永磁調(diào)速技術(shù)在熱軋濁環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能中的應(yīng)用

王旭旦，楊亞輝，趙大同，薛冬晨

（北京首鋼股份有限公司,河北遷安 064404）

1 工藝流程簡(jiǎn)介

某鋼廠軋機(jī)濁環(huán)系統(tǒng)采用“旋流井+稀土磁盤(pán)+平流隔油池+磁力壓榨機(jī)”水處理工藝（如圖1），工藝流程較長(zhǎng)，流程中涉及旋流井提升、平流提升兩級(jí)提升系統(tǒng)，其中平流提升系統(tǒng)為熱軋濁環(huán)水處理工藝的中間環(huán)節(jié)，主要將處理后的濁環(huán)水從平流吸水井提升至DC2、DC3、DC7吸水井。

2 系統(tǒng)運(yùn)行分析

工藝流程中，上塔系統(tǒng)包括平流上塔和加熱爐上塔兩個(gè)泵組系統(tǒng)（位于平流泵站），用于將旋流井提升后、經(jīng)過(guò)稀土磁盤(pán)處理的水提升到熱軋濁環(huán)冷卻塔。經(jīng)冷卻塔冷卻后的水自流到熱軋濁環(huán)吸水井，再由熱軋濁環(huán)泵組加壓供給熱軋生產(chǎn)線。

正常生產(chǎn)過(guò)程中，由于熱軋用水量隨軋鋼節(jié)奏不斷大幅變化，造成熱軋濁環(huán)吸水井液位波動(dòng)較大。為了保證吸水井液位安全，原循環(huán)系統(tǒng)在平流上塔泵組干管設(shè)有電動(dòng)回流調(diào)節(jié)閥。日常運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)人工監(jiān)控液位、人工調(diào)整回流閥、啟停上塔泵等手段來(lái)保證熱軋濁環(huán)吸水井液位處于安全合理的位置。

為了消除系統(tǒng)回流造成的能源浪費(fèi)，經(jīng)過(guò)可行性研究及相關(guān)論證，并結(jié)合永磁調(diào)速技術(shù)特點(diǎn)，在加熱爐上塔系統(tǒng)兩臺(tái)泵上實(shí)施永磁調(diào)速改造。

在水泵和電機(jī)之間加裝永磁調(diào)速裝置，以實(shí)現(xiàn)水泵調(diào)速。通過(guò)永磁調(diào)速裝置參與熱軋濁環(huán)吸水井的液位連鎖控制，最大程度的消除系統(tǒng)回流，降低能源浪費(fèi)。

3 永磁調(diào)速器的機(jī)構(gòu)原理及技術(shù)特性

3.1 結(jié)構(gòu)原理

圖1 熱軋濁環(huán)系統(tǒng)工藝流程

永磁調(diào)速器的結(jié)構(gòu)如圖2 所示，主要由兩部分組成，一部分是安裝在負(fù)載側(cè)的磁轉(zhuǎn)子，另一部分安裝在電機(jī)機(jī)側(cè)的銅轉(zhuǎn)子，銅轉(zhuǎn)子與動(dòng)力機(jī)轉(zhuǎn)速一致，在運(yùn)行過(guò)程中保持不變。其工作原理如圖 3所示，銅轉(zhuǎn)子和磁轉(zhuǎn)子可以自由地獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，當(dāng)銅轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，銅轉(zhuǎn)子與磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，交變磁場(chǎng)通過(guò)氣隙在銅轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流，同時(shí)渦流產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)相互作用，從而帶動(dòng)磁轉(zhuǎn)子沿著與銅轉(zhuǎn)子相同的方向旋轉(zhuǎn)，結(jié)果是在負(fù)載側(cè)輸出軸上產(chǎn)生扭矩，從而帶動(dòng)負(fù)載做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)永磁體和銅導(dǎo)體之間的氣隙就可以控制傳遞扭矩的大小，從而獲得可調(diào)整的、可控制的、可以重復(fù)的負(fù)載轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

圖2 永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖

圖3 永磁調(diào)速原理圖

3.2 技術(shù)特性

可靠性高，維護(hù)成本低。無(wú)級(jí)平滑調(diào)速。通過(guò)對(duì)負(fù)載的轉(zhuǎn)速調(diào)整，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控?？赏ㄟ^(guò)控制器進(jìn)行控制，可接受壓力、流量、液位等控制信號(hào)。安裝方便，適應(yīng)于各種嚴(yán)酷工作環(huán)境。無(wú)機(jī)械鏈接、減輕振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)和負(fù)載間無(wú)機(jī)械鏈接的傳動(dòng)方式，大幅減輕系統(tǒng)振動(dòng)，延長(zhǎng)系統(tǒng)設(shè)備壽命，提高可靠性。

4 技術(shù)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)

