氣化沉降槽底流泵節能改造

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%，經澄清槽沉降細渣，最終沉降物為含固量約20%的渣水，從沉降槽底部排出，澄清槽底部的細渣漿經底流泵抽出，通過管道運輸，送往過濾機給料槽，經由過濾機給料泵加壓后送至真空過濾機脫水，渣餅外送。底流泵的穩定運行，決定著氣化系統渣水的可靠排出，影響著整個氣化系統生產的穩定運行。

1 現狀及改造原因

我公司氣化渣水沉降槽底流泵共兩臺，型號GLZ60－400，功率22kW，流量為40m3／h，揚程43m，轉速1 450r／min。配置電機型號為YB2－180L－4，功率22kW，額定電流43.1A，轉速740r／min，功率因素0.85。底流泵控制方式為現場操作柱控制開、停車，閥門開度由現場操作工手動操作控制，單臺底流泵設計為滿足雙爐負荷運行。

由于開車以來一直是單爐運行，流量控制較小，一般為15m3／h左右，致使泵出口閥長期處于小開度狀態，節流損失嚴重，能耗大，實際揚程遠遠大于設計揚程。泵內顆粒介質循環量較大，介質顆粒硬，泵內件磨蝕嚴重，泵軸向力不平衡，葉輪鎖緊螺栓經常斷裂，并且由于泵腔內流速高，軸向推力大，泵內件磨蝕嚴重，閥體幾乎每周都會磨穿，設備經常性故障維修。由于設備的選擇都是按最大負荷情況來選型，在實際運行中設備留有很大的裕量，利用出口閥門開度大小來控制黑水流量和管網壓力，造成電動機運行效率較低，電能浪費大。黑水到處溢流，污染了現場環境。同時現場操作人員的勞動強度較大，不能有效避免事故的擴大，故而威脅著生產的安全穩定運行。為解決上述問題，降低節流損失，根據工藝需求，實現任意調節流量，減輕現場操作人員勞動強度，保障今后雙爐運行時能夠達到設計負荷輸出，經論證，決定對氣化沉降槽底流泵電氣部分進行節能改造。

2 改造方案

2.1 改造模擬驗證

在氣化303變電所內改造安裝兩套額定容量為22kW的變頻調速系統，與現場底流泵及電機相匹配，流量控制由原來的節流控制改為變頻調速控制。

根據工藝現狀和現場實際情況，對氣化配電室以及底流泵設備原回路安裝配置情況逐一核對，從變頻設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行認真分析，制訂出改造方案，繪制改造施工圖紙。改造之前，聯系工藝，在不影響渣水穩定運行的情況下，先單獨用一臺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，在氣化配電室進行實際帶負荷開、停車及調速試驗。實驗結果證明，變頻器安裝在配電室內，變頻器產生的高次諧波不會對周圍正在運行的生產設備及整個氣化系統造成干擾，同時變頻器與現場沉降槽底流泵電機的遠距離設置不影響沉降槽底流泵模擬量與控制量信號的傳輸與調節。

2.2 傳動系統組成及工作原理

傳動系統電氣部分主要由1臺變頻器柜（內置2臺ABB ACS510－01－046A－4變頻器）、2臺現場就地控制操作柱（改造）和2臺4極22kW鼠籠式三相異步電機組成。對底流泵運轉速度的控制改造后，可實現自動和手動兩種方式，手動調速由人工通過配電室內變頻器面板的操作完成；自動調速由DCS控制室操作人員通過對渣水整體工藝指標的監控，給定轉速調節命令，通過4～20mA模擬信號完成。操作工發出啟動指令，變頻器由0Hz開始加速，通過后臺調速后，轉速達到符合工藝要求的速度運行。底流泵設備的開、停車操作，也能實現現場就地和DCS中控室遠程控制操作。考慮到沉降槽底流泵控制的安全性問題，采用電纜一對一信號傳輸控制，正向運行信號連接到變頻器的DI1輸入點，完成變頻器的啟動、停車控制。

2.3 變頻器的選型

當前，交流變頻調速系統主要為矢量控制和直接轉矩控制（DTC）。DTC交流調速系統可以獲得比矢量控制快得多的轉矩響應，DTC動態控制精度比矢量控制精度高出五個數量級，即便在低速運行、電網供電質量不好、波形發生畸變時，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采用矢量控制，而ABB變頻器采用獨特的直接轉矩方式控制，因此我們在改造中選用電壓等級為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，可以設定不同的啟動轉矩，這樣可以滿足沉降槽底流泵無論是單臺氣化爐運行或者雙氣化爐運行都能順利啟動和控制。在開環和閉環時的轉矩響應時間均小于5ms，速度的靜態精度可以達到0.01%，動態精度可以到0.1%，其力矩階躍上升時間小于5ms，比FVC控制方式至少少一半，動態控制精度比FVC高出一個數量級，即ACS510－01－046A－4變頻器完全能滿足底流泵工藝控制的要求。

