城市供水企业节能技术创新的 实践与成效

一、企业概况
　  本溪市自来水有限责任公司始建于1912年，成立于1956年，是以自来水生产、供应、销售为主营业务的国有中型企业。公司注册资本5400万元。总公司取水能力41万吨/日，净化能力40.5万吨/日，污水处理能力22.5万吨/日。
　  总公司现有水源地2座，净水厂6座，污水处理厂1座，二次加压泵站87座，供水管网总长度650多公里，承担市区、牛心台、卧龙、南芬、石桥子、北台等地区居民和企事业单位的供水服务任务。
　  公司现有职工总数2277人，其中在岗职工1095人。截止2010年底，公司资产总额4.9亿元,负债总额4.4亿元。 2010年销售收入完成10519万元，污水处理费完成2250万元，实际上缴税金876.8万元，净利润较国资委制定的2010年度经营目标，实现减亏282万元。
　  二、选题背景及依据
　  （一）供水企业消耗电能大，节能降耗尤为重要。
　  公司紧紧围绕生产和营收工作，深入学习实践科学发展观，以突出实践为特色，依靠先进的技术和科学的管理，积极推进技术创新。大力推进管理，探索新的节能技术。供水企业所消耗的电能主要在电控设备及水泵机组的运行方面，通过采用变频调速技术及无填料密封技术、环氧树脂喷涂技术等新技术、新工艺的应用，对原有落后的生产工业、耗能设备进行更新改造，节约了大量能源。
　  （二）生产工艺落后、供水管网陈旧、机器设备耗能大、技术创新进步势在必行。
　  企业紧紧围绕攻克“产销差率高，电耗高，成本高，收费难”的中心问题不断投入大量资金改造供水管网和供水设备设施，并对全市二次加压供水系统进行了全面接收。在普及城市供水服务的同时。确立了“提高生产力水平，节能降耗”的工作思路，大力推进技术创新，采用新技术、新工艺、新设备、新方法，对原有落后的生产工艺、耗能设备进行更新改造，节约了大量的能耗。
　  （三）推进节能降耗是实现企业可持续发展的必然，技术进步是节能降耗的主要手段。
　  本溪市自来水有限责任公司为传统的供水企业，以地表水为主水源。整个供水区域高差大，山区地形复杂，耗能基本是加压所用电耗。
　  本溪市作为国家的重点老工业基地，目前自来水供水管网长度650多公里，其中多数为30、50和60年代铺设的管网，管网漏失比较严重。解决这些问题，不仅是节约城市水、电资源，响应国家的环境政策，履行我们的社会责任；而且对于提高城市供水服务水平，节能环保，保障供水水质安全等也具有重要意义。
　  三、实施步骤与措施
　  综上，本溪市自来水有限责任公司以节能减排为重点，以采用节电新技术为手段，以变频技术应用为核心，全面推进技术创新。
　  （一）变频新技术应用于输水泵站变频调速改造工程
　  1.改造前技术状况
　  本溪市水源为太子河上游牛心台段地表水，经过老官水厂泵站加压，通过2条DN1400mm钢管送水至沿边水厂沉砂池，初步净化后经沿边水厂泵站加压至本溪市区的3个主要净水厂，进一步进行净化处理。处理后的水重力输送到主干管网。工艺流程如下图：
　  
　  本溪溪市自来水有限责任公司为传统的供水企业，以地表水为主水源，整个供水区域高差大，山区地形复杂，耗能基本是加压所用电耗。目前有一次、二次加压水泵176台，平均每年耗电量3223万KWh。
　  老官水厂泵站目前有10.5 kv，400KW水泵机组6台；沿边水厂泵站电机电压为6kv，560KW水泵机组2台，630KW水泵机组 2台， 450KW水泵机组2台，355KW水泵机组6台，分为3个系统进行加压。
　  水泵机组运行参数表如下：
　  序
　  号 水泵站 电压/
　  额定功率 电机
　  轴功率 额定
　  扬程 实际
　  电流 出口
　  扬程
　  1 老官水厂 10kV/400kW 310kW 32m 22A 13m
　  2 老官水厂 10kV/400kW 310kW 32m 22A 13m
　  3 沿边水厂大峪供水系统 6kV/560kW 445kW 73m 57A 64m
　  4 沿边水厂大峪供水系统 6kV/560kW 445kW 73m 57A 64m
　  5 沿边水厂明山供水系统 6kV/630kW 542kW 83m 67A 80m
　  6 沿边水厂明山供水系统 6kV/630kW 542kW 83m 67A 80m
　  7 沿边水厂紫金供水系统 6kV/450kW 398kW 76m 40A 65m
　  8 沿边水厂紫金供水系统 6kV/450kW 398kW 76m 40A 65m
