顏志婷

(湖南漣鋼工程技術(shù)有限公司，湖南 婁底 417000)

7#高爐渣處理?；┧米冾l改造研究

顏志婷

(湖南漣鋼工程技術(shù)有限公司，湖南 婁底 417000)

本文針對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)在水泵調(diào)速節(jié)能方面的應(yīng)用做了相應(yīng)介紹。對(duì)7#高爐2條渣處理線的2臺(tái)?；┧眠M(jìn)行變頻改造設(shè)計(jì)，解決了渣處理線補(bǔ)水量過(guò)大的問(wèn)題，以達(dá)到節(jié)能的目的。

7#高爐渣處理線；變頻調(diào)速；?；┧?；流量；節(jié)能改造

目前，水泵在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品加工制造領(lǐng)域中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，行業(yè)涉及電力、鋼鐵冶金、煤炭、石油化工、供水、污水處理等，是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最多的設(shè)備之一?？傃b機(jī)容量大，年耗電量大，為能源消耗大戶。但總體來(lái)說(shuō)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能源利用率卻比較低。

在水泵設(shè)計(jì)選型時(shí)，一般都是根據(jù)最高日最高時(shí)最不利點(diǎn)參數(shù)選定電機(jī)的型號(hào)。為滿足生產(chǎn)可靠性的基本要求，水泵電機(jī)的配用電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要流出裕量。但這種處理方式只適用于水泵電動(dòng)機(jī)處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，一旦處于非高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，則多余的力矩會(huì)出現(xiàn)有效功率的消耗。結(jié)果是水泵的無(wú)功功率浪費(fèi)嚴(yán)重，導(dǎo)致線路損耗和設(shè)備發(fā)熱程度加重，電網(wǎng)功率因數(shù)降低，設(shè)備使用效率低下，系統(tǒng)的安全性和可靠性變差。電機(jī)的功耗增大，設(shè)備維護(hù)成本高，造成能源的巨大浪費(fèi)。而隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，節(jié)能降耗已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段之一。

1 分析與研究

改變供水泵水流量的方法主要有兩種：一是確保水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速處于恒定狀態(tài)，而后調(diào)節(jié)入口或出口擋板、閥門(mén)的開(kāi)啟角度來(lái)調(diào)節(jié)和控制輸出流量，這也是工藝上傳統(tǒng)的調(diào)速方式。水泵電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在沒(méi)有調(diào)速的情況下，要求改變流量時(shí)，只能通過(guò)機(jī)械調(diào)整擋板、閥門(mén)開(kāi)啟角度的方式。雖然此時(shí)流量下降了，但泵出口壓力升高，大量的能量消耗在擋板、閥門(mén)的截流過(guò)程中，功率下降并不明顯。近似成為恒功率負(fù)載，造成電源利用率低，耗電量增大且其電能消耗以及擋板、閥門(mén)的維護(hù)、維修成本也是一筆不小的生產(chǎn)成本開(kāi)支。另一種改變水流量的方法是入口或出口的擋板、閥門(mén)的開(kāi)啟角度恒定，調(diào)節(jié)水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。目前行業(yè)內(nèi)廣泛采用變頻器來(lái)進(jìn)行調(diào)速，以滿足不同運(yùn)行工況的要求。

變頻器屬于一種電能控制裝置，基本原理是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用對(duì)工頻電源進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。常見(jiàn)的變頻器組成單元有7個(gè)部分，具體包括：制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元、微處理單元、整流、濾波、再次整流。為準(zhǔn)確求得變頻器調(diào)速的具體原理，得出關(guān)系式見(jiàn)公式(1)：

n=60f(1-S)/P

(1)

在公式(1)中，n代表轉(zhuǎn)速；f為輸入頻率；S為電機(jī)轉(zhuǎn)差率；P為電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。由公式(1)可知，頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，實(shí)際輸出功率越大。頻率越低，電機(jī)轉(zhuǎn)速越慢，實(shí)際輸出功率越小，因此，變頻器也被稱為節(jié)能器，目前在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。為達(dá)到節(jié)能的效果，變頻器需要依據(jù)實(shí)際使用過(guò)程的具體負(fù)載情況做出電機(jī)速度的調(diào)整，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)輸出功率來(lái)達(dá)到負(fù)載所需。運(yùn)用變頻器的調(diào)速技術(shù)能夠有效控制水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到流量與轉(zhuǎn)速之間的均衡，有效控制水流量。既提高了機(jī)組效率，同時(shí)也減少損耗，達(dá)到節(jié)能的效果。對(duì)于水泵類(lèi)負(fù)載情況的關(guān)系見(jiàn)公式(2)-(4)：

Q1=Q2(n1/n2)

(2)

H1=H2(n1/n2)2

(3)

N1=N2(n1/n2)3

(4)

公式(2)-(4)中，n代表電機(jī)轉(zhuǎn)速；Q代表流量；H為揚(yáng)程；N表示泵的軸功率。根據(jù)以上公式可以發(fā)現(xiàn)，供水泵流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，供水泵揚(yáng)程與電機(jī)轉(zhuǎn)速平方成正比，供水泵的軸輸出功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。從比例關(guān)系的情況分析可看出，電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)對(duì)節(jié)能的效用顯著。

對(duì)于水泵負(fù)載而言，采用變頻調(diào)速改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法可行性較高，與傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥門(mén)的方式相比，優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，能夠最大限度滿足系統(tǒng)的工藝要求。其二，節(jié)能效果更好?；诖?，采用變頻器對(duì)水泵類(lèi)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速是一項(xiàng)十分先進(jìn)的調(diào)速、節(jié)能方案。

