排渣泵變頻調速改造技術在塔里木熱電廠的應用

摘要：通過對塔里木熱電廠排渣泵變頻調速改造技術和變頻節能技術在電廠出灰系統中應用，介紹了排渣泵變頻調速改造和實施的步驟和方法，以及改造前后的經濟效益的對比，改造后電廠出灰系統穩定運行，起到了節能、安全、實現了無人值班，效果顯著，達到了預期效果。確保了塔里木熱電廠排渣出灰系統的廠安全經濟運行

關鍵詞：排渣泵 變頻器 調速 節能

0 引言

農一師塔里木熱電廠現有兩臺75t/h煤粉爐，一臺65t/h鏈條爐，除塵采用三臺麻石水利裝置，三臺功率55kw、揚程0.8MPa渣漿泵將灰水通過兩條pvc塑料管線打到300米外沉淀池沉淀處理，原設計通過直徑219mm鋼管排到2公里外的灰場。電氣部分采用空氣開關直接起動，啟動、停止對管道系統沖擊很大；三臺泵運行時出口門只需開三分之一，需要5名專職運行工看護運行。

1 安全運行角度考慮

排渣管線原設計：揚程80米，電機功率55kW，渣漿泵3臺，灰渣水排至2公里外的地方，沿途多彎道，山坡．沿程阻力大。運行初期，渣漿泵稍有故障，揚程達不到額定，灰水打不出去，后經技改改用沉渣池沉淀澄清，灰水澆地，排渣管道300彎頭2處，出口與進口落差不超過５m，排渣泵管道從φ219×10mm鋼管改為塑料管道后，節約大量資金和檢修工作量，以往平均3年更換一次管道，φ219管道內部結垢，內徑不足Φ100mm，換成pvc管道后檢修工作量減少。但排渣泵采用“硬”啟動——開、關，閥門關閉不嚴，閥門長時間處在三分之一位置，閥心沖刷很快，全開抽水太快，30分鐘啟動一次，閥門長期處在一個位置，結垢以后想開大都開不動，由于上述原因，開停水泵對管道沖擊嚴重，水沖擊將塑料管道接頭處經常沖開，造成排渣管線瀉漏，影響安全運行。為此設計采用變頻控制方案，啟動時可以從零轉速逐步增加至所需要的轉速，從根本上保障了排渣啟動、停止平穩，不對管道造成沖擊，達到排渣管道及設備安全運行的目的。

2 變頻器改造的經濟效益分析比較

2.1 變頻調速在調頻范圍、靜態精度、動態品質、系統效率、完善的保護功能、容易實現自動控制和過程控制等諸方面是以往的調壓調速、變極調速、串級調速、滑差調速和液力耦合器調速等無法比擬的。它是公認的交流電動機最理想最有前途的調速方案，代表今后電氣傳動的發展方向。

2.2 通過分析說明，用大功率變頻裝置變頻調速是風機水泵節能的最佳方案。根據流體理論，離心式風機水泵的軸功率是轉速的三次方函數關系。當轉速降低后，其消耗功率會大幅下降，例如風機、水泵50%轉速時，軸機械功率僅為12.5％。當然不同，調速方案的效率相差很大，滑差后液力調速裝置效率不高，η≈（1-S），在50%轉速時，ηvs≈50％，而變頻調速器效率，效率因數高，ηvvvF≈95～98％，而且近似不變。例一臺180kW的風機，當100％轉速流量時，消耗的功率為100％即180kW；50％轉速流量時，軸功率降為12.5％，即消耗的功率為22.5kW。也就是說風機50％轉速流量時只需從電網消耗22.5kW的能量就可以滿足生產工藝的要求。在滿足以上生產的工藝要求的情況下，不同的調速方法所消耗的電量也不相同，以下我們對常用的幾種調速方法進行以下分析：風機水泵調節流量方法多種多樣，各有特點，但歸納起來可分為三大類型：

2.2.1 傳統的機械方法調節風機的擋板或水泵的閥門（此種方法在中國的各大電廠被廣泛的使用），此種方法的原理是用增加管道阻力的辦法來達到調風量或水量的目的。這種辦法好處是結構簡單，投資小只需在管道上安裝風門或閥門即可缺點是噪音和震動較大并且耗電量極大是各種方法中最耗電的一種。以180kW的風機為例，利用風門或閥門調節，將流量降到50％時，仍需從電網吸入70～80％的功率即126kW～144kW的功率。

