王凱

摘 要：某鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐濁環(huán)水系統(tǒng)供水量大，電耗大，電能利用率低，為了進(jìn)一步降低運(yùn)行成本，進(jìn)行ASD永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速裝置改造，改造后運(yùn)行電流大幅下降，設(shè)備維修次數(shù)減少，大大降低了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐濁環(huán)水系統(tǒng)；ASD永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速裝置；運(yùn)行成本

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.197

1 產(chǎn)線工藝用水情況介紹

山鋼股份濟(jì)南分公司煉鋼廠轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)主要用水為轉(zhuǎn)爐煙氣除塵凈化回收設(shè)施一文、二文及除塵設(shè)備、風(fēng)機(jī)沖洗等設(shè)備用水，用水量1800m3/h。轉(zhuǎn)爐煙氣除塵一文、二文供水泵組水泵7臺，開5備2；除塵設(shè)備沖洗泵組水泵2臺，開1備1；冷卻塔冷卻熱水泵組水泵4臺，開2備2，用水處理后循環(huán)使用。該系統(tǒng)補(bǔ)充水量46m3/h，水的重復(fù)利用率95.4%。

2 運(yùn)行中出現(xiàn)的新問題及改造方法

2.1 運(yùn)行中出現(xiàn)的新問題

隨著市場對企業(yè)成本要求的不斷提高及節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展，進(jìn)一步降低水泵電耗，提高水泵供水效率，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本成為擺在鋼鐵企業(yè)面前的新課題。該濁環(huán)水系統(tǒng)供水量大，水泵電機(jī)運(yùn)行功率達(dá)到2158KW，電能利用率較低，成為制約企業(yè)降本增效的瓶頸。

2.2 改造方法

為了進(jìn)一步提高該系統(tǒng)的電能利用率，深挖節(jié)能空間，經(jīng)過多方咨詢和考察，決定對該濁環(huán)水系統(tǒng)水泵的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，加裝ASD永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速裝置，根據(jù)系統(tǒng)水量變化改變電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，從而使水泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度最大限度的溫和用戶水量變化，達(dá)到節(jié)約電耗的目的。

3 ASD永磁渦流柔性傳動(dòng)調(diào)速裝置介紹

3.1 節(jié)能原理

水泵系統(tǒng)未安裝任何調(diào)速裝置，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，為滿足工藝的要求需要調(diào)節(jié)閥門開度，這時(shí)水泵轉(zhuǎn)速保持不變（一般為額定轉(zhuǎn)速）。其實(shí)質(zhì)是改變管路特性曲線的方式來改變水泵的工況點(diǎn)。當(dāng)關(guān)小閥門時(shí)，管道局部阻力增加，水泵工況點(diǎn)轉(zhuǎn)移，相應(yīng)流量減少。以關(guān)小閥門來控制流量時(shí)，水泵本身的輸出能力不變，壓力特性不變，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變。但閥門調(diào)節(jié)是以消耗水泵的多余能量來維持一定的供給量，水泵的效率也將隨之下降，存在大量的能量損耗，經(jīng)濟(jì)上不合理。

而通過調(diào)速方式對水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，閥門開度保持不變（通常為最大開度），管路系統(tǒng)特性不變，而流量和壓力特性隨之改變。如圖1所示，A為水泵平衡工況點(diǎn)（也稱工作點(diǎn)），對應(yīng)效率ηa，欲減小流量，可將轉(zhuǎn)速降低，此時(shí)工況點(diǎn)為C，對應(yīng)效率ηC，水泵仍處于高效率區(qū)內(nèi)。如果采用閥門節(jié)流的方法來調(diào)節(jié)，則工況點(diǎn)為B，對應(yīng)效率為ηB，水泵的效率下降。由此可見，在所需流量小于額定量的情況下，調(diào)速時(shí)的壓力比閥門節(jié)流小，所以調(diào)速所需的軸功率也比閥門節(jié)流小，圖中的陰影部分表示的就是水泵調(diào)速所節(jié)約的功率。很顯然，與閥門節(jié)流相比，調(diào)速的節(jié)能效果很突出，水泵的工作效率更高。