2 改造情況及效果

2.1 改造情況

煉鐵廠7#高爐1#渣處理、2#渣處理兩條渣處理線現(xiàn)各有3臺(tái)(共6臺(tái))?；┧?。每條渣處理線的3臺(tái)?；┧玫倪\(yùn)行方式為2用1備。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，每條渣處理線僅開(kāi)啟1臺(tái)?；┧眠\(yùn)行時(shí)其補(bǔ)水量不能滿足生產(chǎn)需求，但同時(shí)開(kāi)啟2臺(tái)?；┧眠\(yùn)行時(shí)則其補(bǔ)水量超過(guò)生產(chǎn)需求，造成能源的浪費(fèi)。?；┧弥饕獏?shù)見(jiàn)表1。

表1 ?；┧弥饕獏?shù)表Tab.1 Main parameters table of granulated water pump

變頻電機(jī)由于要承受高頻磁場(chǎng)，所以其絕緣等級(jí)要比普通電機(jī)高，原則上普通電機(jī)是不能用變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)的。但在實(shí)際使用中，為了節(jié)約資金，在很多需要調(diào)速的場(chǎng)合都用普通電機(jī)代替變頻電機(jī)。在調(diào)速精度不高的水泵的節(jié)能改造中經(jīng)常這樣做。

在此次改造中擬將7#高爐1#渣處理、2#渣處理相對(duì)應(yīng)的3臺(tái)?；┧弥械?#粒化供水泵改造成變頻控制調(diào)速，以達(dá)到滿足生產(chǎn)需求及節(jié)能的目的。此次改造是將普通電機(jī)改造為變頻控制，但為了最大限度上滿足運(yùn)行安全的要求，要求對(duì)電動(dòng)機(jī)安裝獨(dú)立的冷卻風(fēng)機(jī)，避免出現(xiàn)散熱不足的問(wèn)題。因此將改造?；秒姍C(jī)的原有風(fēng)機(jī)拆除，改裝成適合變頻電機(jī)的風(fēng)機(jī)，與變頻器連鎖運(yùn)行，改善電機(jī)的散熱問(wèn)題。

此次設(shè)計(jì)電機(jī)電源來(lái)自各自對(duì)應(yīng)的渣處理配電室，配電室無(wú)須考慮電源增容。因原有?；┧玫牡蛪号潆姽癯叽绮荒軡M足設(shè)計(jì)使用要求，此次設(shè)計(jì)粒化供水泵電源均在原有渣處理配電室低壓側(cè)引出后，在相對(duì)應(yīng)的渣處理配電室預(yù)留配電柜位置各設(shè)1面低壓變頻柜。此次改造設(shè)計(jì)，電纜依舊采用2(YJV-0.6/1.0KV 3×185+1×90)敷設(shè)。電纜敷設(shè)方式與之前相同，采用沿電纜溝、橋架及穿鋼管暗敷的敷設(shè)方式，敷設(shè)路徑與之前相同。其相應(yīng)的運(yùn)行信號(hào)及控制信號(hào)在原有PLC系統(tǒng)上調(diào)整，并更改相應(yīng)控制程序，將相對(duì)應(yīng)的?；┧迷诳刂剖业娘@示畫(huà)面進(jìn)行修改，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

2.2 改造效果

目前單臺(tái)電機(jī)電流為310 A左右，實(shí)施變頻后電流平均值可控為220 A左右。目前7#高爐渣處理由2條渣處理線組成，實(shí)施2臺(tái)(每條渣處理線1臺(tái))?；┧秒姍C(jī)變頻改造后，1年電費(fèi)可節(jié)約26.4萬(wàn)元 ，水費(fèi)節(jié)約約16萬(wàn)元，獲得了預(yù)期的效益。

3 結(jié)語(yǔ)

近幾年來(lái)，變頻調(diào)速在水泵中的應(yīng)用發(fā)展很快，其節(jié)能效果也很明顯。但影響變頻調(diào)速節(jié)能效果的因素有很多，在變頻調(diào)速改造中須對(duì)其影響因素綜合考慮，以取得預(yù)期的節(jié)能效益。

[1] 袁望浪.水泵變頻調(diào)速應(yīng)用的節(jié)能分析[J].變頻器世界，2009，(02):57-58.

[2] 譚勁，陳元莉.影響水泵變頻調(diào)速節(jié)能效果的因素探討[J].中國(guó)給水排水， 2007，(10)：62-63.

[3] 沈亞輝.水泵變頻調(diào)速在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)給水排水，2006，(02):48-49.

[4] 戴文進(jìn)，徐龍權(quán)，張景明.電機(jī)學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2008.

Frequency conversion reconstruction of granulated water pump for 7# blast furnace slag

YAN Zhi-ting

(Hunan Liangang Engineering Technology Co., Ltd., Loudi 417000, China)

This paper introduces the application of variable frequency speed regulation technology in water pump speed regulation and energy saving. The design of frequency conversion modification of 2 granulating water supply pumps for 2 slag treatment lines of 7# blast furnace was carried out to solve the problem of excessive water supply in slag treatment line, so as to achieve the purpose of energy saving.

7# blast furnace slag; Frequency control; Granulated water pump; Flow; Energy-saving reconstruction

TM921.51

： A

： 1674-8646(2017)16-0042-02

2017-05-20

顏志婷(1985-)，女，工學(xué)學(xué)士，助理工程師。