3 傳動配置與驗證

3.1 主要設備一覽表（表1）

表1 主要設備一覽表

3.2 配電柜改造

對兩臺煤漿槽底流泵，在保障氣化渣水系統正常運行的情況下逐臺改造，聯系工藝，一臺監控運行，一臺實施改造。按照改造方案，制作配電柜槽鋼基礎，安裝變頻器配電柜，在柜內配置ACS510－01－046A－4變頻器和隔離開關、斷路器、控制開關、電流互感器、繼電器等電器元件。優化原配電柜配置，拆除原回路的靜態中間繼電器KA1～KA7、接觸器、低壓電動機綜合保護器，在原配電柜上實現主、控回路的電纜跨接。依據改造圖紙對變頻器柜內繼電器及現場操作柱開停車按鈕、指示燈、轉換開關、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誤，可能不能完成所設計的工作，甚至燒毀變頻器。尤其是主回路，對主回路電源輸入端（U1、V1、W1）和主回路輸出端（U2、V2、W2）要非常慎重，必須確認，不能接錯。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場三相交流異步電動機接線盒的信號，通過變頻調速驅動底流泵設備；接地端，PE為接地標記，用于變頻器外殼與大地的連接。

變頻器控制回路接線相對簡單，按照改造圖紙正確接線即可。變頻器控制回路至現場操作箱的控制線包括VREF＋、AI1＋GDN，是來自現場電位器的模擬輸入信號，DI1、＋24V、DI12、DI14為來自現場或DCS啟動／停機的模擬量輸入信號。當＋24V和DI12打開，相應位置是EXT1，控制方式是“手動”，DI1、＋24V、DI12為來自現場手動啟動／停機的模擬量輸入信號。當關閉＋24V和DI12，控制方式是“自動”，相應位置是EXT2，DI1、＋24V、DI14為來自DCS自動啟動／停機的模擬量輸入信號?？刂品绞娇梢酝ㄟ^現場的控制面板上手動、自動轉換開關進行切換。變頻器至DCS控制室的模擬信號包括調速信號、電流信號、速度信號。

3.4 變頻器的檢查、調試

核對接線是否正確，尤其注意主回路端子的接線要正確，檢查確認變頻器電源輸入端子經過空氣開關接到電源上；檢查各端子間和各暴露的帶電部分有無短路和接地現象；確認端子連接、插接式連接器和螺釘等緊固無松動；確認各操作開關均處于斷開位置，保證電源投入時變頻器不會啟動或發生異常動作；確認電機未接入。檢查確認變頻器銘牌標簽的電壓、頻率等級是否與電網吻合。無誤后送電，依據底流泵本體、底流泵電機數據以及變頻器說明書，結合實際狀況，制訂變頻器參數表，設置參數，具體參數如表2。

然后再次通電，在氣化低壓配電室用變頻器面板操作，將運行變頻器頻率升至50Hz，測試變頻器輸出端U、V、W三相輸出電壓平衡；測試完畢，變頻器風扇停止工作，斷電后觀察控制盤液晶顯示器數秒鐘后完全無顯示。繼而連接電機接線，聯系工藝對沉降槽底流泵進行正常開停車操作和就地、遠控調速操作，設備帶負荷運行試驗。

表2 ABB變頻器參數

4 考核描述

4.1 考核依據

（1）《沉降槽底流泵改造項目申報表》

（2）2011年8月～2011年10月運行數據

4.2 考核說明

考核時間為2011年8月8日9時～2011年10月11日9時。采集改造后數據，與2011年8月以前未改造數據進行比較，核算節電率及經濟效益。

4.3 考核數據

（1）電機功率

節電率＝（改造前電機功率－改造后電機功率）／改造前電機功率×100%

（2）考核數據計算結果（表3）

表3 考核數據計算結果

5 考核結果

5.1 經濟效益評價

將2011年10月11日9點～10月14日9點的考核數據與2011年8月前的裝置進線功率進行對比，計算出年節電效益。

8月份以前進線平均功率為21kW，12月份進線平均功率為8.61kW。變頻改造后比改造前進線功率下降12.39kW，年運行時間按7 200h計算，則年可節電8.92×104kW·h。按外購電價0.59元／（kW·h）計算，則年節電效益5.26萬元。

5.2 環保和安全評價

由于轉速的降低，泵運行周期大大提高，備件材料消耗減少。實現遠程轉速任意調節流量，控制壓濾機負荷，滿足工藝要求，避免現場黑水溢流污染環境，操作環境得以改善；由于沉降槽底流泵出口壓力和流量的降低，管道振動和漏點明顯減少，也由于沉降槽底流泵的出口壓力降低、轉速降低，葉輪泵蓋和機封的運行周期延長。通過改造可實現沉降槽底流泵的遠傳控制，操作方便，裝置的安全性得以保障，同時減輕了現場操作人員的勞動量。

6 結 語

（1）通過節能改造，達到了節電的目標，節電率達59.01%，降低了電耗，年節電創經濟效益5.26萬元，節約材料備件23.4萬元，經濟效益明顯。

（2）泵出口壓力從1.2MPa降低到0.2MPa，實現了設備的長周期運行，保證系統正常運轉，濾餅產出穩定，灰水濁度穩定，實現了通過調整轉速來任意調節流量，控制壓濾機負荷，滿足工藝要求。底流泵流量從50m3／h到5m3／h遠程任意調節，操作方便，現場環境得到有效改善，對穩定生產、減小工作強度，優化灰水處理效果起到很好的推動作用。提高了設備整體的運行效率，而且一直到現在都穩定運行，實現了預期目標。