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 工藝流程簡介

某鋼廠軋機濁環(huán)系統(tǒng)采用“旋流井+稀土磁盤+平流隔油池+磁力壓榨機”水處理工藝（如圖1），工藝流程較長，流程中涉及旋流井提升、平流提升兩級提升系統(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泵組系統(tǒng)（位于平流泵站），用于將旋流井提升后、經(jīng)過稀土磁盤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)有電動回流調(diào)節(jié)閥。日常運行過程中，通過人工監(jiān)控液位、人工調(diào)整回流閥、啟停上塔泵等手段來保證熱軋濁環(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，經(jīng)過可行性研究及相關(guān)論證，并結(jié)合永磁調(diào)速技術(shù)特點，在加熱爐上塔系統(tǒng)兩臺泵上實施永磁調(diào)速改造。

在水泵和電機之間加裝永磁調(diào)速裝置，以實現(xiàn)水泵調(diào)速。通過永磁調(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。

3 永磁調(diào)速器的機構(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，一部分是安裝在負載側(cè)的磁轉(zhuǎn)子，另一部分安裝在電機機側(cè)的銅轉(zhuǎn)子，銅轉(zhuǎn)子與動力機轉(zhuǎn)速一致，在運行過程中保持不變。其工作原理如圖 3所示，銅轉(zhuǎn)子和磁轉(zhuǎn)子可以自由地獨立旋轉(zhuǎn)，當(dāng)銅轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，銅轉(zhuǎn)子與磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對運動，交變磁場通過氣隙在銅轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流，同時渦流產(chǎn)生感應(yīng)磁場與永磁場相互作用，從而帶動磁轉(zhuǎn)子沿著與銅轉(zhuǎn)子相同的方向旋轉(zhuǎn)，結(jié)果是在負載側(cè)輸出軸上產(chǎn)生扭矩，從而帶動負載做旋轉(zhuǎn)運動。通過調(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)的負載轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)負載轉(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，維護成本低。無級平滑調(diào)速。通過對負載的轉(zhuǎn)速調(diào)整，實現(xiàn)高效節(jié)能。自動控制、遠程監(jiān)控?？赏ㄟ^控制器進行控制，可接受壓力、流量、液位等控制信號。安裝方便，適應(yīng)于各種嚴(yán)酷工作環(huán)境。無機械鏈接、減輕振動，實現(xiàn)電動機和負載間無機械鏈接的傳動方式，大幅減輕系統(tǒng)振動，延長系統(tǒng)設(shè)備壽命，提高可靠性。

4 技術(shù)應(yīng)用方案設(shè)計

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?？刂颇Ｊ椒譃槭謩雍妥詣觾煞N模式，自動模式控制原則如下：

4.1.1 原回流閥正常處于全關(guān)狀態(tài)。

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

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

4.1.4 當(dāng)永磁調(diào)速裝置、回流閥調(diào)節(jié)功能發(fā)揮到最大仍無法滿足液位控制時，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

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

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

4.2.2 反饋信號（3 路）：分別為執(zhí)行器反饋（0～100%）、負載轉(zhuǎn)速和裝置溫度，需顯示在用戶上位監(jiān)控畫面，其中溫度信號參與永磁調(diào)速裝置報警和停機聯(lián)鎖（高于95 ℃報警，高于125 ℃停機）。

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，加速；高于6.0 m 時，降速；液位達到6.8 m 時，回流閥參與調(diào)速（高于6.8 m時，開閥；降至6.0 m時，關(guān)閥）。

4.3.4 當(dāng)以上自動控制無法滿足液位需求時，由運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，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。參見圖4、圖5所示。

圖4 永磁調(diào)速裝置啟動流程圖（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)先采用自動控制模式，運行人員要加強對熱軋濁環(huán)吸水井的液位監(jiān)控，自動調(diào)節(jié)出現(xiàn)問題或無法滿足液位調(diào)控時及時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，對于液位自動控制中存在問題，及時記錄、匯總并反饋，逐步完善達到穩(wěn)定調(diào)節(jié)。

4.4.3 永磁調(diào)速液位控制方式運行穩(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)備各項運行參數(shù)穩(wěn)定，系統(tǒng)節(jié)電率達到18%，實現(xiàn)年節(jié)電收益39 萬元，并實現(xiàn)了系統(tǒng)各環(huán)節(jié)水量平衡的自動調(diào)節(jié)，提高了系統(tǒng)運行效率及穩(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)用實踐，對于系統(tǒng)流程長、提升環(huán)節(jié)多、水量波動大的循環(huán)水工藝流程，可考慮應(yīng)用永磁調(diào)速技術(shù)對系統(tǒng)提升泵進行改造，實現(xiàn)系統(tǒng)“穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟”運行。