7#高爐渣處理粒化供水泵變頻改造研究

顏志婷

(湖南漣鋼工程技術有限公司，湖南 婁底 417000)

7#高爐渣處理粒化供水泵變頻改造研究

顏志婷

(湖南漣鋼工程技術有限公司，湖南 婁底 417000)

本文針對變頻調速技術在水泵調速節能方面的應用做了相應介紹。對7#高爐2條渣處理線的2臺粒化供水泵進行變頻改造設計，解決了渣處理線補水量過大的問題，以達到節能的目的。

7#高爐渣處理線；變頻調速；粒化供水泵；流量；節能改造

目前，水泵在我國工業生產和產品加工制造領域中有著相當廣泛的應用，行業涉及電力、鋼鐵冶金、煤炭、石油化工、供水、污水處理等，是工業生產現場應用最多的設備之一。總裝機容量大，年耗電量大，為能源消耗大戶。但總體來說，電機驅動系統的能源利用率卻比較低。

在水泵設計選型時，一般都是根據最高日最高時最不利點參數選定電機的型號。為滿足生產可靠性的基本要求，水泵電機的配用電力驅動系統在設計時要流出裕量。但這種處理方式只適用于水泵電動機處于高負荷運轉狀態下，一旦處于非高負荷運轉狀態，則多余的力矩會出現有效功率的消耗。結果是水泵的無功功率浪費嚴重，導致線路損耗和設備發熱程度加重，電網功率因數降低，設備使用效率低下，系統的安全性和可靠性變差。電機的功耗增大，設備維護成本高，造成能源的巨大浪費。而隨著市場競爭的不斷加劇，節能降耗已成為降低生產成本、提高產品競爭力的重要手段之一。

1 分析與研究

改變供水泵水流量的方法主要有兩種：一是確保水泵電動機的轉速處于恒定狀態，而后調節入口或出口擋板、閥門的開啟角度來調節和控制輸出流量，這也是工藝上傳統的調速方式。水泵電機恒轉矩負載在沒有調速的情況下，要求改變流量時，只能通過機械調整擋板、閥門開啟角度的方式。雖然此時流量下降了，但泵出口壓力升高，大量的能量消耗在擋板、閥門的截流過程中，功率下降并不明顯。近似成為恒功率負載，造成電源利用率低，耗電量增大且其電能消耗以及擋板、閥門的維護、維修成本也是一筆不小的生產成本開支。另一種改變水流量的方法是入口或出口的擋板、閥門的開啟角度恒定，調節水泵電動機的轉速。目前行業內廣泛采用變頻器來進行調速，以滿足不同運行工況的要求。

變頻器屬于一種電能控制裝置，基本原理是利用電力半導體器件的通斷作用對工頻電源進行頻率轉換。常見的變頻器組成單元有7個部分，具體包括：制動單元、驅動單元、檢測單元、微處理單元、整流、濾波、再次整流。為準確求得變頻器調速的具體原理，得出關系式見公式(1)：

n=60f(1-S)/P

(1)

在公式(1)中，n代表轉速；f為輸入頻率；S為電機轉差率；P為電機磁極對數。由公式(1)可知，頻率越高，電機轉速越高，實際輸出功率越大。頻率越低，電機轉速越慢，實際輸出功率越小，因此，變頻器也被稱為節能器，目前在工業領域廣泛應用。為達到節能的效果，變頻器需要依據實際使用過程的具體負載情況做出電機速度的調整，通過調節電機輸出功率來達到負載所需。運用變頻器的調速技術能夠有效控制水泵電動機的轉速，最終達到流量與轉速之間的均衡，有效控制水流量。既提高了機組效率，同時也減少損耗，達到節能的效果。對于水泵類負載情況的關系見公式(2)-(4)：

Q1=Q2(n1/n2)

(2)

H1=H2(n1/n2)2

(3)

N1=N2(n1/n2)3

(4)

公式(2)-(4)中，n代表電機轉速；Q代表流量；H為揚程；N表示泵的軸功率。根據以上公式可以發現，供水泵流量與電機轉速成正比，供水泵揚程與電機轉速平方成正比，供水泵的軸輸出功率與轉速的立方成正比。從比例關系的情況分析可看出，電機轉速調節對節能的效用顯著。

