7#高炉渣处理粒化供水泵变频改造研究

颜志婷

(湖南涟钢工程技术有限公司，湖南 娄底 417000)

7#高炉渣处理粒化供水泵变频改造研究

颜志婷

(湖南涟钢工程技术有限公司，湖南 娄底 417000)

本文针对变频调速技术在水泵调速节能方面的应用做了相应介绍。对7#高炉2条渣处理线的2台粒化供水泵进行变频改造设计，解决了渣处理线补水量过大的问题，以达到节能的目的。

7#高炉渣处理线；变频调速；粒化供水泵；流量；节能改造

目前，水泵在我国工业生产和产品加工制造领域中有着相当广泛的应用，行业涉及电力、钢铁冶金、煤炭、石油化工、供水、污水处理等，是工业生产现场应用最多的设备之一。总装机容量大，年耗电量大，为能源消耗大户。但总体来说，电机驱动系统的能源利用率却比较低。

在水泵设计选型时，一般都是根据最高日最高时最不利点参数选定电机的型号。为满足生产可靠性的基本要求，水泵电机的配用电力驱动系统在设计时要流出裕量。但这种处理方式只适用于水泵电动机处于高负荷运转状态下，一旦处于非高负荷运转状态，则多余的力矩会出现有效功率的消耗。结果是水泵的无功功率浪费严重，导致线路损耗和设备发热程度加重，电网功率因数降低，设备使用效率低下，系统的安全性和可靠性变差。电机的功耗增大，设备维护成本高，造成能源的巨大浪费。而随着市场竞争的不断加剧，节能降耗已成为降低生产成本、提高产品竞争力的重要手段之一。

1 分析与研究

改变供水泵水流量的方法主要有两种：一是确保水泵电动机的转速处于恒定状态，而后调节入口或出口挡板、阀门的开启角度来调节和控制输出流量，这也是工艺上传统的调速方式。水泵电机恒转矩负载在没有调速的情况下，要求改变流量时，只能通过机械调整挡板、阀门开启角度的方式。虽然此时流量下降了，但泵出口压力升高，大量的能量消耗在挡板、阀门的截流过程中，功率下降并不明显。近似成为恒功率负载，造成电源利用率低，耗电量增大且其电能消耗以及挡板、阀门的维护、维修成本也是一笔不小的生产成本开支。另一种改变水流量的方法是入口或出口的挡板、阀门的开启角度恒定，调节水泵电动机的转速。目前行业内广泛采用变频器来进行调速，以满足不同运行工况的要求。

变频器属于一种电能控制装置，基本原理是利用电力半导体器件的通断作用对工频电源进行频率转换。常见的变频器组成单元有7个部分，具体包括：制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元、整流、滤波、再次整流。为准确求得变频器调速的具体原理，得出关系式见公式(1)：

n=60f(1-S)/P

(1)

在公式(1)中，n代表转速；f为输入频率；S为电机转差率；P为电机磁极对数。由公式(1)可知，频率越高，电机转速越高，实际输出功率越大。频率越低，电机转速越慢，实际输出功率越小，因此，变频器也被称为节能器，目前在工业领域广泛应用。为达到节能的效果，变频器需要依据实际使用过程的具体负载情况做出电机速度的调整，通过调节电机输出功率来达到负载所需。运用变频器的调速技术能够有效控制水泵电动机的转速，最终达到流量与转速之间的均衡，有效控制水流量。既提高了机组效率，同时也减少损耗，达到节能的效果。对于水泵类负载情况的关系见公式(2)-(4)：

Q1=Q2(n1/n2)

(2)

H1=H2(n1/n2)2

(3)

N1=N2(n1/n2)3

(4)

公式(2)-(4)中，n代表电机转速；Q代表流量；H为扬程；N表示泵的轴功率。根据以上公式可以发现，供水泵流量与电机转速成正比，供水泵扬程与电机转速平方成正比，供水泵的轴输出功率与转速的立方成正比。从比例关系的情况分析可看出，电机转速调节对节能的效用显著。