　  老官水厂和沿边水厂泵站均采用定速电机，每日用户所需要的水量在不同时间段是不断变化的，并且由于沉砂池及净水厂清水池容积由于建设占地等原因可有效调节容量较小，就出现了供需矛盾。目前实际运行是通过调节阀门开度或者频繁启、停水泵来实现水量调节的。阀门开度减小时，管网阻力随之加大，根据水泵流量特性曲线，能降低水泵输出水量。启、停水泵调节就是利用沉砂池和清水池的容积，当沉砂池和清水池液位过高，就停转水泵，当池子液位过低，就启动水泵。这种调节方式都是极大的能源浪费，并且频繁启动水泵对设备冲击大，会使电网产生强烈的波动，严重影响了水泵机组的使用寿命。
　  2.对新技术的应用及效果测算
　  变频调速技术系统如下所示：
　  
　  变频调速技术以其优异的调速和制动性能、高效率、高功率因数、节能效果显著和广泛的适用范围，而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。在我国供水行业也得到广泛的应用。
　  近几年公司利用变频技术改造电控设备及水泵机组80多台套，2010年公司又对老官水厂泵站的400KW水泵机组进行变频改造，并预计对沿边水厂泵站的大峪供水系统、明山供水系统、紫金供水系统560kw、630kw、450kw水泵机组分别进行改造，节能效果显著。
　  （1）老官水厂泵站10kv水泵节能估算：
　  实测水泵满载运行时轴功率100%。转数为50%时，轴功
　  率为12.5%。变频器效率96%；电机实测轴功率为310kW。水泵设备轴功率为（310÷400）×100% = 0.77，考虑到并联水泵的部分损耗水泵电机效率为0.7。
　  1）改造前电机工频年耗电量：
　  310×8600×0.7 = 1866200kWh
　  2）改造后2套电机采用变频器年耗电量：
　  310×8600×2×0.125×0.7×0.96 = 447888kWh。
　  3）设备改造后年节电量：
　  1866200-447888=1418312（KWh）
　  4)年节电费用：1418312×0.52=737522.24元
　  （2）沿边水厂大峪供水系统6kV水泵节能估算
　  依据离心式或轴流式泵类设备的出口压力与流量的二次方、轴功率与流量的三次方轴功率近似成正比的相似定理，可用下式测算节电率：
　  Δrhm≈[1－（Pc/Pn）3/2]×100%－r% （1-1）
　  Pc ——泵类设备的平均出口平均扬程（m）；
　  Pn ——泵类设备的额定出口额定扬程（m）
　  r ——变频器自身损耗一般为4%
　  功率公式：
　  P= ×U（电压）×I（电流）×cosφ（功率因数） （2-2）
　  通过运行参数表知道电机轴功率445kW，额定功率为560kW,出口扬程64m,额定扬程73m。实际运行电流为57A。年运行时间8600小时。通过轴功率可算出电机效率为（445÷560）×100% = 0.79，考虑到并联水泵的部分损耗水泵电机效率为0.72。
　  1）根据公式（1-1）可知节电率为：
　  Δrhm≈[1－（64/73）3/2]×100%－4% = 14%
　  2）则实际工频运行时功率为：
　  P=1.732×6×57×0.72=426.4（KW）
　  3）2台变频工作年可节电量为：
　  2×426.4×8600×14%=1026771KWh
　  4）每年可节约电费为1026771×0.52=533921.02元
　  （3）沿边水厂明山供水系统6kV水泵节能估算：
　  明山泵站的节能计算方法与大峪泵站相同，所以下面直接对数据进行计算。
　  通过运行参数表知道电机轴功率542kW，额定功率为630kW,出口扬程80m,额定扬程83m。实际运行电流为67A。年运行时间8600小时。通过轴功率可算出电机效率为（542÷630）×100% = 0.86，考虑到并联水泵的部分损耗水泵电机效率为0.79。
　  1）根据公式（2-2）可计算出变频后节电率：
　  Δrhm≈[1－（80/83）3/2]×100%－4% = 5%
　  2）则工频运行时实际功率为：
　  P=1.732×6×67×0.79=550kW
　  3) 2台变频工作年可节电量为：
　  2×550×8600×5%=473000KWh
　  4) 每年可节约电费为473000×0.52=245960元
　  （4）沿边水厂紫金供水系统6kV水泵节能估算：