對于水泵負載而言，采用變頻調速改變電機轉速的方法可行性較高，與傳統的調節閥門的方式相比，優勢表現在兩個方面：其一，能夠最大限度滿足系統的工藝要求。其二，節能效果更好。基于此，采用變頻器對水泵類電機進行調速是一項十分先進的調速、節能方案。

2 改造情況及效果

2.1 改造情況

煉鐵廠7#高爐1#渣處理、2#渣處理兩條渣處理線現各有3臺(共6臺)粒化供水泵。每條渣處理線的3臺粒化供水泵的運行方式為2用1備。在實際生產過程中，每條渣處理線僅開啟1臺粒化供水泵運行時其補水量不能滿足生產需求，但同時開啟2臺粒化供水泵運行時則其補水量超過生產需求，造成能源的浪費。粒化供水泵主要參數見表1。

表1 粒化供水泵主要參數表Tab.1 Main parameters table of granulated water pump

變頻電機由于要承受高頻磁場，所以其絕緣等級要比普通電機高，原則上普通電機是不能用變頻器來驅動的。但在實際使用中，為了節約資金，在很多需要調速的場合都用普通電機代替變頻電機。在調速精度不高的水泵的節能改造中經常這樣做。

在此次改造中擬將7#高爐1#渣處理、2#渣處理相對應的3臺粒化供水泵中的1#粒化供水泵改造成變頻控制調速，以達到滿足生產需求及節能的目的。此次改造是將普通電機改造為變頻控制，但為了最大限度上滿足運行安全的要求，要求對電動機安裝獨立的冷卻風機，避免出現散熱不足的問題。因此將改造粒化泵電機的原有風機拆除，改裝成適合變頻電機的風機，與變頻器連鎖運行，改善電機的散熱問題。

此次設計電機電源來自各自對應的渣處理配電室，配電室無須考慮電源增容。因原有粒化供水泵的低壓配電柜尺寸不能滿足設計使用要求，此次設計粒化供水泵電源均在原有渣處理配電室低壓側引出后，在相對應的渣處理配電室預留配電柜位置各設1面低壓變頻柜。此次改造設計，電纜依舊采用2(YJV-0.6/1.0KV 3×185+1×90)敷設。電纜敷設方式與之前相同，采用沿電纜溝、橋架及穿鋼管暗敷的敷設方式，敷設路徑與之前相同。其相應的運行信號及控制信號在原有PLC系統上調整，并更改相應控制程序，將相對應的粒化供水泵在控制室的顯示畫面進行修改，以實現自動控制。

2.2 改造效果

目前單臺電機電流為310 A左右，實施變頻后電流平均值可控為220 A左右。目前7#高爐渣處理由2條渣處理線組成，實施2臺(每條渣處理線1臺)粒化供水泵電機變頻改造后，1年電費可節約26.4萬元 ，水費節約約16萬元，獲得了預期的效益。

3 結語

近幾年來，變頻調速在水泵中的應用發展很快，其節能效果也很明顯。但影響變頻調速節能效果的因素有很多，在變頻調速改造中須對其影響因素綜合考慮，以取得預期的節能效益。

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[2] 譚勁，陳元莉.影響水泵變頻調速節能效果的因素探討[J].中國給水排水， 2007，(10)：62-63.

[3] 沈亞輝.水泵變頻調速在供水系統中的應用[J].中國給水排水，2006，(02):48-49.

[4] 戴文進，徐龍權，張景明.電機學[M].北京:清華大學出版社，2008.

Frequency conversion reconstruction of granulated water pump for 7# blast furnace slag

YAN Zhi-ting

(Hunan Liangang Engineering Technology Co., Ltd., Loudi 417000, China)

This paper introduces the application of variable frequency speed regulation technology in water pump speed regulation and energy saving. The design of frequency conversion modification of 2 granulating water supply pumps for 2 slag treatment lines of 7# blast furnace was carried out to solve the problem of excessive water supply in slag treatment line, so as to achieve the purpose of energy saving.

7# blast furnace slag; Frequency control; Granulated water pump; Flow; Energy-saving reconstruction

TM921.51

： A

： 1674-8646(2017)16-0042-02

2017-05-20

顏志婷(1985-)，女，工學學士，助理工程師。