天鐵水電廠水泵節(jié)能改造方案

車艷華1，趙明新2

（1.天津天鐵冶金集團(tuán)水電廠，2.天津天鐵冶金集團(tuán)機(jī)動(dòng)處，河北邯鄲 056404）

1 概述

近幾年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源消耗急劇增加，加速了能源的枯竭，節(jié)能降耗已經(jīng)刻不容緩。政府也對(duì)節(jié)能工作極為重視，先后出臺(tái)了一系列的政策和措施，促進(jìn)節(jié)能工作的發(fā)展。節(jié)能降耗不僅是響應(yīng)國家的號(hào)召，還能夠降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)于一個(gè)企業(yè)的發(fā)展有著不容忽視的作用。

2 系統(tǒng)解析

水電廠熱軋區(qū)改造的動(dòng)力設(shè)備系統(tǒng)主要有加熱爐凈環(huán)冷卻水系統(tǒng)、結(jié)晶器凈環(huán)冷卻水系統(tǒng)，和設(shè)備間接冷卻循環(huán)水系統(tǒng)和層流冷卻濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)、輥道濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)和二次噴淋濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)備配置詳見表1。

3 改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)備選型和設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際使用情況，本著節(jié)約、實(shí)用、有效和科學(xué)的原則，安裝的節(jié)能裝置詳見表2。

3.2 控制描述

3.2.1 加熱爐凈環(huán)冷卻水系統(tǒng)

針對(duì)系統(tǒng)配置5 臺(tái)45 kW 加熱爐供水泵，使用方式為2 用3 備。安裝1 套2 臺(tái)LDJ-GN-0.4kV-45智能化節(jié)能裝置，控制2 臺(tái)45 kW 水泵同頻節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可切換控制1 臺(tái)備用的45 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

針對(duì)系統(tǒng)配置5 臺(tái)355 kW 凈環(huán)供水泵，使用方式為2 用3 備。安裝1 套2 臺(tái)LDJ-GN-10kV-355智能化節(jié)能裝置，控制2 臺(tái)355 kW 水泵同頻節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可切換控制1 臺(tái)備用的355 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

3.2.2 設(shè)備間接凈環(huán)冷卻水系統(tǒng)

針對(duì)系統(tǒng)配置2 臺(tái)710 kW 設(shè)備間接供水泵，使用方式為1 用1 備。安裝1 套1 臺(tái)LDJ-GN-10kV-710 智能化節(jié)能裝置，控制1 臺(tái)710 kW 水泵

節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可切換控制1 臺(tái)備用的710 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

表1 系統(tǒng)設(shè)備配置

表2 各系統(tǒng)節(jié)能裝置設(shè)計(jì)選型及數(shù)量一覽表

針對(duì)系統(tǒng)配置3 臺(tái)45 kW 液壓冷卻供水泵，使用方式為2 用1 備。安裝1 套2 臺(tái)LDJ-GN-0.4kV-45 智能化節(jié)能裝置，控制2 臺(tái)45 kW 水泵同頻節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可切換控制1 臺(tái)備用的45 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

3.2.3 層流冷卻濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)

針對(duì)系統(tǒng)配置3 臺(tái)160 kW 層流側(cè)噴泵，使用方式為1 用2 備。安裝1 套1 臺(tái)LDJ-GN-0.4kV-160 智能化節(jié)能裝置，控制1 臺(tái)160 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可切換控制1 臺(tái)備用的160 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

針對(duì)系統(tǒng)配置5 臺(tái)220 kW 層流旁濾泵，使用方式為2 用3 備。安裝1 套1 臺(tái)LDJ-GN-10kV-220智能化節(jié)能裝置，控制1 臺(tái)220 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可切換控制1 臺(tái)備用的220 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

3.2.4 輥道濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)

針對(duì)系統(tǒng)配置5 臺(tái)280 kW 低壓濁環(huán)泵，使用方式為2 用3 備。安裝1 套2 臺(tái)LDJ-GN-10kV-280智能化節(jié)能裝置，控制2 臺(tái)280 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可分別切換控制1 臺(tái)備用的280 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

針對(duì)系統(tǒng)配置6 臺(tái)800 kW 高壓濁環(huán)泵，使用方式為3 用3 備。安裝1 套2 臺(tái)LDJ-GN-10kV-800智能化節(jié)能裝置，控制2 臺(tái)800 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可分別切換控制1 臺(tái)備用的800 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

針對(duì)系統(tǒng)配置7 臺(tái)315 kW 旋流井提升泵，使用方式為4 用3 備。安裝1 套2 臺(tái)LDJ-GN-10kV-315 智能化節(jié)能裝置，控制2 臺(tái)315 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可分別切換控制1 臺(tái)備用的315 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

