淺議洗煤廠清水循環(huán)泵系統(tǒng)節(jié)能改造

【摘 要】本文介紹JTDK-GBP高壓變頻水泵電控系統(tǒng)的技術(shù)原理并通過在洗煤廠清水循環(huán)泵系統(tǒng)中的應(yīng)用，指出該系統(tǒng)方案降低了電耗、節(jié)省了電能，并可在調(diào)節(jié)水壓和節(jié)能改造方面推廣應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】高壓變頻器；節(jié)能；工作原理；技術(shù)特點(diǎn)

伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源問題也日益顯現(xiàn)，節(jié)能問題愈來愈引起關(guān)注。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示：目前全國各類電機(jī)年耗電量約占全國總發(fā)電量65％，而其中大功率風(fēng)機(jī)、泵類的年耗電量約占工業(yè)總耗電量50％。因此，最大限度降低風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備耗電量，進(jìn)行節(jié)能改造具有現(xiàn)實(shí)意義。焦煤九里山礦洗煤廠設(shè)計(jì)年處理能力為90萬噸，采用跳汰—浮選—尾煤壓濾的聯(lián)合工藝流程。近幾年來，隨著各類設(shè)備更新改造，設(shè)備處理能力相應(yīng)增加，年處理能力已達(dá)到120萬噸以上。在完成生產(chǎn)任務(wù)的同時(shí)，如何有效的降低能耗成為擺在煤礦企業(yè)面前的一個(gè)新課題。

一、水泵變頻調(diào)速節(jié)能分析

（1）節(jié)能改造前的工況。焦煤九里山礦洗煤廠屬于獨(dú)立電網(wǎng)，兩臺(tái)定制的高壓開關(guān)柜各獨(dú)立驅(qū)動(dòng)一臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)，水泵為工頻直接啟動(dòng)，以恒速方式供水。操作員根據(jù)用水需求，通過調(diào)節(jié)水泵閥門的開度來實(shí)現(xiàn)水量調(diào)節(jié)。水泵及電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低效率工作區(qū)，造成能源浪費(fèi)較為嚴(yán)重，同時(shí)工頻直接啟動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)沖擊都很大，并容易造成電機(jī)籠條松動(dòng)、有開焊斷條危險(xiǎn)。（2）水泵變頻調(diào)速節(jié)能原理。由流體力學(xué)可知：流量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，軸功率Ps與轉(zhuǎn)速n的立方成正比，即Q∞n，H∞n2，Ps∞n3。當(dāng)所需要的流量減少，水泵轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其軸功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。如所需流量為額定流量的80％，則轉(zhuǎn)速也下降為額定轉(zhuǎn)速的80％，那么水泵的軸功率將下降為額定功率的51.2％；當(dāng)所需要流量為額定流量的50％時(shí)，水泵的軸功率將下降為其額定功率的12.5％。當(dāng)然轉(zhuǎn)速降低時(shí)，效率也會(huì)有所降低，同時(shí)還應(yīng)考慮控制裝置的附加損耗等影響。依據(jù)水泵工作原理與運(yùn)行曲線，可以得到圖1中的100％轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線，這條曲線配合水泵在不同流量運(yùn)行時(shí)的特性曲線（阻抗曲線），可以得到在未應(yīng)用變頻調(diào)速情況下，使用閥門調(diào)節(jié)控制流量、壓力的特性曲線圖。從理論上來看，全流量工作時(shí)，采用變頻器和閥門調(diào)節(jié)時(shí)，輸入的功率一致，其功率為AI0K包圍的面積，當(dāng)水泵運(yùn)行點(diǎn)由A（100％流量）點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)（80％流量）時(shí)，如果采用閥門調(diào)節(jié)控制時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率為BH0L包圍的面積，但是采用變頻器拖動(dòng)水泵后，因其特性的改變，其輸入功率為EJ0L包圍的面積，其節(jié)能效果為：BHJE包圍的面積。因此，就理論上而言，采用變頻器改造水泵后，將會(huì)取得很好的節(jié)能效果。

基于以上分析，焦煤九里山礦決定對(duì)洗煤廠清水循環(huán)泵系統(tǒng)進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造，經(jīng)考察論證，最后選擇焦作華飛電子電器股份有限公司型號(hào)為JTDK-GBP高壓變頻水泵電控系統(tǒng)對(duì)兩臺(tái)315kW/6kV循環(huán)水泵電機(jī)進(jìn)行“一拖一”改造。

二、清水循環(huán)泵系統(tǒng)改造方案

對(duì)洗煤廠清水循環(huán)泵系統(tǒng)的改造遵循了“最小改動(dòng)，最大可靠性，最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性”原則，此方案的優(yōu)點(diǎn)是完全保留原有系統(tǒng)配置，在原有線路增加一臺(tái)饋電開關(guān)柜、一臺(tái)系統(tǒng)切換柜、一臺(tái)GBP-D-06/031高壓變頻器和一臺(tái)TSX調(diào)速控制箱，實(shí)現(xiàn)新老電控系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行，互為備用，并實(shí)現(xiàn)本地操作、機(jī)旁操作、遠(yuǎn)程集控三地控制方式。