　  通过运行参数表知道电机轴功率398kW，额定功率为450kW,出口扬程65m,额定扬程76m。实际运行电流为40A。年运行时间8600小时。通过轴功率可算出电机效率为（398÷450）×100% = 0.88，考虑到并联水泵的部分损耗水泵电机效率为0.81。
　  1）根据公式（2-2）可计算出变频后节电率：
　  Δrhm≈[1－（65/76）3/2]×100%－4% = 16%
　  2) 则工频运行时实际功率为：
　  P=1.732×6×40×0.81=336.7kW
　  3) 2台变频工作年可节电量为：
　  2×336.7×8600×16%=926598.4KWh
　  4) 每年可节约电费为926598.4×0.52=481831.17元
　  综上所述，系统改造后，变频运行代替原有工频运行。通过变频调速电动机软启动、软制动功能，进行无极调速，通过改变电机转速，来调节水泵水量，同时能节约大量能源，年可节电量共3844681.4KWh，年可节约电费：1999234.33元。
　  （二）采用新设备对市区供水管网的改造
　  溪湖处所属柳塘地区由河西路DN400管供水，所带区域为太平、矿建、矿里、青石沟、小河沟、平改平等，由于旧房屋 拆迁，现共有用户1200户。由一条DN300管经大堡泵站加压送水至用户，为时间水地区，由于用户位置较高，大堡泵站加压到柳塘泵站，再次加压后送至高区。2008年下半年，柳塘大部分地区拆迁改造，如继续用原方式供水，势必造成新开发区域均由我公司进行加压，造成大量能源浪费，加重能耗负担。且大堡泵站、柳塘泵站设备均为老旧设备，未动迁区域管网漏失大，如果由我公司为新开发住宅加压，必须由时间水改为长流水，漏水总量也进一步增加。
　  根据上述原因，我公司对柳塘地区进行改造，具体如下：
　  1.设备改造。取消了大堡泵站、柳塘泵站，重力供水至柳塘百货附近城乡开发新建1#泵房，实测管路余压为12米，在青石沟及太平沟口分别设置地下泵箱，为青石沟及太平低区加压供水。在城乡开发新建泵房内设置2套水泵，为矿建、小河沟供水，矿里、平改平、太平高区由城乡开发新建2#泵站供水。
　  2.管路改造。利用原有柳塘路上DN300管为该地区供水，如日后水量不够，可考虑将河西路上DN300管继续延伸至城乡开发新建1#泵房。在新建1#泵站前将去往柳塘的DN300管切断，分别与水泵进、出水管路连接，废除至柳塘泵站的分支管路，直接与矿建供水管路连接；小河沟分支管延伸至1#泵站门前，与加压管路连接；太平高区、矿里、平改平原有管路与城乡开发2#泵站出水管路连接，废除柳塘泵站部分出水管路；大堡泵站内进出水管进行连接，超越水泵，减少水损失。
　  对溪湖处柳塘地区的改造，全年可节省电费14667元/月*12月=176000（元）
　  （三）采用新方法，进行供水系统优化重组，实现取水、净化、配水全过程和管网压力的在线监测。
　  1.对沿边水厂的输水管路改造
　  老官水厂送水至沿边泵站，一部分水直接进入泵站加压至各净水厂，一部分进入6000立方米沉砂池。若DN1400输水管为非满流状态，充满水，充分利用管内的容积，可在用电峰段减少老官水泵运行台时，节约电量。经过查找DN1400输水管竣工图纸，超过沿边水厂沉砂池进水管管底标高的DN1400管路长度为3689（米）*2=7378米，可用容积为7378（米）*3.14*1.481.4/4=11352立方米。现有沉砂池容积为6000立方米，多出5352立方米的调蓄水量，因此，老官水厂可在高峰时段减少运行6#水泵1.5小时，每天有2个高峰段，共可减少运转水泵3小时，减少台时可改在平时段运转，每月可节约电费差价4173元。
　  年节约电费：90小时*12月*175KW*0.265元/千瓦时=5万元
　  2.紫金、大峪水厂源水系统调整运行方式
　  目前大峪水厂及紫金水厂配水量较低，经过对两个水厂用电峰段8月21日-25日（7:30-11:00、17:00-22:00）实际出厂水量的测算，数据表明，大峪水厂目前清水池容积为18000立方米，在用电峰段最大出厂水量为9965立方米，紫金水厂清水池容积为9000立方米，峰段最大出厂水量为6090立方米，两个水厂的清水池容积完全可满足出厂水量要求，因此决定在7：30-11:30,17:00-22:00期间停转大峪3#泵站一台355KW水泵早晚各4个小时，避开峰时，将明山和紫金的输水管路用DN200管连接，明山转一台小泵保持管路压力，把一部分源水加压到紫金，让管路始终保持满管使压力均衡，达到避峰用平的节电效果。
【上一篇：】钢芯耐热铝合金绞线技术创新
【下一篇：】中国加大扶植“低碳产业” 促进经济结构调整