氣化沉降槽底流泵節(jié)能改造

顏景鑾

［新能鳳凰（滕州）能源有限公司，山東滕州 277527］

德士古氣化沉降槽的作用是收集真空閃蒸處理后的黑水。黑水含固量約為1%，經(jīng)澄清槽沉降細(xì)渣，最終沉降物為含固量約20%的渣水，從沉降槽底部排出，澄清槽底部的細(xì)渣漿經(jīng)底流泵抽出，通過(guò)管道運(yùn)輸，送往過(guò)濾機(jī)給料槽，經(jīng)由過(guò)濾機(jī)給料泵加壓后送至真空過(guò)濾機(jī)脫水，渣餅外送。底流泵的穩(wěn)定運(yùn)行，決定著氣化系統(tǒng)渣水的可靠排出，影響著整個(gè)氣化系統(tǒng)生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 現(xiàn)狀及改造原因

我公司氣化渣水沉降槽底流泵共兩臺(tái)，型號(hào)GLZ60－400，功率22kW，流量為40m3／h，揚(yáng)程43m，轉(zhuǎn)速1 450r／min。配置電機(jī)型號(hào)為YB2－180L－4，功率22kW，額定電流43.1A，轉(zhuǎn)速740r／min，功率因素0.85。底流泵控制方式為現(xiàn)場(chǎng)操作柱控制開(kāi)、停車，閥門開(kāi)度由現(xiàn)場(chǎng)操作工手動(dòng)操作控制，單臺(tái)底流泵設(shè)計(jì)為滿足雙爐負(fù)荷運(yùn)行。

由于開(kāi)車以來(lái)一直是單爐運(yùn)行，流量控制較小，一般為15m3／h左右，致使泵出口閥長(zhǎng)期處于小開(kāi)度狀態(tài)，節(jié)流損失嚴(yán)重，能耗大，實(shí)際揚(yáng)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)揚(yáng)程。泵內(nèi)顆粒介質(zhì)循環(huán)量較大，介質(zhì)顆粒硬，泵內(nèi)件磨蝕嚴(yán)重，泵軸向力不平衡，葉輪鎖緊螺栓經(jīng)常斷裂，并且由于泵腔內(nèi)流速高，軸向推力大，泵內(nèi)件磨蝕嚴(yán)重，閥體幾乎每周都會(huì)磨穿，設(shè)備經(jīng)常性故障維修。由于設(shè)備的選擇都是按最大負(fù)荷情況來(lái)選型，在實(shí)際運(yùn)行中設(shè)備留有很大的裕量，利用出口閥門開(kāi)度大小來(lái)控制黑水流量和管網(wǎng)壓力，造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率較低，電能浪費(fèi)大。黑水到處溢流，污染了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，不能有效避免事故的擴(kuò)大，故而威脅著生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為解決上述問(wèn)題，降低節(jié)流損失，根據(jù)工藝需求，實(shí)現(xiàn)任意調(diào)節(jié)流量，減輕現(xiàn)場(chǎng)操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，保障今后雙爐運(yùn)行時(shí)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷輸出，經(jīng)論證，決定對(duì)氣化沉降槽底流泵電氣部分進(jìn)行節(jié)能改造。

2 改造方案

2.1 改造模擬驗(yàn)證

在氣化303變電所內(nèi)改造安裝兩套額定容量為22kW的變頻調(diào)速系統(tǒng)，與現(xiàn)場(chǎng)底流泵及電機(jī)相匹配，流量控制由原來(lái)的節(jié)流控制改為變頻調(diào)速控制。

