天鐵水電廠水泵節能改造方案

車艷華1，趙明新2

（1.天津天鐵冶金集團水電廠，2.天津天鐵冶金集團機動處，河北邯鄲 056404）

1 概述

近幾年來，隨著我國經濟的迅速發展，能源消耗急劇增加，加速了能源的枯竭，節能降耗已經刻不容緩。政府也對節能工作極為重視，先后出臺了一系列的政策和措施，促進節能工作的發展。節能降耗不僅是響應國家的號召，還能夠降低企業的生產成本，提高產品的市場競爭力，對于一個企業的發展有著不容忽視的作用。

2 系統解析

水電廠熱軋區改造的動力設備系統主要有加熱爐凈環冷卻水系統、結晶器凈環冷卻水系統，和設備間接冷卻循環水系統和層流冷卻濁環冷卻水系統、輥道濁環冷卻水系統和二次噴淋濁環冷卻水系統。系統設備配置詳見表1。

3 改造項目設計

3.1 設備選型和設計

根據實際使用情況，本著節約、實用、有效和科學的原則，安裝的節能裝置詳見表2。

3.2 控制描述

3.2.1 加熱爐凈環冷卻水系統

針對系統配置5 臺45 kW 加熱爐供水泵，使用方式為2 用3 備。安裝1 套2 臺LDJ-GN-0.4kV-45智能化節能裝置，控制2 臺45 kW 水泵同頻節能運行，同時可切換控制1 臺備用的45 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

針對系統配置5 臺355 kW 凈環供水泵，使用方式為2 用3 備。安裝1 套2 臺LDJ-GN-10kV-355智能化節能裝置，控制2 臺355 kW 水泵同頻節能運行，同時可切換控制1 臺備用的355 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

3.2.2 設備間接凈環冷卻水系統

針對系統配置2 臺710 kW 設備間接供水泵，使用方式為1 用1 備。安裝1 套1 臺LDJ-GN-10kV-710 智能化節能裝置，控制1 臺710 kW 水泵

節能運行，同時可切換控制1 臺備用的710 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

表1 系統設備配置

表2 各系統節能裝置設計選型及數量一覽表

針對系統配置3 臺45 kW 液壓冷卻供水泵，使用方式為2 用1 備。安裝1 套2 臺LDJ-GN-0.4kV-45 智能化節能裝置，控制2 臺45 kW 水泵同頻節能運行，同時可切換控制1 臺備用的45 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

3.2.3 層流冷卻濁環冷卻水系統

針對系統配置3 臺160 kW 層流側噴泵，使用方式為1 用2 備。安裝1 套1 臺LDJ-GN-0.4kV-160 智能化節能裝置，控制1 臺160 kW 水泵節能運行，同時可切換控制1 臺備用的160 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

針對系統配置5 臺220 kW 層流旁濾泵，使用方式為2 用3 備。安裝1 套1 臺LDJ-GN-10kV-220智能化節能裝置，控制1 臺220 kW 水泵節能運行，同時可切換控制1 臺備用的220 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

3.2.4 輥道濁環冷卻水系統

針對系統配置5 臺280 kW 低壓濁環泵，使用方式為2 用3 備。安裝1 套2 臺LDJ-GN-10kV-280智能化節能裝置，控制2 臺280 kW 水泵節能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的280 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

針對系統配置6 臺800 kW 高壓濁環泵，使用方式為3 用3 備。安裝1 套2 臺LDJ-GN-10kV-800智能化節能裝置，控制2 臺800 kW 水泵節能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的800 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

針對系統配置7 臺315 kW 旋流井提升泵，使用方式為4 用3 備。安裝1 套2 臺LDJ-GN-10kV-315 智能化節能裝置，控制2 臺315 kW 水泵節能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的315 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

針對系統配置3 臺220 kW 沖氧化鐵皮泵，使用方式為1 用2 備。安裝1 套1 臺LDJ-GN-10kV-220 智能化節能裝置，控制1 臺220 kW 水泵節能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的220 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

針對系統配置7 臺315 kW 濁環上塔泵，使用方式為4 用3 備。安裝1 套1 臺LDJ-GN-10kV-315智能化節能裝置，控制1 臺315 kW 水泵節能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的315 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

3.2.5 二次噴淋濁環冷卻水系統

針對系統配置6 臺315 kW 二次噴淋冷卻泵，使用方式為2 用4 備。安裝1 套2 臺LDJ-GN-10kV-315 智能化節能裝置，控制2 臺315 kW 水泵節能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的315 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

針對系統配置5 臺75 kW 旋流井提升泵，使用方式為2 用3 備。安裝1 套2 臺LDJ-GN-0.4kV-75智能化節能裝置，控制2 臺75 kW 水泵節能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的75 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

針對系統配置6 臺185 kW 沖氧化鐵皮泵，使用方式為3 用2 備，目前有1 臺已壞。安裝1 套2 臺LDJ-GN-10kV-185 智能化節能裝置，控制2 臺185 kW 水泵節能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的185 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

針對系統配置6 臺45 kW 濁環上塔泵，使用方式為2 用4 備。安裝1 套1 臺LDJ-GN-0.4kV-45 智能化節能裝置，控制1 臺45 kW 水泵節能運行，同時可切換控制1 臺備用的45 kW 水泵節能運行，實現2 臺間互為備用。