針對(duì)系統(tǒng)配置3 臺(tái)220 kW 沖氧化鐵皮泵，使用方式為1 用2 備。安裝1 套1 臺(tái)LDJ-GN-10kV-220 智能化節(jié)能裝置，控制1 臺(tái)220 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可分別切換控制1 臺(tái)備用的220 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

針對(duì)系統(tǒng)配置7 臺(tái)315 kW 濁環(huán)上塔泵，使用方式為4 用3 備。安裝1 套1 臺(tái)LDJ-GN-10kV-315智能化節(jié)能裝置，控制1 臺(tái)315 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可分別切換控制1 臺(tái)備用的315 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

3.2.5 二次噴淋濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)

針對(duì)系統(tǒng)配置6 臺(tái)315 kW 二次噴淋冷卻泵，使用方式為2 用4 備。安裝1 套2 臺(tái)LDJ-GN-10kV-315 智能化節(jié)能裝置，控制2 臺(tái)315 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可分別切換控制1 臺(tái)備用的315 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

針對(duì)系統(tǒng)配置5 臺(tái)75 kW 旋流井提升泵，使用方式為2 用3 備。安裝1 套2 臺(tái)LDJ-GN-0.4kV-75智能化節(jié)能裝置，控制2 臺(tái)75 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可分別切換控制1 臺(tái)備用的75 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

針對(duì)系統(tǒng)配置6 臺(tái)185 kW 沖氧化鐵皮泵，使用方式為3 用2 備，目前有1 臺(tái)已壞。安裝1 套2 臺(tái)LDJ-GN-10kV-185 智能化節(jié)能裝置，控制2 臺(tái)185 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可分別切換控制1 臺(tái)備用的185 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

針對(duì)系統(tǒng)配置6 臺(tái)45 kW 濁環(huán)上塔泵，使用方式為2 用4 備。安裝1 套1 臺(tái)LDJ-GN-0.4kV-45 智能化節(jié)能裝置，控制1 臺(tái)45 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)可切換控制1 臺(tái)備用的45 kW 水泵節(jié)能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)2 臺(tái)間互為備用。

4 控制技術(shù)解析

4.1 基本控制原理

實(shí)時(shí)采集冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的供水壓力、溫度、液位等參數(shù)，經(jīng)A/D 變換后送到智能控制器，經(jīng)PID運(yùn)算和模糊控制，計(jì)算出實(shí)際需求冷卻水量，智能調(diào)控冷卻供水泵、上塔泵的流量、壓力，使拖動(dòng)電機(jī)的輸出功率始終與系統(tǒng)的負(fù)荷變化相匹配，達(dá)到節(jié)電的目的。

4.2 同步跟隨技術(shù)

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)典型的負(fù)載可變系統(tǒng)，它受生產(chǎn)量、品種變化和季節(jié)、環(huán)境變化的直接影響，這就導(dǎo)致了冷卻水系統(tǒng)的負(fù)載特性曲線不斷變化。運(yùn)行曲線分析見圖1。

圖1 運(yùn)行曲線分析圖

LDJ 智能化控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)跟蹤負(fù)載的變化智能控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使拖動(dòng)電機(jī)的輸出功率跟隨負(fù)荷的變化同步輸出，實(shí)現(xiàn)“系統(tǒng)同步跟隨、功率按需輸出”，從而達(dá)到最佳的節(jié)能效果。

4.3 水平衡調(diào)節(jié)技術(shù)

通過對(duì)熱水池、旋流井液位的調(diào)控實(shí)現(xiàn)上塔泵、提升泵的智能動(dòng)態(tài)控制，當(dāng)前端水量增大，水池水位有上升趨勢(shì)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)加大上塔泵、提升泵流量使水池水位下降；而當(dāng)前端水量減少，水池水位有降低趨勢(shì)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)降低上塔泵、提升泵流量使水池水位上升，系統(tǒng)以此能維持水池水位的基本恒定，從而實(shí)現(xiàn)前端來多少水，上塔泵、提升泵輸送多少水，嚴(yán)格保證冷水池和熱水池的水量平衡。

4.4 軋機(jī)狀態(tài)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)

按低壓濁環(huán)供水泵系統(tǒng)的運(yùn)行特性。關(guān)閉回流閥，根據(jù)軋機(jī)工作和不工作時(shí)對(duì)冷卻水泵供水量要求的不同，通過軋機(jī)狀態(tài)開關(guān)量信號(hào)聯(lián)動(dòng)智能控制冷卻供水泵工作在兩種狀態(tài)。系統(tǒng)在改造后，在軋機(jī)軋鋼時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)提高冷卻水泵轉(zhuǎn)速，加大供水流量；在不軋鋼時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)降低冷卻水泵轉(zhuǎn)速，減小供水流量，最終實(shí)現(xiàn)冷卻水泵轉(zhuǎn)速與軋鋼和不軋鋼換軋輥、交接班、鋼坯不到位時(shí)對(duì)水量的不同需求保持一致，既滿足系統(tǒng)工藝要求，又節(jié)約電能。