根據(jù)工藝現(xiàn)狀和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)氣化配電室以及底流泵設(shè)備原回路安裝配置情況逐一核對(duì)，從變頻設(shè)備安裝位置的安全可靠性、電氣元器件選型與配置的合理性以及每一處二次回路增減的必要性都進(jìn)行認(rèn)真分析，制訂出改造方案，繪制改造施工圖紙。改造之前，聯(lián)系工藝，在不影響渣水穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，先單獨(dú)用一臺(tái)22kW變頻器連接到底流泵的熱備用回路上，用變頻器的面板控制和操作，在氣化配電室進(jìn)行實(shí)際帶負(fù)荷開(kāi)、停車及調(diào)速試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，變頻器安裝在配電室內(nèi)，變頻器產(chǎn)生的高次諧波不會(huì)對(duì)周圍正在運(yùn)行的生產(chǎn)設(shè)備及整個(gè)氣化系統(tǒng)造成干擾，同時(shí)變頻器與現(xiàn)場(chǎng)沉降槽底流泵電機(jī)的遠(yuǎn)距離設(shè)置不影響沉降槽底流泵模擬量與控制量信號(hào)的傳輸與調(diào)節(jié)。

2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)組成及工作原理

傳動(dòng)系統(tǒng)電氣部分主要由1臺(tái)變頻器柜（內(nèi)置2臺(tái)ABB ACS510－01－046A－4變頻器）、2臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)就地控制操作柱（改造）和2臺(tái)4極22kW鼠籠式三相異步電機(jī)組成。對(duì)底流泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度的控制改造后，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，手動(dòng)調(diào)速由人工通過(guò)配電室內(nèi)變頻器面板的操作完成；自動(dòng)調(diào)速由DCS控制室操作人員通過(guò)對(duì)渣水整體工藝指標(biāo)的監(jiān)控，給定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)命令，通過(guò)4～20mA模擬信號(hào)完成。操作工發(fā)出啟動(dòng)指令，變頻器由0Hz開(kāi)始加速，通過(guò)后臺(tái)調(diào)速后，轉(zhuǎn)速達(dá)到符合工藝要求的速度運(yùn)行。底流泵設(shè)備的開(kāi)、停車操作，也能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)就地和DCS中控室遠(yuǎn)程控制操作。考慮到沉降槽底流泵控制的安全性問(wèn)題，采用電纜一對(duì)一信號(hào)傳輸控制，正向運(yùn)行信號(hào)連接到變頻器的DI1輸入點(diǎn)，完成變頻器的啟動(dòng)、停車控制。

2.3 變頻器的選型

當(dāng)前，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)主要為矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）。DTC交流調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比矢量控制快得多的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，DTC動(dòng)態(tài)控制精度比矢量控制精度高出五個(gè)數(shù)量級(jí)，即便在低速運(yùn)行、電網(wǎng)供電質(zhì)量不好、波形發(fā)生畸變時(shí)，DTC仍然能保持較高的控制精度。目前，市面上各種品牌的變頻器控制方式多數(shù)采用矢量控制，而ABB變頻器采用獨(dú)特的直接轉(zhuǎn)矩方式控制，因此我們?cè)诟脑熘羞x用電壓等級(jí)為400V的ABB ACS800系列ACS510－01－046A－4型變頻器。該變頻器具有以下功能：采用DTC，可以設(shè)定不同的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這樣可以滿足沉降槽底流泵無(wú)論是單臺(tái)氣化爐運(yùn)行或者雙氣化爐運(yùn)行都能順利啟動(dòng)和控制。在開(kāi)環(huán)和閉環(huán)時(shí)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間均小于5ms，速度的靜態(tài)精度可以達(dá)到0.01%，動(dòng)態(tài)精度可以到0.1%，其力矩階躍上升時(shí)間小于5ms，比FVC控制方式至少少一半，動(dòng)態(tài)控制精度比FVC高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，即ACS510－01－046A－4變頻器完全能滿足底流泵工藝控制的要求。

