天鐵水電廠水泵節(jié)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(jīng)濟的迅速發(fā)展，能源消耗急劇增加，加速了能源的枯竭，節(jié)能降耗已經(jīng)刻不容緩。政府也對節(jié)能工作極為重視，先后出臺了一系列的政策和措施，促進節(jié)能工作的發(fā)展。節(jié)能降耗不僅是響應(yīng)國家的號召，還能夠降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力，對于一個企業(yè)的發(fā)展有著不容忽視的作用。

2 系統(tǒng)解析

水電廠熱軋區(qū)改造的動力設(shè)備系統(tǒng)主要有加熱爐凈環(huán)冷卻水系統(tǒng)、結(jié)晶器凈環(huán)冷卻水系統(tǒng)，和設(shè)備間接冷卻循環(huán)水系統(tǒng)和層流冷卻濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)、輥道濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)和二次噴淋濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)備配置詳見表1。

3 改造項目設(shè)計

3.1 設(shè)備選型和設(shè)計

根據(jù)實際使用情況，本著節(jié)約、實用、有效和科學(xué)的原則，安裝的節(jié)能裝置詳見表2。

3.2 控制描述

3.2.1 加熱爐凈環(huán)冷卻水系統(tǒng)

針對系統(tǒng)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(jié)能裝置，控制2 臺45 kW 水泵同頻節(jié)能運行，同時可切換控制1 臺備用的45 kW 水泵節(jié)能運行，實現(xiàn)2 臺間互為備用。

針對系統(tǒng)配置5 臺355 kW 凈環(huán)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(jié)能裝置，控制2 臺355 kW 水泵同頻節(jié)能運行，同時可切換控制1 臺備用的355 kW 水泵節(jié)能運行，實現(xiàn)2 臺間互為備用。

3.2.2 設(shè)備間接凈環(huán)冷卻水系統(tǒng)

針對系統(tǒng)配置2 臺710 kW 設(shè)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(jié)能裝置，控制1 臺710 kW 水泵

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

表1 系統(tǒng)設(shè)備配置

表2 各系統(tǒng)節(jié)能裝置設(shè)計選型及數(shù)量一覽表

針對系統(tǒng)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(jié)能裝置，控制2 臺45 kW 水泵同頻節(jié)能運行，同時可切換控制1 臺備用的45 kW 水泵節(jié)能運行，實現(xiàn)2 臺間互為備用。

3.2.3 層流冷卻濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)

針對系統(tǒng)配置3 臺160 kW 層流側(cè)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(jié)能裝置，控制1 臺160 kW 水泵節(jié)能運行，同時可切換控制1 臺備用的160 kW 水泵節(jié)能運行，實現(xiàn)2 臺間互為備用。

針對系統(tǒng)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(jié)能裝置，控制1 臺220 kW 水泵節(jié)能運行，同時可切換控制1 臺備用的220 kW 水泵節(jié)能運行，實現(xiàn)2 臺間互為備用。

3.2.4 輥道濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)

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

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

針對系統(tǒng)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(jié)能裝置，控制2 臺315 kW 水泵節(jié)能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的315 kW 水泵節(jié)能運行，實現(xiàn)2 臺間互為備用。

針對系統(tǒng)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(jié)能裝置，控制1 臺220 kW 水泵節(jié)能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的220 kW 水泵節(jié)能運行，實現(xiàn)2 臺間互為備用。

針對系統(tǒng)配置7 臺315 kW 濁環(huán)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(jié)能裝置，控制1 臺315 kW 水泵節(jié)能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的315 kW 水泵節(jié)能運行，實現(xiàn)2 臺間互為備用。

3.2.5 二次噴淋濁環(huán)冷卻水系統(tǒng)

針對系統(tǒng)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(jié)能裝置，控制2 臺315 kW 水泵節(jié)能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的315 kW 水泵節(jié)能運行，實現(xiàn)2 臺間互為備用。

針對系統(tǒng)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(jié)能裝置，控制2 臺75 kW 水泵節(jié)能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的75 kW 水泵節(jié)能運行，實現(xiàn)2 臺間互為備用。

針對系統(tǒng)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(jié)能裝置，控制2 臺185 kW 水泵節(jié)能運行，同時可分別切換控制1 臺備用的185 kW 水泵節(jié)能運行，實現(xiàn)2 臺間互為備用。