2.2.2 采用電磁轉差離合器或液力耦合器調節風機水泵的轉速，在電機和風機之間安裝電磁轉差離合器或液力耦合器，電動機全速運轉風機滑差運行雖然可以達到節能的目的但調速效率較低。仍以180kW的風機為例，采用電磁轉差離合器或液力耦合器調節風機水泵的轉速，此種方法將流量降到50％時，仍需從電網吸入30～40％的功率即4kW～72kW的功率。這種辦法好處是投資小可以節約一部分電能，缺點是改造復雜（需改動電機或水泵的地腳）電磁轉差離合器或液力耦合器本身需要消耗一部分電能，改造后還存在一部分浪費，是目前面臨淘汰的產品。

2.2.3 交流電動機變頻調速方案，則節能效果更高。即在工頻電源和電機之間串入交流變頻調速器來直接調節電機的轉速以達到調速的目的。180kW的風機，采用變頻器調速，將流量降到50％時，在不考慮風機本身效率的情況下，只需從電網吸入12.5％的功率即2.5kW的功率。

綜上所述變頻器調速是目前世界上調速效率最高，技術最先進，自動化控制最簡單，保護功能最強大的一種方法。

3 塔里木熱電廠排渣泵變頻改造后節電情況比較

3.1 排渣泵改造前，使用閥門調節，電機功率55kW，3臺，24小時連續運行方式，閥門開度30％功率消耗大約為65％。

其消耗的功率為：55kW×65％×20小時＝715kw/h/天

715kw/h×0.38＝272元/日

3.2 排渣泵變頻改造后日耗電量如下：排渣泵電機功率55kW，閥門開度100％，用變頻器將電機降速至30Hz，運行時間24小時，變頻調速后消耗功率大約為27％，其消耗的功率如下：55kW×27％×24小時＝356kw/h/天，變頻以后每天可節電：715-356=359kwh，一年按300天計算可節約電費：359×300×0.38=40926元。從以上計算可以看出排渣泵變頻改造后日耗電量與閥門控制日耗電量相比節電359/715=50.2％，即節電40％－50％.，這是理論狀態下，如果按變頻器最低節電效率10％，715×300×0.38×10％=8151元。

4 投資回收期對比見下表

以0.38元每度計算

5 設備特點

5.1 采用PLC全自動程序自動控制，達到無人值班的目的，定時有人巡回檢查設備。

5.2 在排渣池上安裝水位控制器、或流量變送器后，可使用變頻器內置的PID控制器實現恒壓或恒流量控制。

5.3 設備改造前用閥門控制時，有時容易出現憋壓現象。不但造成能源的浪費，嚴重時還會導致管道破裂。改造后的閥門處于全開狀態所以不會出現憋壓現象，不但啟動電流小，管道壓力穩定最重要的是可以節約大量電能。

5.4 具有多種保護功能如電機過載、過流、缺相、變頻器過熱、輸入電源欠電壓、過電壓等多種保護。

5.5 具有軟啟動功能，電機帶載啟動時啟動電流小于額定電流。

5.6 在變頻器故障時可以切回原系統工作，最大限度保證設備連續運行。

5.7 使系統效率最大化，避免電能的浪費。且調速精度高，水壓力十分穩定。

6 實際測試結果見下表

用變頻調速后排渣只須在800—1000轉/分運行就性足夠；由理論計算：W=3IU0.8=1.732×35×380×0.8=18428.48w=≈18.4kW

W—電功率；I—電流（800—1000轉/分平均電流）；U—電壓；K—功率因素（0.8）。由此可見排渣泵變頻改造后實際節電與理論計算基本相符。節電可達到30％以上。

經過三個月的試運行，不但達到預期效果，還在改造過程中優化方案，原方案三臺泵各上一臺變頻器，由于改造后正常運行只要一臺泵運行就能滿足出力，因此可以使三臺泵公用一臺變頻器，可節約設備投資5萬元。排渣泵上變頻器項目既可保證排渣泵、排渣管線安全、可靠、平穩運行、又可達到節能降耗的目地，還可以實現無人值守，節省勞動力，降低檢修費用。