圖2中原有工頻系統(tǒng)由兩個(gè)高壓柜組成，每個(gè)高壓柜內(nèi)有1個(gè)高壓隔離開關(guān)和1個(gè)真空接觸器，具有機(jī)械互鎖和電氣互鎖，要求不能同時(shí)合。進(jìn)行變頻改造后，循環(huán)水泵的閥門開度保持全開，基本不需要改變。根據(jù)實(shí)際所需的水量，由泵房機(jī)旁TSX調(diào)速控制箱輸出2～10V模擬電壓信號(hào)送給GBP-D-06/031高壓變頻器，高壓變頻器通過調(diào)節(jié)輸出頻率改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的，滿足運(yùn)行工況的要求。當(dāng)高壓變頻器需要維護(hù)、維修時(shí)，配合使用饋電開關(guān)柜和系統(tǒng)切換柜，實(shí)現(xiàn)變頻和工頻系統(tǒng)的切換，工頻系統(tǒng)完全沿用原有操作方式運(yùn)行，變頻系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離可安全檢修。其次，利用GBP-D系列高壓變頻器強(qiáng)大的通訊功能，通過簡單連線和軟件設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)在集控中心對(duì)清水循環(huán)泵系統(tǒng)工況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。再次，變頻改造后電機(jī)在啟動(dòng)和調(diào)節(jié)過程中，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)變化，沒有出現(xiàn)任何沖擊電流，解決了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊問題，消除了大啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、主機(jī)及管道的沖擊應(yīng)力，大大降低維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

饋電開關(guān)柜符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB3960《3-35KV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備》及國際標(biāo)準(zhǔn)IEC298的要求，并具有一套完善的性能可靠，功能齊全、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的機(jī)械式防誤閉鎖裝置，簡便而有效的達(dá)到兩部提出的“五防”閉鎖功能。系統(tǒng)切換柜包括變頻器隔離開關(guān)、工頻隔離開關(guān)和主電路帶電指示器等器件。變頻器隔離開關(guān)和工頻隔離開關(guān)為獨(dú)立操縱機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)構(gòu)間加裝機(jī)械互鎖，只有工頻隔離開關(guān)在分閘位置時(shí)，允許高壓變頻器隔離開關(guān)合閘，反之亦然。主電路帶電指示器用于向操控人員指示主電路帶電情況。TSX調(diào)速控制箱是焦作華飛電子電器股份有限公司生產(chǎn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具有機(jī)旁啟停、調(diào)速、儀表指示和緊急停止等功能，與GBP-D系列高壓變頻器配合使用，滿足機(jī)房機(jī)旁控制電動(dòng)機(jī)調(diào)速的要求。

三、經(jīng)濟(jì)效益

JTDK-GBP高壓變頻水泵電控系統(tǒng)于2008年5月正式在焦煤九里山礦洗煤廠投運(yùn)，運(yùn)行效果良好，達(dá)到了改造的目的。根據(jù)全國節(jié)能計(jì)量測試技術(shù)服務(wù)中心2008年5月29日對(duì)JTDK-GBP高壓變頻水泵電控系統(tǒng)的測試報(bào)告，JTDK-GBP高壓變頻水泵電控系統(tǒng)比原有工頻系統(tǒng)用電量降低了34.48％。根據(jù)洗煤廠變頻改造前的運(yùn)行記錄，清水循環(huán)水泵每班工作8小時(shí)，耗電為1600KWh，按年工作日為330D，每日工作時(shí)間為16H計(jì)算，年節(jié)電可達(dá)：1600×34.48％×2×330≈36.4萬度，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。變頻改造以后，循環(huán)泵調(diào)節(jié)閥門一直處于全開狀態(tài)，對(duì)其維護(hù)量大大減少。變頻啟動(dòng)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速逐漸平穩(wěn)的升到所需轉(zhuǎn)速，沒有任何沖擊，電流不會(huì)超過額定電流，解決了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊問題，消除了大啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主機(jī)的沖擊應(yīng)力，大大降低日常的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，延長了電機(jī)、水泵壽命。

對(duì)焦煤九里山礦洗煤廠清水循環(huán)泵系統(tǒng)實(shí)施變頻改造后，節(jié)約了大量的電能，改善了工藝過程，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，延長設(shè)備的使用壽命，減少維修量，取得了預(yù)期的效果?！笆晃濉币?guī)劃中明確提出了要“突出抓好在電廠等行業(yè)中的節(jié)能工作”及重點(diǎn)工程“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能在煤炭等行業(yè)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵系統(tǒng)優(yōu)化改造”。JTDK-GBP高壓變頻水泵電控系統(tǒng)的推廣使用對(duì)于建設(shè)節(jié)約型社會(huì)具有重大意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]GBP -D系列高壓變頻器使用說明書．版本V1.1．2009（5）

[2]王方軍，胡令芝．高壓變頻器在電廠循環(huán)水泵上的應(yīng)用[J]．變頻器世界．2012（1）

[3]劉洋．變頻器與電動(dòng)機(jī)的理論分析及應(yīng)用效果[J]．企業(yè)導(dǎo)報(bào)．2009（5）：275

[4]林青友．智能變頻調(diào)速在供暖空調(diào)循環(huán)水泵系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．城市建設(shè)理論研究．2011（16）