劉杰，李強(qiáng)，李賀昌

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

引言

風(fēng)機(jī)、水泵是在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的設(shè)備，電能消耗大，在冶金企業(yè)中達(dá)40%，但風(fēng)機(jī)、水泵實(shí)際運(yùn)行的效率普遍不高。究其原因，首先是風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載設(shè)計(jì)裕度偏高，普遍存在大馬拉小車現(xiàn)象，工作負(fù)荷遠(yuǎn)離額定負(fù)荷；其次是風(fēng)機(jī)水泵絕大數(shù)仍是以檔板和閥門作為流量調(diào)節(jié)手段，節(jié)流能量損失較大。某鋼鐵企業(yè)通過工況優(yōu)化和技術(shù)改造，在風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能工作中取得了顯著效益。

1 工況優(yōu)化

對于節(jié)能降耗，從管理上要效益是成本最低、見效最快的方式。為此，公司能源部牽頭各生產(chǎn)部門，對100 kW以上工頻運(yùn)行風(fēng)機(jī)水泵設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)摸底，并開展了風(fēng)機(jī)水泵工況優(yōu)化工作，在滿足生產(chǎn)需求的前提下，摸索功率下降的潛力。

目前主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：（1）減少風(fēng)門開度。風(fēng)機(jī)設(shè)備，主要是除塵風(fēng)機(jī)，為了確保環(huán)保達(dá)標(biāo)，風(fēng)機(jī)閥門經(jīng)常運(yùn)行在全開或接近全開狀態(tài)，通過能源和環(huán)保專業(yè)溝通協(xié)調(diào)，在滿足環(huán)保要求的前提下減小閥門開度，以節(jié)約用電；（2）降低供水壓力。通過公輔與主產(chǎn)線協(xié)作進(jìn)行工藝摸索，適當(dāng)降低供水壓力，減少水泵出力，節(jié)電效果比較明顯；（3）提高泵（風(fēng)機(jī)）組效率。成組運(yùn)行時(shí)，例如供水泵組，液壓泵組等，電機(jī)運(yùn)行效率低的可以進(jìn)行優(yōu)化，減少運(yùn)行臺(tái)數(shù)，確保效率達(dá)到70%以上；成對運(yùn)行的風(fēng)機(jī)還可以通過增加連通管道的方式減少運(yùn)行臺(tái)數(shù)，提高效率；如果說降低泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)是減法的話，通過逆向思維，還可以通過增加電機(jī)有效功率輸出的方式來節(jié)約電能，例如熱軋平流池提升泵運(yùn)行3 臺(tái)，存在一定的勢能裕量。通過改造上塔管路，充分利用過剩水壓，將一臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)電機(jī)改為水輪驅(qū)動(dòng)，每月節(jié)約用電成本4萬余元。

2 水泵節(jié)能改造實(shí)踐

水泵的效率等于泵的有效功率（指流體所獲得的機(jī)械能的功率）與軸功率之比值。從圖1 所示的泵效率-流量關(guān)系上看出，隨著流量的增加，泵的效率隨之上升達(dá)到最大值，此后隨流量再增大時(shí)效率下降，說明離心泵在一定轉(zhuǎn)速下有一最高效率點(diǎn)，通常稱為設(shè)計(jì)點(diǎn)，一般離心泵銘牌標(biāo)注的參數(shù)即為泵效率點(diǎn)最高的參數(shù)。泵在與最高效率對應(yīng)的流量揚(yáng)程下工作最為經(jīng)濟(jì)，離心泵往往不可能正好在最佳工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此一般規(guī)定一定范圍，稱為泵的高效區(qū)（不低于最高效率點(diǎn)的10%左右)，屬于效率較高的區(qū)段。

