循环水泵在设计和运行过程中必需存在的冗余
实际设计时冷冻冷却泵系统供水能力总要比实际要大,在满足需求量情况下还要留有一定的冗裕量。
而在实际运行中,真正需要最大冷却能力的情况只有很少的一段时间,其它时间都是在不需要那么大量的水量和电量,因此耗费大量电能。
正如上面分析,对冷冻冷却水泵电机着手节能,效果显著。
从上述模拟图可以看出,水泵≥90%负荷下运行的时间只占约10%左右,50%~90%之间负荷下运行的时间占约81%左右,其余占9%。
也就是说明,水泵在近满负荷下和<50%流量的小负荷下运作的累计时间很短。
水泵节能空间必定是非常巨大的。
根据物理和数学推导,电机学有如下公认的公式:
其中:
n表示速度;Q表示流量;H表示扬程;Ps表示输出功率
从H-Q曲线可以看出,变流量Q0-Q1控制时,变频功率输出(O-HC-C-Q1面积)比阀门调节方式输出(O-HB-B-Q1的面积)要小得多,所以通过变频方式调速完全可以实现水泵的节能,而且通过离心机相似性公式可以看出,其输出功率比与频率比的三次方成正比。
也就是若冷冻冷却泵流量减少20%,则转速和频率都减少20%,则功率减少一半。
通过以上分析可以得出结论:
对冷冻冷却循环水泵热负荷采取变流量控制,使冷冻冷却系统在正常工作的同时能始终保持最大的热效率;对变频器运行频率采用现代智能PID模糊控制技术,根据目标冷却温度及冷机最佳出回水温度差值,反馈控制水泵电机转速。
实践证明,该方法既能满足现场制冷冷却系统的正常稳定运行,消除系统设计冗余和无谓的管路损耗等,又能获得节能效益的最大化。
在许多节能改造的实例中,许多节能项目的节能率都达到了50%以上,效益非常可观。
3.1.3.自控软件流程设计
制冷系统以冷冻水形式给环境提供冷能量。
冷水循环水通过热交换器变成低温冷水送到室内热交换器,把室内的热量带走变成温度高的冷水回水。
冷水回水通过冷水泵再送到冷机内,转变成温度低的冷冻水再到需冷环境的热交换器中去。
当出回水温度差值高时,说明需要的冷量就多,那么冷冻水就应该供应的多,那么水泵就应该高速运行。
当温度差值减小时,说明需要的冷量少,冷机效率低,那么冷冻水供应的就应该减少,那么就该降低泵运行速度。
我们根据这个原理,通过PID采集出回水温度差值,通过计算、推理、负荷跟踪来决定水泵应该供应的冷水水量。
由于我们通过变频来控制冷水的供应量,那么变频器的频率降低时就会导致冷水泵出水压力低。
对于最末端需要的流量要求反映在压力上。
为保证最末端的流量要求,那么就需要知道末端压力。
按照冷水管道上最末端压力表数值调整最低频率就可以解决这个问题了。
这样,在降低变频器频率时以末端压力保证为前提,来设置变频器最低运行频率。
冷却泵可同样方式实现节能。
3.2.循环水泵的节能
制冷机为风冷制冷模块,本案的循环水泵相当于上述冷冻泵,机理完全相同。
由于循环水泵为“2用1备”方式运行,因此必须采用3套“1对1”的节能系统
3.3.空压机的节能:
3.3.1.基本设计方案:
具体控制方案如下图:
●其中两台空压机用1套节能设备,另1台不节能控制作为备用;
●闭环控制方式如上图示意,储气罐压力信号为PID常规闭环控制,可以满足实际生产需要。
3.3.2.节能的理论根据
节能空间来自空压机在设计和运行过程中必需存在的冗余
实际设计时空压机供气能力总要比生产需求要大,在满足需求量情况下还要留有一定的冗裕量。
同时,生产用气量时刻有着很大的变化,按照最低压力需求,进行恒压供气是最常规最实用的节能方式。
3.3.3.自控软件流程设计
以空压机加载启动压力为设定值,恒压控制空压机电机转速,当气罐压力低于设定值或下降趋势大于PID运算设定,空压机电机将迅速提升转速,将气管压力尽快趋近设定值。
当气罐压力高于设定值或上升降趋势大于PID运算设定,空压机电机将迅速下降转速,同样将气罐压力尽快趋近设定值。
经过较短时间的自整定,空压机及气罐内压力可趋近平衡在原空压机加载启动压力附近。
节约压力高出部分的能量损失(能量=压力差×流量)。
如果进入卸载时间段,空压机电机空转,电机达到最低转速,更可大幅度降低耗电量。
4.节能技术和设备的应用特点
*双重节能功效(调速节能和负载跟踪节能技术);
*控制一体柜形式,避免“箱套箱”,控制柜体积大大小于常规变频控制柜,同时涵盖旁路控制和显示操作功能。
散热性能大大优化;
*安装维护简便:
产品已经标准化,集成工作已经在现场以外完成,现场只需简单的安装、配线,并结合客户需求调试,同时结构简单,界面清晰,可以减少日常维护工作强度,同时操作也更加简单。
4.1.节能一体柜组成
控制柜配置如下:
IGBT变频调速节能单元
负载跟踪节能单元
温度传感一次仪表部分
PID计算二次仪表部分
故障市电旁通系统
配电一体柜
4.2节能一体柜节能控制策略:
4.2.1.模糊PID闭环自制。
模糊PID具备传统PID控制稳定性高、容易调节的优点,同时响应速度比传统PID更快。
当控制参数偏离设计参数一定数值时,系统会自动识别并加速消除控制偏差值,只有偏差值进入设定范围时才进行传统PID控制;PID自整定可以动态跟踪温差波动情况,可从动态(设定值变化或扰动)和稳态(设定值固定)两个方面来评价系统调节品质,通过PID参数自整定,能够满足大多数的系统。