同時(shí)通過實(shí)時(shí)檢測(cè)冷卻水出水溫度智能控制低壓濁環(huán)供水泵節(jié)能運(yùn)行。當(dāng)冷卻泵的出水溫度高于工藝?yán)鋮s需求值時(shí)，水泵自動(dòng)加速運(yùn)轉(zhuǎn)，提高水泵壓力，加大冷卻水的流量；當(dāng)冷卻泵的出水溫度低于工藝?yán)鋮s需求值時(shí)，水泵自動(dòng)減速運(yùn)轉(zhuǎn)，降低水泵壓力，減小冷卻水的流量。在保證設(shè)備安全和工藝標(biāo)準(zhǔn)控制的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能。

4.5 溫度控制下的壓力調(diào)節(jié)技術(shù)

根據(jù)濁環(huán)冷卻泵系統(tǒng)的運(yùn)行特性。通過實(shí)時(shí)檢測(cè)冷卻水出水溫度智能控制濁環(huán)冷卻泵節(jié)能運(yùn)行。當(dāng)冷卻泵的出水溫度高于工藝?yán)鋮s需求值時(shí)，水泵自動(dòng)加速運(yùn)轉(zhuǎn)，提高水泵壓力，加大冷卻水的流量；當(dāng)冷卻泵的出水溫度低于工藝?yán)鋮s需求值時(shí)，水泵自動(dòng)減速運(yùn)轉(zhuǎn)，降低水泵壓力，減小冷卻水的流量。水溫與壓力的關(guān)系如圖2。

圖2 水溫與壓力的曲線分析

在保證設(shè)備安全和工藝標(biāo)準(zhǔn)控制的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能。這個(gè)隨水溫變化的壓力、流量是一個(gè)全智能自動(dòng)控制過程，主要以兩組、四個(gè)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

4.6 壓力保障下的液位調(diào)節(jié)技術(shù)

根據(jù)旋流井提升泵系統(tǒng)的運(yùn)行特性?！皦毫ΡＵ稀笔鞘瓜到y(tǒng)維持一個(gè)能夠滿足工藝需求的下限壓力?！耙何徽{(diào)節(jié)”是通過實(shí)時(shí)采集旋流井液位信號(hào)智能控制提升泵節(jié)能運(yùn)行。當(dāng)前級(jí)水量增大，液位升高時(shí)，提升泵自動(dòng)加速運(yùn)轉(zhuǎn)，提高流量；當(dāng)前級(jí)水量減小，液位降低時(shí)，提升泵自動(dòng)減速運(yùn)轉(zhuǎn)，降低流量，維持液位基本恒定，實(shí)現(xiàn)旋流井的供水量和前端的排水量嚴(yán)格同步。在保證設(shè)備安全和水量平衡的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)能。

4.7 同頻控制技術(shù)

當(dāng)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)有多臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，LDJ 智能化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)水泵系統(tǒng)同頻節(jié)能運(yùn)行，使壓力均衡輸出，消除水泵不同頻率運(yùn)行產(chǎn)生的壓力損失和出口壓力不同造成的水泵系統(tǒng)內(nèi)部的相互損耗。

4.8 安全保障技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備和控制，充分考慮多個(gè)控制點(diǎn)操作的實(shí)用和便捷性，為防止設(shè)備運(yùn)行時(shí)的誤操作動(dòng)作，本系統(tǒng)的控制點(diǎn)包括機(jī)旁箱、節(jié)電裝置和控制室操作箱等三個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行互鎖控制。同時(shí)為了保證系統(tǒng)的正常使用，設(shè)有電氣互鎖的工頻/節(jié)能轉(zhuǎn)換裝置。當(dāng)變頻器因故障短時(shí)間內(nèi)不能恢復(fù)時(shí)，可方便快捷地切換為工頻狀態(tài)運(yùn)行。

5 節(jié)電量分析

5.1 電價(jià)與用電時(shí)間

電費(fèi)單價(jià):0.64 元/度;用電時(shí)間：按30 天/月，12月/年計(jì)算。

5.2 節(jié)電量計(jì)算

節(jié)電量計(jì)算見表3(見57 頁)。

5.3 效益

通過計(jì)算改造后節(jié)電率可達(dá)20%以上，折合電功率12325 kW，每年可節(jié)約電量1084.1 萬kWh，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為3902.8 t，年節(jié)約電費(fèi)約693.8 萬元。系統(tǒng)投資共計(jì)1583.7 萬元，需兩年多收回成本，以后每年節(jié)約近700 萬元。