4.1 控制原則

永磁調(diào)速改造完成后，保留原回流閥調(diào)節(jié)功能，永磁調(diào)速裝置、回流閥共同參與熱軋濁環(huán)吸水井液位控制。控制模式分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，自動(dòng)模式控制原則如下：

4.1.1 原回流閥正常處于全關(guān)狀態(tài)。

4.1.2 兩臺(tái)永磁調(diào)速裝置根據(jù)熱軋濁環(huán)吸水井液位自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。

4.1.3 當(dāng)兩臺(tái)永磁調(diào)速裝置無(wú)法滿足液位控制需求時(shí)，回流閥自動(dòng)參與液位控制。

4.1.4 當(dāng)永磁調(diào)速裝置、回流閥調(diào)節(jié)功能發(fā)揮到最大仍無(wú)法滿足液位控制時(shí)，靠人工啟停平流系統(tǒng)泵的方式保證液位安全。

4.2 控制與反饋信號(hào)

永磁調(diào)速裝置共有4 路模擬量信號(hào)（均為4～20mA 信號(hào)）需參與系統(tǒng)運(yùn)行與控制,各信號(hào)在就地操作箱已預(yù)留接口。

4.2.1 執(zhí)行器給定（1 路）：用于控制水泵轉(zhuǎn)速，由用戶(hù)自動(dòng)控制系統(tǒng)給出。

4.2.2 反饋信號(hào)（3 路）：分別為執(zhí)行器反饋（0～100%）、負(fù)載轉(zhuǎn)速和裝置溫度，需顯示在用戶(hù)上位監(jiān)控畫(huà)面，其中溫度信號(hào)參與永磁調(diào)速裝置報(bào)警和停機(jī)聯(lián)鎖（高于95 ℃報(bào)警，高于125 ℃停機(jī)）。

4.3 液位控制邏輯

4.3.1 根據(jù)熱軋濁環(huán)吸水井液位控制需求，設(shè)定上限液位和標(biāo)準(zhǔn)液位兩個(gè)值：上限6.8 m，標(biāo)準(zhǔn)液位6.0 m。

4.3.2 永磁調(diào)速裝置的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍可以設(shè)定高低限值。

4.3.3 兩臺(tái)加熱爐上塔泵在調(diào)速控制中，共同參與調(diào)節(jié)，液位低于6.0 m 時(shí)，加速；高于6.0 m 時(shí)，降速；液位達(dá)到6.8 m 時(shí)，回流閥參與調(diào)速（高于6.8 m時(shí)，開(kāi)閥；降至6.0 m時(shí)，關(guān)閥）。

4.3.4 當(dāng)以上自動(dòng)控制無(wú)法滿足液位需求時(shí)，由運(yùn)行人員采取啟停平流泵方式將液位控制在安全范圍內(nèi)。

4.3.5 熱軋濁環(huán)吸水井設(shè)置3 套液位計(jì)，為了保證液位控制的可靠性，液位聯(lián)鎖值采取三選二方式。參見(jiàn)圖4、圖5所示。

圖4 永磁調(diào)速裝置啟動(dòng)流程圖（調(diào)速裝置軟件流程圖）

圖5 永磁調(diào)速裝置控制系統(tǒng)圖

4.4 其他設(shè)計(jì)要求

4.4.1 液位控制方式改變后，在保證液位安全的前提下優(yōu)先采用自動(dòng)控制模式，運(yùn)行人員要加強(qiáng)對(duì)熱軋濁環(huán)吸水井的液位監(jiān)控，自動(dòng)調(diào)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題或無(wú)法滿足液位調(diào)控時(shí)及時(shí)采取有效措施保證液位安全。

4.4.2 永磁調(diào)速裝置投入后，對(duì)于液位自動(dòng)控制中存在問(wèn)題，及時(shí)記錄、匯總并反饋，逐步完善達(dá)到穩(wěn)定調(diào)節(jié)。

4.4.3 永磁調(diào)速液位控制方式運(yùn)行穩(wěn)定后，將液位控制相關(guān)內(nèi)容納入崗位操作規(guī)程。

5 應(yīng)用效果及結(jié)論

永磁調(diào)速技術(shù)在該熱軋濁環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用，永磁調(diào)速設(shè)備各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，系統(tǒng)節(jié)電率達(dá)到18%，實(shí)現(xiàn)年節(jié)電收益39 萬(wàn)元，并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各環(huán)節(jié)水量平衡的自動(dòng)調(diào)節(jié)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率及穩(wěn)定性。

基于永磁調(diào)速技術(shù)在熱軋濁環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能中的應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)于系統(tǒng)流程長(zhǎng)、提升環(huán)節(jié)多、水量波動(dòng)大的循環(huán)水工藝流程，可考慮應(yīng)用永磁調(diào)速技術(shù)對(duì)系統(tǒng)提升泵進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)“穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)”運(yùn)行。