4 控制技術解析

4.1 基本控制原理

實時采集冷卻水循環系統的供水壓力、溫度、液位等參數，經A/D 變換后送到智能控制器，經PID運算和模糊控制，計算出實際需求冷卻水量，智能調控冷卻供水泵、上塔泵的流量、壓力，使拖動電機的輸出功率始終與系統的負荷變化相匹配，達到節電的目的。

4.2 同步跟隨技術

冷卻水循環系統是一個典型的負載可變系統，它受生產量、品種變化和季節、環境變化的直接影響，這就導致了冷卻水系統的負載特性曲線不斷變化。運行曲線分析見圖1。

圖1 運行曲線分析圖

LDJ 智能化控制系統能夠實時跟蹤負載的變化智能控制電機的轉速，使拖動電機的輸出功率跟隨負荷的變化同步輸出，實現“系統同步跟隨、功率按需輸出”，從而達到最佳的節能效果。

4.3 水平衡調節技術

通過對熱水池、旋流井液位的調控實現上塔泵、提升泵的智能動態控制，當前端水量增大，水池水位有上升趨勢時，系統自動加大上塔泵、提升泵流量使水池水位下降；而當前端水量減少，水池水位有降低趨勢時，系統自動降低上塔泵、提升泵流量使水池水位上升，系統以此能維持水池水位的基本恒定，從而實現前端來多少水，上塔泵、提升泵輸送多少水，嚴格保證冷水池和熱水池的水量平衡。

4.4 軋機狀態聯動控制技術

按低壓濁環供水泵系統的運行特性。關閉回流閥，根據軋機工作和不工作時對冷卻水泵供水量要求的不同，通過軋機狀態開關量信號聯動智能控制冷卻供水泵工作在兩種狀態。系統在改造后，在軋機軋鋼時，系統自動提高冷卻水泵轉速，加大供水流量；在不軋鋼時，系統自動降低冷卻水泵轉速，減小供水流量，最終實現冷卻水泵轉速與軋鋼和不軋鋼換軋輥、交接班、鋼坯不到位時對水量的不同需求保持一致，既滿足系統工藝要求，又節約電能。

同時通過實時檢測冷卻水出水溫度智能控制低壓濁環供水泵節能運行。當冷卻泵的出水溫度高于工藝冷卻需求值時，水泵自動加速運轉，提高水泵壓力，加大冷卻水的流量；當冷卻泵的出水溫度低于工藝冷卻需求值時，水泵自動減速運轉，降低水泵壓力，減小冷卻水的流量。在保證設備安全和工藝標準控制的基礎上，實現大幅度節能。

4.5 溫度控制下的壓力調節技術

根據濁環冷卻泵系統的運行特性。通過實時檢測冷卻水出水溫度智能控制濁環冷卻泵節能運行。當冷卻泵的出水溫度高于工藝冷卻需求值時，水泵自動加速運轉，提高水泵壓力，加大冷卻水的流量；當冷卻泵的出水溫度低于工藝冷卻需求值時，水泵自動減速運轉，降低水泵壓力，減小冷卻水的流量。水溫與壓力的關系如圖2。

圖2 水溫與壓力的曲線分析

在保證設備安全和工藝標準控制的基礎上，實現大幅度節能。這個隨水溫變化的壓力、流量是一個全智能自動控制過程，主要以兩組、四個參數來實現。

4.6 壓力保障下的液位調節技術

根據旋流井提升泵系統的運行特性。“壓力保障”是使系統維持一個能夠滿足工藝需求的下限壓力。“液位調節”是通過實時采集旋流井液位信號智能控制提升泵節能運行。當前級水量增大，液位升高時，提升泵自動加速運轉，提高流量；當前級水量減小，液位降低時，提升泵自動減速運轉，降低流量，維持液位基本恒定，實現旋流井的供水量和前端的排水量嚴格同步。在保證設備安全和水量平衡的基礎上，實現大幅度節能。

4.7 同頻控制技術

當冷卻循環水系統有多臺水泵同時運行時，LDJ 智能化控制系統能夠實現水泵系統同頻節能運行，使壓力均衡輸出，消除水泵不同頻率運行產生的壓力損失和出口壓力不同造成的水泵系統內部的相互損耗。

4.8 安全保障技術

根據現場的設備和控制，充分考慮多個控制點操作的實用和便捷性，為防止設備運行時的誤操作動作，本系統的控制點包括機旁箱、節電裝置和控制室操作箱等三個控制點進行互鎖控制。同時為了保證系統的正常使用，設有電氣互鎖的工頻/節能轉換裝置。當變頻器因故障短時間內不能恢復時，可方便快捷地切換為工頻狀態運行。

5 節電量分析

5.1 電價與用電時間

電費單價:0.64 元/度;用電時間：按30 天/月，12月/年計算。

5.2 節電量計算

節電量計算見表3(見57 頁)。

5.3 效益

通過計算改造后節電率可達20%以上，折合電功率12325 kW，每年可節約電量1084.1 萬kWh，折合標準煤為3902.8 t，年節約電費約693.8 萬元。系統投資共計1583.7 萬元，需兩年多收回成本，以后每年節約近700 萬元。