3.2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）ASD永磁渦流柔性傳動(dòng)裝置是通過調(diào)節(jié)扭矩來實(shí)現(xiàn)速度控制，電機(jī)輸出到銅/鋁導(dǎo)體轉(zhuǎn)子的扭矩和永磁轉(zhuǎn)子輸出到負(fù)載的扭矩是相等的。這樣，可以根據(jù)負(fù)載實(shí)際運(yùn)行過程中扭矩的大小來調(diào)整電機(jī)輸出端扭矩。負(fù)載要求扭矩小，電機(jī)輸出扭矩小，相應(yīng)輸出功率也小。（2）當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，負(fù)載端的速度根據(jù)負(fù)載需要的扭矩，通過永磁渦流柔性傳動(dòng)裝置改變空氣間隙來調(diào)節(jié)（速度由空氣間隙的寬度決定），而負(fù)載需要的能量決定電機(jī)消耗的能量。 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，在全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，永磁渦流柔性傳動(dòng)裝置的工作效率能達(dá)到97%以上，而通過永磁渦流柔性傳動(dòng)裝置調(diào)速后的能耗則降低到原來能耗的75%～33%。（3）永磁渦流柔性傳動(dòng)裝置在某些調(diào)速范圍內(nèi)甚至比最高質(zhì)量的變頻器都要節(jié)能 （變頻器需計(jì)入散熱， 移除熱量所需高耗能）。同時(shí)，永磁渦流柔性傳動(dòng)裝置相對于其它調(diào)速裝置的優(yōu)點(diǎn)不僅限于節(jié)能，安裝永磁渦流柔性傳動(dòng)裝置之后，在對系統(tǒng)的總體評估中，總回報(bào)提高、節(jié)能效果、生產(chǎn)能力提高、設(shè)備壽命延長、維修率下降以及運(yùn)行負(fù)擔(dān)的減少等效果都很明顯。（4）80%以上的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備都是由于振動(dòng)而出現(xiàn)故障的，大多數(shù)的振動(dòng)都是因?yàn)檩S心偏移，另外是由于設(shè)備的不平衡和共振所造成，振動(dòng)會破壞密封圈的彈力，升高軸承和設(shè)備的溫度。永磁渦流柔性傳動(dòng)裝置技術(shù)提供了一種最好的解決振動(dòng)方法。永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)減振通過空氣間隙傳遞扭矩，而沒有直接的物理連接，所以無磨損，并能減少80%的系統(tǒng)振動(dòng)，最大限度的允許偏心，從而達(dá)到隔離振動(dòng)，緩解對電機(jī)、負(fù)載的機(jī)械損害，延長系統(tǒng)的整體生命周期。（5）由于電機(jī)和負(fù)載的軸端沒有直接的物理連接，振動(dòng)不會傳遞，對于沖擊型負(fù)載及有堵轉(zhuǎn)可能的過程中，具有通過滑差實(shí)現(xiàn)緩沖與自動(dòng)保護(hù)功能， 故障率大大減少。（6）永磁渦流柔性傳動(dòng)裝置不會受電網(wǎng)質(zhì)量的影響，只要有有效的能量使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁渦流柔性傳動(dòng)裝置就可以轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在電網(wǎng)質(zhì)量很差或者在低壓期間都可以工作。同時(shí)，永磁渦流柔性傳動(dòng)技術(shù)也不會影響設(shè)備的功率質(zhì)量，不會產(chǎn)生諧波，瞬時(shí)高壓或者其他與功率質(zhì)量有關(guān)的問題。

4 改造完成后效果

該濁環(huán)水系統(tǒng)改造完成后運(yùn)行半年有余，經(jīng)過電量測試對比和技術(shù)分析，該系統(tǒng)運(yùn)行電流下降了15%，年節(jié)約電耗可達(dá)204萬kWh，同時(shí)設(shè)備檢修次數(shù)大大減少，降低了水泵及電機(jī)的檢修成本，運(yùn)行總成本每年可節(jié)約150余萬元。

5 結(jié)語

此次改造在不改動(dòng)原有水處理工藝的情況下完成了對水泵的節(jié)能改造，大大降低了系統(tǒng)的運(yùn)行成本，為ASD永磁渦流柔性傳動(dòng)裝置在鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐濁環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了借鑒實(shí)例。

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