3 傳動(dòng)配置與驗(yàn)證

3.1 主要設(shè)備一覽表（表1）

表1 主要設(shè)備一覽表

3.2 配電柜改造

對(duì)兩臺(tái)煤漿槽底流泵，在保障氣化渣水系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下逐臺(tái)改造，聯(lián)系工藝，一臺(tái)監(jiān)控運(yùn)行，一臺(tái)實(shí)施改造。按照改造方案，制作配電柜槽鋼基礎(chǔ)，安裝變頻器配電柜，在柜內(nèi)配置ACS510－01－046A－4變頻器和隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、控制開(kāi)關(guān)、電流互感器、繼電器等電器元件。優(yōu)化原配電柜配置，拆除原回路的靜態(tài)中間繼電器KA1～KA7、接觸器、低壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器，在原配電柜上實(shí)現(xiàn)主、控回路的電纜跨接。依據(jù)改造圖紙對(duì)變頻器柜內(nèi)繼電器及現(xiàn)場(chǎng)操作柱開(kāi)停車按鈕、指示燈、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、電流表等重新配線。

3.3 變頻器接線

正確連接變頻器主回路和控制回路的電纜線非常重要。如果主回路和控制回路接線錯(cuò)誤，可能不能完成所設(shè)計(jì)的工作，甚至燒毀變頻器。尤其是主回路，對(duì)主回路電源輸入端（U1、V1、W1）和主回路輸出端（U2、V2、W2）要非常慎重，必須確認(rèn)，不能接錯(cuò)。主回路輸入端（U1、V1、W1）用于接受從原沉降槽底流泵配電柜回路引入的電源進(jìn)線，為三相交流電源；主回路輸出端（U2、V2、W2）用于輸出沉降槽底流泵現(xiàn)場(chǎng)三相交流異步電動(dòng)機(jī)接線盒的信號(hào)，通過(guò)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)底流泵設(shè)備；接地端，PE為接地標(biāo)記，用于變頻器外殼與大地的連接。

變頻器控制回路接線相對(duì)簡(jiǎn)單，按照改造圖紙正確接線即可。變頻器控制回路至現(xiàn)場(chǎng)操作箱的控制線包括VREF＋、AI1＋GDN，是來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)電位器的模擬輸入信號(hào)，DI1、＋24V、DI12、DI14為來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)或DCS啟動(dòng)／停機(jī)的模擬量輸入信號(hào)。當(dāng)＋24V和DI12打開(kāi)，相應(yīng)位置是EXT1，控制方式是“手動(dòng)”，DI1、＋24V、DI12為來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟動(dòng)／停機(jī)的模擬量輸入信號(hào)。當(dāng)關(guān)閉＋24V和DI12，控制方式是“自動(dòng)”，相應(yīng)位置是EXT2，DI1、＋24V、DI14為來(lái)自DCS自動(dòng)啟動(dòng)／停機(jī)的模擬量輸入信號(hào)。控制方式可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的控制面板上手動(dòng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。變頻器至DCS控制室的模擬信號(hào)包括調(diào)速信號(hào)、電流信號(hào)、速度信號(hào)。

3.4 變頻器的檢查、調(diào)試

核對(duì)接線是否正確，尤其注意主回路端子的接線要正確，檢查確認(rèn)變頻器電源輸入端子經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)接到電源上；檢查各端子間和各暴露的帶電部分有無(wú)短路和接地現(xiàn)象；確認(rèn)端子連接、插接式連接器和螺釘?shù)染o固無(wú)松動(dòng)；確認(rèn)各操作開(kāi)關(guān)均處于斷開(kāi)位置，保證電源投入時(shí)變頻器不會(huì)啟動(dòng)或發(fā)生異常動(dòng)作；確認(rèn)電機(jī)未接入。檢查確認(rèn)變頻器銘牌標(biāo)簽的電壓、頻率等級(jí)是否與電網(wǎng)吻合。無(wú)誤后送電，依據(jù)底流泵本體、底流泵電機(jī)數(shù)據(jù)以及變頻器說(shuō)明書，結(jié)合實(shí)際狀況，制訂變頻器參數(shù)表，設(shè)置參數(shù)，具體參數(shù)如表2。