不同的系统由于惯性不同,自整定时间有所不同。
智能PID的调节主要依据系统冷热负荷量,在没有安装流量计的情况下也可以利用供回水温差进行换算
Q=C×M×⊿T
(1)
M=F×S×ρ
(2)
其中Q:
负荷量;C:
水比热值;M:
通过的水重量;⊿T:
供回水温差;
S:
水管截面积;ρ:
水的密度
4.2.2.双重节能效果
电机设备如果出现“大马拉小车”的情况下,“负载跟踪”节能技术行之有效
根据上图分析:
风机水泵等二次方律负载设备,在低速运行时,负荷急剧下降,“大马拉小车”现象骤现。
同时采用“调速节能”与“负载跟踪”两项节能技术,就可以达到双重节能效果。
因此,我们在变频节能的基础上达到更高的节能效率,同时也解决了电机长时间调速运转的磁饱和发热现象,电机和水泵的寿命大幅度延长。
4.2.3.故障处理
设置故障旁通系统,保证水泵系统不间断运行
4.2.4.安全可靠性
*节能技术应用中,变频技术和元器件与德国艾默生完全兼容,负载跟踪技术和元器件完全与英国POWERBOSS兼容;
*设备全部配备故障手/自动旁通系统,收纳90%以上的故障原因信号,及时旁通,真正可以做到“不停机运行”,生产连续性得到切实保障;
*仪表和零部件都是工业级产品,经久耐用,在条件比较差的工业环境也能稳定运行;
*设计寿命10万小时,质保期2年,终身维修;
*售后巡检培训机制完善:
投入生产后1个月内全面巡检,之后每半年巡检一次;验收及每次巡检时,乙方负责培训操作人员。
4.2.5.总体设计原则(优越性)
1)高可靠性、稳定性、安全性
本项目在设计时的首要原则是解决方案的可靠性、稳定性和安全性,在软件和硬件方面都特别加强了这方面的考虑:
控制器选用稳定性和可靠性最高的工业级PLC为控制核心,确保可靠;
主要电气元件基本采用国际国内著名品牌,确保安全;
线路布局合理,强弱电分开走线,加强抗干扰能力;
加装谐波治理设备,减少对动力设备的谐波干扰和对电动机的损害;
设备布局合理,强制排风,保障空气流通;
加强物理屏蔽和接地措施,确保电磁干扰减到合理范围有效防止触电;
具备过电流、低电流、过电压、欠电压、过热、过负载等保护功能;
2)产品性价比高,投资回收快
我司的解决方案具备较高的性价比。
一般情况下,对水泵实施节能,水泵节能率可以达致30%--60%(根据原空调设计、使用等状况不同,节能柜节能原理的不同,水泵节能效果的差异会比较大),并同时能改善冷机的制冷效率,减少末端虚耗,这样节能综合效益是可观的,一般情况下,水泵节能投资回收期一般在1年左右。
3)设计人性化、操作简易化
我司的解决方案是具备客制化的特点,可以为客户度身订制,并吸收借鉴我们以往在中央空调水泵节能方面的经验,根据客户的现场设备设施、场地情况、设备使用情况、节能管理措施等,进行节能产品设计,争取想客户所想,用最合宜的、有限的投资,取得最好的综合效益。
我们使用了简化的、人性化的设计。
4)扩展灵活
我们的设备具备RS485通讯接口,可以方便的向上扩展接入到上位机,同时我们也可以根据客户需求,扩展它附加功能,包括扩展到计费、防火、防灾、短信报警等功能。
由于通讯协议是开放的,即便外部设备对我们的设备进行监控也很简单进能接入通讯系统,远程监控也容易实现。
5)安装维护简便
我们的产品已经标准化,大多工作已经在现场以外完成,现场只需简单的安装、配线和简单的调试即可,同时结构简单,人机界面友好,可以减少日常维护工作强度。
在设备使用上,不采用易于损坏的按钮而以触摸屏代替,减少设备维护,同时操作也更加简单。
PID仪表都是工业级产品,经久耐用,在条件比较差的工业环境也能稳定运行。
6)客户无后顾之忧
我司拥有众多经验丰富训练有素的工程师和完善的客户服务管理体系,快捷周到的服务,保障客户售后无忧。
5.节能效益预估和分析
根据已知生产条件,拟设想节能投入后效果的数据分析评估如下表:
节能效果的数据分析
序号
1
2
3
4
合计
项目
冷冻循环泵
冷却循环泵
冷冻循环泵
空压机
原始
节能
原始
节能
原始
节能
原始
节能
额定功率(kw)
30
15
37
110
平均运行功率(kw)
30
17
15
7.5
37
21
80
60
预估值
运行天数/年
180
180
365
365
运行小时/天
24
24
24
24
使用台数
1
1
1.5
1
总台数
2
2
3
2
耗电量预估(kwh/年)
129600
73440
64800
32400
486180
275940
700800
525600
节电量预估(kwh/年)
56160
32400
210240
175200
474000
节电费预估(元/年)
¥48,859
¥28,188
¥182,909
¥152,424
¥412,380
根据上述分析,可以得出:
通过对上述用电系统进行节能改造,年节约电量将近47万度以上,节能效果显著。
工程投资约为万元,小到数月的投资回报周期。
北京德明恒信科技有限公司
2012-4
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