針對系統(tǒng)配置6 臺45 kW 濁環(huán)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(jié)能裝置，控制1 臺45 kW 水泵節(jié)能運行，同時可切換控制1 臺備用的45 kW 水泵節(jié)能運行，實現(xiàn)2 臺間互為備用。

4 控制技術(shù)解析

4.1 基本控制原理

實時采集冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的供水壓力、溫度、液位等參數(shù)，經(jīng)A/D 變換后送到智能控制器，經(jīng)PID運算和模糊控制，計算出實際需求冷卻水量，智能調(diào)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(tǒng)的負(fù)荷變化相匹配，達(dá)到節(jié)電的目的。

4.2 同步跟隨技術(shù)

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是一個典型的負(fù)載可變系統(tǒng)，它受生產(chǎn)量、品種變化和季節(jié)、環(huán)境變化的直接影響，這就導(dǎo)致了冷卻水系統(tǒng)的負(fù)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(tǒng)能夠?qū)崟r跟蹤負(fù)載的變化智能控制電機的轉(zhuǎn)速，使拖動電機的輸出功率跟隨負(fù)荷的變化同步輸出，實現(xiàn)“系統(tǒng)同步跟隨、功率按需輸出”，從而達(dá)到最佳的節(jié)能效果。

4.3 水平衡調(diào)節(jié)技術(shù)

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

4.4 軋機狀態(tài)聯(lián)動控制技術(shù)

按低壓濁環(huán)供水泵系統(tǒng)的運行特性。關(guān)閉回流閥，根據(jù)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(tài)開關(guān)量信號聯(lián)動智能控制冷卻供水泵工作在兩種狀態(tài)。系統(tǒng)在改造后，在軋機軋鋼時，系統(tǒng)自動提高冷卻水泵轉(zhuǎn)速，加大供水流量；在不軋鋼時，系統(tǒng)自動降低冷卻水泵轉(zhuǎn)速，減小供水流量，最終實現(xiàn)冷卻水泵轉(zhuǎn)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(tǒng)工藝要求，又節(jié)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(huán)供水泵節(jié)能運行。當(dāng)冷卻泵的出水溫度高于工藝?yán)鋮s需求值時，水泵自動加速運轉(zhuǎn)，提高水泵壓力，加大冷卻水的流量；當(dāng)冷卻泵的出水溫度低于工藝?yán)鋮s需求值時，水泵自動減速運轉(zhuǎn)，降低水泵壓力，減小冷卻水的流量。在保證設(shè)備安全和工藝標(biāo)準(zhǔn)控制的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)大幅度節(jié)能。

4.5 溫度控制下的壓力調(diào)節(jié)技術(shù)

根據(jù)濁環(huán)冷卻泵系統(tǒng)的運行特性。通過實時檢測冷卻水出水溫度智能控制濁環(huán)冷卻泵節(jié)能運行。當(dāng)冷卻泵的出水溫度高于工藝?yán)鋮s需求值時，水泵自動加速運轉(zhuǎn)，提高水泵壓力，加大冷卻水的流量；當(dāng)冷卻泵的出水溫度低于工藝?yán)鋮s需求值時，水泵自動減速運轉(zhuǎn)，降低水泵壓力，減小冷卻水的流量。水溫與壓力的關(guān)系如圖2。

圖2 水溫與壓力的曲線分析

在保證設(shè)備安全和工藝標(biāo)準(zhǔn)控制的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)大幅度節(jié)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(shù)來實現(xiàn)。

4.6 壓力保障下的液位調(diào)節(jié)技術(shù)

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

4.7 同頻控制技術(shù)

當(dāng)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)有多臺水泵同時運行時，LDJ 智能化控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)水泵系統(tǒng)同頻節(jié)能運行，使壓力均衡輸出，消除水泵不同頻率運行產(chǎn)生的壓力損失和出口壓力不同造成的水泵系統(tǒng)內(nèi)部的相互損耗。

4.8 安全保障技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場的設(shè)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(shè)備運行時的誤操作動作，本系統(tǒng)的控制點包括機旁箱、節(jié)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(tǒng)的正常使用，設(shè)有電氣互鎖的工頻/節(jié)能轉(zhuǎn)換裝置。當(dāng)變頻器因故障短時間內(nèi)不能恢復(fù)時，可方便快捷地切換為工頻狀態(tài)運行。

5 節(jié)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(jié)電量計算

節(jié)電量計算見表3(見57 頁)。

5.3 效益

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