圖1 水泵性能和效率曲線

由于選型不合理、工藝調(diào)整以及自身磨損等原因，實(shí)際工況遠(yuǎn)離最佳工況點(diǎn)運(yùn)行，不但效率下降，同時(shí)加快了軸承、密封等零部件的磨損，降低了設(shè)備的使用壽命。通過與專業(yè)水泵節(jié)能公司合作，以循環(huán)水泵站作試點(diǎn)，對水泵的運(yùn)行工況（包括壓力，流量，功率等）進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測收集，包括最大負(fù)荷、正常負(fù)荷及最小負(fù)荷情況下的工況，并與額定壓力，流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，選取了一批具有節(jié)能潛力的水泵。按照“合理流量、最低阻抗、最高效率”的循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則定制高效節(jié)能泵，替換目前處于不利工況、低效率運(yùn)行的水泵或葉輪，恢復(fù)到設(shè)備與流體輸送相匹配的最佳工況點(diǎn)，降低無效能耗，提高輸送效率，達(dá)到最佳的節(jié)能效果，與傳統(tǒng)水泵相比，其節(jié)能率可達(dá)30%～70%。

水泵節(jié)能改造是在滿足工藝要求和不影響系統(tǒng)正常經(jīng)濟(jì)運(yùn)行前提下，通過提高水泵效率，保證母管壓力和母管流量不變來實(shí)現(xiàn)節(jié)能，改造過程中原配套電機(jī)仍繼續(xù)使用，不予更換，采取逐臺(tái)改造的方式，只需關(guān)閉要改造水泵的進(jìn)出口閥門，無須系統(tǒng)停水，不影響生產(chǎn)。通過實(shí)施節(jié)能泵改造，平均節(jié)電率約30%，年節(jié)約用電成本數(shù)百萬元。

3 利用節(jié)能調(diào)速技術(shù)

調(diào)速也是泵和風(fēng)機(jī)節(jié)能的重要途徑，特別適用于負(fù)荷隨生產(chǎn)工況需要連續(xù)變化的場合。常見的調(diào)速方式有變頻調(diào)速、液力耦合器以及永磁調(diào)速，其調(diào)速方式特性對比如表1所示。

綜合分析，液力耦合器雖然價(jià)格便宜，但由于技術(shù)落后，效率較低，已逐漸被市場淘汰；永磁調(diào)速由于低速時(shí)節(jié)能效果差、改造場地受限等原因也較少采用。變頻調(diào)速技術(shù)比較成熟，同時(shí)應(yīng)用廣泛，公司泵和風(fēng)機(jī)改造選用變頻調(diào)速方式。目前已選定了一批工況調(diào)節(jié)頻繁、節(jié)能潛力大的改造項(xiàng)目，逐步實(shí)施變頻改造。

同時(shí)，在新建產(chǎn)線中，重視變頻技術(shù)的應(yīng)用，例如冷卻塔至少配置一臺(tái)變頻風(fēng)機(jī)，根據(jù)溫度首先調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；除塵風(fēng)機(jī)一般采用變頻驅(qū)動(dòng)，根據(jù)工藝生產(chǎn)節(jié)奏和環(huán)保情況調(diào)節(jié)風(fēng)量等等。對于現(xiàn)有的變頻風(fēng)機(jī)和水泵，確保其功能正常，充分利用變頻功能進(jìn)行壓力流量調(diào)整，禁止通過管道閥門調(diào)節(jié)；同時(shí)管道閥門須處于全開狀態(tài)，避免產(chǎn)生壓力損失。

4 結(jié)束語

綜上所述，在冶金企業(yè)中，風(fēng)機(jī)水泵節(jié)能具有很大潛力。在節(jié)能過程中，首先是在滿足工藝要求的情況下對運(yùn)行工況進(jìn)行調(diào)整，這種途徑費(fèi)用低，見效快，但需要把握好與生產(chǎn)的平衡，并注意將措施固化；其次是設(shè)備改造，但費(fèi)用高，周期長，需要根據(jù)工藝要求選擇合適的改造方案，并考慮資金、技術(shù)、回收周期等因素，有計(jì)劃、有重點(diǎn)地開展。