对于水泵负载而言，采用变频调速改变电机转速的方法可行性较高，与传统的调节阀门的方式相比，优势表现在两个方面：其一，能够最大限度满足系统的工艺要求。其二，节能效果更好。基于此，采用变频器对水泵类电机进行调速是一项十分先进的调速、节能方案。

2 改造情况及效果

2.1 改造情况

炼铁厂7#高炉1#渣处理、2#渣处理两条渣处理线现各有3台(共6台)粒化供水泵。每条渣处理线的3台粒化供水泵的运行方式为2用1备。在实际生产过程中，每条渣处理线仅开启1台粒化供水泵运行时其补水量不能满足生产需求，但同时开启2台粒化供水泵运行时则其补水量超过生产需求，造成能源的浪费。粒化供水泵主要参数见表1。

表1 粒化供水泵主要参数表Tab.1 Main parameters table of granulated water pump

变频电机由于要承受高频磁场，所以其绝缘等级要比普通电机高，原则上普通电机是不能用变频器来驱动的。但在实际使用中，为了节约资金，在很多需要调速的场合都用普通电机代替变频电机。在调速精度不高的水泵的节能改造中经常这样做。

在此次改造中拟将7#高炉1#渣处理、2#渣处理相对应的3台粒化供水泵中的1#粒化供水泵改造成变频控制调速，以达到满足生产需求及节能的目的。此次改造是将普通电机改造为变频控制，但为了最大限度上满足运行安全的要求，要求对电动机安装独立的冷却风机，避免出现散热不足的问题。因此将改造粒化泵电机的原有风机拆除，改装成适合变频电机的风机，与变频器连锁运行，改善电机的散热问题。

此次设计电机电源来自各自对应的渣处理配电室，配电室无须考虑电源增容。因原有粒化供水泵的低压配电柜尺寸不能满足设计使用要求，此次设计粒化供水泵电源均在原有渣处理配电室低压侧引出后，在相对应的渣处理配电室预留配电柜位置各设1面低压变频柜。此次改造设计，电缆依旧采用2(YJV-0.6/1.0KV 3×185+1×90)敷设。电缆敷设方式与之前相同，采用沿电缆沟、桥架及穿钢管暗敷的敷设方式，敷设路径与之前相同。其相应的运行信号及控制信号在原有PLC系统上调整，并更改相应控制程序，将相对应的粒化供水泵在控制室的显示画面进行修改，以实现自动控制。

2.2 改造效果

目前单台电机电流为310 A左右，实施变频后电流平均值可控为220 A左右。目前7#高炉渣处理由2条渣处理线组成，实施2台(每条渣处理线1台)粒化供水泵电机变频改造后，1年电费可节约26.4万元 ，水费节约约16万元，获得了预期的效益。

3 结语

近几年来，变频调速在水泵中的应用发展很快，其节能效果也很明显。但影响变频调速节能效果的因素有很多，在变频调速改造中须对其影响因素综合考虑，以取得预期的节能效益。

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[2] 谭劲，陈元莉.影响水泵变频调速节能效果的因素探讨[J].中国给水排水， 2007，(10)：62-63.

[3] 沈亚辉.水泵变频调速在供水系统中的应用[J].中国给水排水，2006，(02):48-49.

[4] 戴文进，徐龙权，张景明.电机学[M].北京:清华大学出版社，2008.

Frequency conversion reconstruction of granulated water pump for 7# blast furnace slag

YAN Zhi-ting

(Hunan Liangang Engineering Technology Co., Ltd., Loudi 417000, China)

This paper introduces the application of variable frequency speed regulation technology in water pump speed regulation and energy saving. The design of frequency conversion modification of 2 granulating water supply pumps for 2 slag treatment lines of 7# blast furnace was carried out to solve the problem of excessive water supply in slag treatment line, so as to achieve the purpose of energy saving.

7# blast furnace slag; Frequency control; Granulated water pump; Flow; Energy-saving reconstruction

TM921.51

： A

： 1674-8646(2017)16-0042-02

2017-05-20

颜志婷(1985-)，女，工学学士，助理工程师。