然后再次通電，在氣化低壓配電室用變頻器面板操作，將運(yùn)行變頻器頻率升至50Hz，測(cè)試變頻器輸出端U、V、W三相輸出電壓平衡；測(cè)試完畢，變頻器風(fēng)扇停止工作，斷電后觀察控制盤液晶顯示器數(shù)秒鐘后完全無(wú)顯示。繼而連接電機(jī)接線，聯(lián)系工藝對(duì)沉降槽底流泵進(jìn)行正常開(kāi)停車操作和就地、遠(yuǎn)控調(diào)速操作，設(shè)備帶負(fù)荷運(yùn)行試驗(yàn)。

表2 ABB變頻器參數(shù)

4 考核描述

4.1 考核依據(jù)

（1）《沉降槽底流泵改造項(xiàng)目申報(bào)表》

（2）2011年8月～2011年10月運(yùn)行數(shù)據(jù)

4.2 考核說(shuō)明

考核時(shí)間為2011年8月8日9時(shí)～2011年10月11日9時(shí)。采集改造后數(shù)據(jù)，與2011年8月以前未改造數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，核算節(jié)電率及經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 考核數(shù)據(jù)

（1）電機(jī)功率

節(jié)電率＝（改造前電機(jī)功率－改造后電機(jī)功率）／改造前電機(jī)功率×100%

（2）考核數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果（表3）

表3 考核數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果

5 考核結(jié)果

5.1 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

將2011年10月11日9點(diǎn)～10月14日9點(diǎn)的考核數(shù)據(jù)與2011年8月前的裝置進(jìn)線功率進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出年節(jié)電效益。

8月份以前進(jìn)線平均功率為21kW，12月份進(jìn)線平均功率為8.61kW。變頻改造后比改造前進(jìn)線功率下降12.39kW，年運(yùn)行時(shí)間按7 200h計(jì)算，則年可節(jié)電8.92×104kW·h。按外購(gòu)電價(jià)0.59元／（kW·h）計(jì)算，則年節(jié)電效益5.26萬(wàn)元。

5.2 環(huán)保和安全評(píng)價(jià)

由于轉(zhuǎn)速的降低，泵運(yùn)行周期大大提高，備件材料消耗減少。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)速任意調(diào)節(jié)流量，控制壓濾機(jī)負(fù)荷，滿足工藝要求，避免現(xiàn)場(chǎng)黑水溢流污染環(huán)境，操作環(huán)境得以改善；由于沉降槽底流泵出口壓力和流量的降低，管道振動(dòng)和漏點(diǎn)明顯減少，也由于沉降槽底流泵的出口壓力降低、轉(zhuǎn)速降低，葉輪泵蓋和機(jī)封的運(yùn)行周期延長(zhǎng)。通過(guò)改造可實(shí)現(xiàn)沉降槽底流泵的遠(yuǎn)傳控制，操作方便，裝置的安全性得以保障，同時(shí)減輕了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)量。

6 結(jié) 語(yǔ)

（1）通過(guò)節(jié)能改造，達(dá)到了節(jié)電的目標(biāo)，節(jié)電率達(dá)59.01%，降低了電耗，年節(jié)電創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益5.26萬(wàn)元，節(jié)約材料備件23.4萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

（2）泵出口壓力從1.2MPa降低到0.2MPa，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行，保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，濾餅產(chǎn)出穩(wěn)定，灰水濁度穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速來(lái)任意調(diào)節(jié)流量，控制壓濾機(jī)負(fù)荷，滿足工藝要求。底流泵流量從50m3／h到5m3／h遠(yuǎn)程任意調(diào)節(jié)，操作方便，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境得到有效改善，對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)、減小工作強(qiáng)度，優(yōu)化灰水處理效果起到很好的推動(dòng)作用。提高了設(shè)備整體的運(yùn)行效率，而且一直到現(xiàn)在都穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。