永磁调速技术在热轧浊环水系统节能中的应用

王旭旦，杨亚辉，赵大同，薛冬晨

（北京首钢股份有限公司,河北迁安 064404）

1 工艺流程简介

某钢厂轧机浊环系统采用“旋流井+稀土磁盘+平流隔油池+磁力压榨机”水处理工艺（如图1），工艺流程较长，流程中涉及旋流井提升、平流提升两级提升系统，其中平流提升系统为热轧浊环水处理工艺的中间环节，主要将处理后的浊环水从平流吸水井提升至DC2、DC3、DC7吸水井。

2 系统运行分析

工艺流程中，上塔系统包括平流上塔和加热炉上塔两个泵组系统（位于平流泵站），用于将旋流井提升后、经过稀土磁盘处理的水提升到热轧浊环冷却塔。经冷却塔冷却后的水自流到热轧浊环吸水井，再由热轧浊环泵组加压供给热轧生产线。

正常生产过程中，由于热轧用水量随轧钢节奏不断大幅变化，造成热轧浊环吸水井液位波动较大。为了保证吸水井液位安全，原循环系统在平流上塔泵组干管设有电动回流调节阀。日常运行过程中，通过人工监控液位、人工调整回流阀、启停上塔泵等手段来保证热轧浊环吸水井液位处于安全合理的位置。

为了消除系统回流造成的能源浪费，经过可行性研究及相关论证，并结合永磁调速技术特点，在加热炉上塔系统两台泵上实施永磁调速改造。

在水泵和电机之间加装永磁调速装置，以实现水泵调速。通过永磁调速装置参与热轧浊环吸水井的液位连锁控制，最大程度的消除系统回流，降低能源浪费。

3 永磁调速器的机构原理及技术特性

3.1 结构原理

图1 热轧浊环系统工艺流程

永磁调速器的结构如图2 所示，主要由两部分组成，一部分是安装在负载侧的磁转子，另一部分安装在电机机侧的铜转子，铜转子与动力机转速一致，在运行过程中保持不变。其工作原理如图 3所示，铜转子和磁转子可以自由地独立旋转，当铜转子旋转时，铜转子与磁转子产生相对运动，交变磁场通过气隙在铜转子上产生涡流，同时涡流产生感应磁场与永磁场相互作用，从而带动磁转子沿着与铜转子相同的方向旋转，结果是在负载侧输出轴上产生扭矩，从而带动负载做旋转运动。通过调节永磁体和铜导体之间的气隙就可以控制传递扭矩的大小，从而获得可调整的、可控制的、可以重复的负载转速，实现负载转速的调节。

图2 永磁调速器结构图

图3 永磁调速原理图

3.2 技术特性

可靠性高，维护成本低。无级平滑调速。通过对负载的转速调整，实现高效节能。自动控制、远程监控。可通过控制器进行控制，可接受压力、流量、液位等控制信号。安装方便，适应于各种严酷工作环境。无机械链接、减轻振动，实现电动机和负载间无机械链接的传动方式，大幅减轻系统振动，延长系统设备寿命，提高可靠性。

4 技术应用方案设计

4.1 控制原则

永磁调速改造完成后，保留原回流阀调节功能，永磁调速装置、回流阀共同参与热轧浊环吸水井液位控制。控制模式分为手动和自动两种模式，自动模式控制原则如下：

4.1.1 原回流阀正常处于全关状态。

4.1.2 两台永磁调速装置根据热轧浊环吸水井液位自动调节水泵转速。

4.1.3 当两台永磁调速装置无法满足液位控制需求时，回流阀自动参与液位控制。

4.1.4 当永磁调速装置、回流阀调节功能发挥到最大仍无法满足液位控制时，靠人工启停平流系统泵的方式保证液位安全。

4.2 控制与反馈信号

永磁调速装置共有4 路模拟量信号（均为4～20mA 信号）需参与系统运行与控制,各信号在就地操作箱已预留接口。

4.2.1 执行器给定（1 路）：用于控制水泵转速，由用户自动控制系统给出。

4.2.2 反馈信号（3 路）：分别为执行器反馈（0～100%）、负载转速和装置温度，需显示在用户上位监控画面，其中温度信号参与永磁调速装置报警和停机联锁（高于95 ℃报警，高于125 ℃停机）。

4.3 液位控制逻辑

4.3.1 根据热轧浊环吸水井液位控制需求，设定上限液位和标准液位两个值：上限6.8 m，标准液位6.0 m。

4.3.2 永磁调速装置的转速调节范围可以设定高低限值。

4.3.3 两台加热炉上塔泵在调速控制中，共同参与调节，液位低于6.0 m 时，加速；高于6.0 m 时，降速；液位达到6.8 m 时，回流阀参与调速（高于6.8 m时，开阀；降至6.0 m时，关阀）。

4.3.4 当以上自动控制无法满足液位需求时，由运行人员采取启停平流泵方式将液位控制在安全范围内。

4.3.5 热轧浊环吸水井设置3 套液位计，为了保证液位控制的可靠性，液位联锁值采取三选二方式。参见图4、图5所示。

图4 永磁调速装置启动流程图（调速装置软件流程图）

图5 永磁调速装置控制系统图

4.4 其他设计要求

4.4.1 液位控制方式改变后，在保证液位安全的前提下优先采用自动控制模式，运行人员要加强对热轧浊环吸水井的液位监控，自动调节出现问题或无法满足液位调控时及时采取有效措施保证液位安全。

4.4.2 永磁调速装置投入后，对于液位自动控制中存在问题，及时记录、汇总并反馈，逐步完善达到稳定调节。

4.4.3 永磁调速液位控制方式运行稳定后，将液位控制相关内容纳入岗位操作规程。

5 应用效果及结论

永磁调速技术在该热轧浊环水系统的应用，永磁调速设备各项运行参数稳定，系统节电率达到18%，实现年节电收益39 万元，并实现了系统各环节水量平衡的自动调节，提高了系统运行效率及稳定性。

基于永磁调速技术在热轧浊环水系统节能中的应用实践，对于系统流程长、提升环节多、水量波动大的循环水工艺流程，可考虑应用永磁调速技术对系统提升泵进行改造，实现系统“稳定、高效、经济”运行。