變頻調速技術在濃酸泵節能改造中的應用

摘 要：闡述了云南銅業股份公司硫酸分廠濃酸泵變頻改造方法，通過實例對濃酸泵變閥調節改造為變頻調節的節能效果做出了對比分析。

關鍵詞：濃酸泵；節能降耗；變頻器；變頻調速

前言

云南銅業股份有限公司硫酸分廠于2000年建造四系列生產線，采用二轉二吸制酸工藝。干吸工段的一吸塔、二吸塔采用相同的上酸泵。實際運行情況是經過第一次轉換和第一次吸，一吸塔對煙氣中SO3吸收率已經達到90%，剩下的SO3在二吸塔吸收。經過工藝計算，二吸塔的上酸量只需控制在600～700m3/h就能滿足生產。于是分廠考慮利用轉化SO3冷卻風機閑置的變頻器，把二吸塔酸泵由閥控改為對變頻進行控制，目的是做到降低消耗節約能源。

1 關于變頻調速的技術節能原理

電動機轉速與輸入電源的頻率成正比，是變頻調速技術的基本原理。即：

N=60f（1-s）/P

公式中：N代表的是電動機的轉速，f代表的是輸入電源的頻率，s代表的是異步電機的轉差率，P代表的是電機磁極的對數，通過對輸入電源的其頻率做出改變，以達到使電機轉速改變的結果。

變頻調速技術就是一種在上面所表述的原理之下的綜合性電控技術。主要是利用電子電力的技術、集交（直）交電源的變頻技術以及微電腦的控制技術，這樣的綜合性技術可以實現理論上的無級調速以及啟停平穩，保證工作的可靠性，尤其是在對平方轉矩類的負載進行調速時，具有非常顯著地節能效果[1]。

酸泵屬于平方轉矩類負載，由流體力學原理可知，這類負載在使用電動機拖動的情況下，軸功率P與流量Q、揚程H的關系可表示為：P∝Q×H

當電動機轉速由N1變化到N2時，Q、H、P與轉速變化的關系是：

即流量與轉速的變化成正比，揚程與轉速變化的平方成正比，軸功率與轉速變化的三次方成正比[2]。這是平方轉矩類負載調速節能的基本原理。

圖1為酸泵的性能曲線和運行工況點變化示意圖。圖中n1、n2代表的是酸泵的轉速為N1、N2時的Q-H曲線，w1、w2為閥門開度變化前后的管網特性曲線?，F根據此圖分析P與Q、H的關系以及采用變頻調速控制的節能效果。當二吸塔負荷減小時，需將上酸量由Q1減為Q2，可以通過對閥門調節或者是調節變頻這兩種方法達到減少酸量。假使借助對閥門進行調節的手段，則泵性能的曲線不會產生變化，管網的特性曲線會由之前的w1上移到w2，系統的工況點由原來的A點轉移到B點，而泵所需要的軸功率會由P1∝Q1×H1變化成為P2∝Q2×H2，由圖可以得出軸功率沒有明顯的變化；若采用調節變頻的措施，泵的轉速會由之前的N1降至N2，而管網的特性曲線不會有變化，但是泵的特性曲線會由原始的n1下移到n2，而系統工況點也會由A點轉移帶了C點，所需的軸功率是P3∝Q2×HB。從理論的角度上繼續進行分析，節約的軸功率為Pj∝Q2×（H2-HB）。對于調節閥門開度以及控制酸泵的轉速進行比較，顯而易見的是采取對酸泵的轉速進行調節才是更合理的方法，節能的效果較為明顯。

2 改造方案

2.1 酸泵及電機的基本情況

云南銅業股份有限公司于2000年建造四系列生產線，其干吸工段的一吸塔、二吸塔的上酸泵采用LSB780-30酸泵，配套200kW電動機。在實際運行過程中，根據負荷變化，上酸量往往需要頻繁調節工藝閥門。

2.2 變頻器及控制回路改造

2.2.1 設計原理

結合DCS制酸系統，酸泵的控制方式采用閉環自動調節，用流量計檢測進入二吸塔的酸流量，輸出0-10mA電流信號至PID控制器，與目標值進行比較，（目標值可根據需要設定）進行PID運算，輸出控制信號給變頻器，當酸的流量大于設定值時，變頻器輸出頻率減小，當酸的流量小于設定值時，變頻器輸出頻率增加，最終控制送酸泵的轉速以調節上酸量以達到系統要求?？刂圃矸娇蛉鐖D2所示。

圖2 控制原理方框圖

2.2.2 主回路及控制回路改造

酸泵拖動電機額定功率為200kW，選擇AB1336F-448型變頻器，在可以保證系統進行安全工作以及對酸泵的工作參數滿足要求的情況下對變頻器相關的參數進行設置。變頻器安裝于專用配電柜中，因為酸泵屬于是平方轉矩類的負載，所以在其低速運轉的時候所需要的軸功率會有明顯的下降，拖動電機的負荷也較為小，發熱量也會較少。所以在冷卻風扇和電機轉子同速運轉的前提下可以保證電機的散熱良好，不要另外配置專門的變頻電機。

變頻在接受改造后可以保證設備高效的運轉，完成電機的軟啟動，不會出現沖擊的電流，也就降低了設備出現故障的幾率，同時也就降低了維修的費用。變頻器還可以進行自我功能的檢測、對故障進行診斷、保護自身功能發的齊全，最大限度的預防事故的擴大。在節省了電力的時候，因為長期的輕載運行，其設備處于一個低轉速以及低電壓的工作情況下，也就減少了電機的發熱和溫升低，使其壽命得到了延長，還可以降低設備帶來的噪音，對于生產所處的環境也是一種改善，避免了在采用異步電動機直接驅動以及調節變閥流量時，出現的電機啟動使用的電流大、對設備機械具有較大的沖擊以及對電氣保護的特性差等一些缺點。變頻調速技術不僅使得功率因數得到了提高，還使得電網的損耗也在隨之減少，效率卻得到了提升。在制酸工況有所改變的情況下，對變頻器的輸出頻率進行調節就能夠滿足工況對于調節的需求。

2.3 節能計算

在進行改造之前，采用傳統的變閥調節對流量進行調整，在制酸系統不同負荷下泵平均功率為：

改造后，泵平均功率為：

按照電價0.6元/度、年運行8000h計算，二吸泵改造后年度節約電費為：

3 結束語

通常在設計中，設計揚程和流量比實際需要的值高出很多，這樣就會造成“大馬拉小車”的現象，導致電能浪費。利用變頻器可以適當降低這類設備運行頻率從而降低轉速，使流量恰到好處地與系統需要實時匹配，從而輕而易舉地將部分電能節約下來。變頻器用于風機、泵類設備的驅動與控制取得了顯著的節電效果，是一種理想的調速控制方式。它既能提高設備效率，又能滿足生產工藝要求，并且因此大大減少了設備維護和維修的費用，還降低了檢修周期，直接和間接經濟效益十分明顯。

參考文獻

[1]AB1336PLUS.變頻器用戶手冊[Z].

[2]方大千.節能計算手冊[M].北京：電力工業出版社，2006.