給排水設計2010年第31卷第4期8月20日出版Pharmaeuteal Engine yingDe 2616,314醫(yī)藥工程設計 ，53 ，變頻節(jié)能在循環(huán)水系統(tǒng)中的應用朱燕(. 上海亞新工程顧問有限公司，上海200042 )摘要以某鋼鐵廠循環(huán)水系統(tǒng)變頻節(jié)能設計為例，通過變頻調速器組成的工業(yè)智能化控制技術的應用，對節(jié)電效果作了對比和論述。(關鍵詞鋼鐵廠;循環(huán)水;智能化控制;變頻調速;節(jié)能降耗中圖分類號: TF085文獻標識碼: A文章編號: 1008-455X(2010) 04-0053-05Application of Frequency Conversion Energy Saving Technique in WaterCycle Systemzhu yanShanghai Maa Engineering Consultants (Shanghai) Co., Ltd Shanghai, 200042Abstract: Exampled with energy saving design for the water cycle system in one steel plant and the application of industrial intelligentcontrol technology composed with frequency converter, the effect of power saving was stated and co MPared.Keywords: steel plant; cycle water; itelligent control; frequency conversion; energy saving and consumption reduction1前言2.1.1循環(huán)冷卻水工藝流程 (見圖1 )進入二十一世紀以來，全球能源資源日趨緊張,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)一般有用水設備、 冷卻塔、集因此，節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本已是企業(yè)管理的首水設施(集水池或塔盤)、循環(huán)水泵、循環(huán)水處理裝要工作，同時，也是件利國利民利企業(yè)的大好事。置(旁濾加藥裝置等)、補充水管、循環(huán)水管等組成。工業(yè)自動化控制和管理技術在工礦企業(yè)節(jié)能降冷卻塔型采用GNZF-2500X4-01型逆流式非標耗項目中的應用越來越廣泛。它作為一種較為成熟準型無底鋼結構玻璃鋼中溫冷卻塔，四臺組合。每的高科技產(chǎn)品，具有性能穩(wěn)定，操作方便，節(jié)能效臺冷卻塔冷卻水量2500 m/h,進塔溫度t 1=43 C,果明顯等優(yōu)點。因此，采用工業(yè)自動化監(jiān)控系統(tǒng)技出塔溫度t2=33C,溫差△t=10C, 配電機N= 110術及計算機管理已成為現(xiàn)代企業(yè)最重要的管理手段。kW/臺在冷卻塔下面設置2000m3鋼筋混泥土水池它可以大量的節(jié)省人力、能源、降低設備故障率、座。提高設備運行效率、延長設備使用壽命、減少維護設置五臺冷卻水循環(huán)水泵KOSW型雙吸離心泵及營運成本，提高企業(yè)總體運作管理水平。(四用- -備)，水泵參數(shù)為: Q=2500 m3/h、 H=60 m、2需求分析.N=560 kW、n=1480 r/ min、I =87 %。2.1項目概況設置二臺旁濾循環(huán)水泵，水泵參數(shù)為: Q= -500 m3某大型鋼鐵廠項目循環(huán)冷卻水量10000m/h,/h、H=17m、N=37 kW、n=1450 r/min、JI =79 %。(一需冷卻塔和循環(huán)水泵等-套,設備功率大,電耗很高，備一用)與過濾池配套使用。是該企業(yè)的用電大戶。為此對該系統(tǒng)進行了分析。由于考慮豎氣位中時中國煤化工轉、故設置一臺柴油機泵。收稿日期: 2010-04-20柴油機泵TYHCNMHG-60 m。作者簡介:朱燕(1963-),女工程師。主要從事給排水專業(yè)審圖工作。Tel : 021-61203100-405 1 E-mail : yan.zhu@sh.macconsultants.com二臺45 kW排污泵和加藥系統(tǒng)等組成，對生產(chǎn)54.醫(yī)藥工程設i計t2010年第31卷第4期8月20日出版Pharmaceutical & Engineering Design 2010. 31(4)00000 nrh- 0-500 n/r43品中電中I-1工-2I-3T-4 .INPO環(huán)水2000m。38n/n管管qφφφ,0N350_DNI50_-2-5國51m10-2500 H-6 N-560F-7.P.e 421020-50500 H1s5nN-4計量環(huán)P-154-414幫21 140-40r/ H=15m5-1(-10--單味I 0-00圖1工 藝流程圖線提供工藝保證。拉小車”的現(xiàn)象，造成很大的電能浪費。因此，采2.1.2根據(jù)生產(chǎn)情況常開、 全年300天開機，日工用合理的方式對其進行節(jié)能設計很有必要。作24h,峰、谷、平平均電費0.62元。2.2.3水泵的流量Q、 揚程H、功率P與轉速n又2.2 節(jié)能原理存在如下關系:2.2.1隨著工業(yè)自動化控制和管理技術日趨成熟,Q∞n H∞n2 P=QxH采用人機界面、PLC可編程控制器、DDC現(xiàn)場控制所以: P∞n',曲線關系如圖2所示:器和變頻調速器組成的工業(yè)智能化控制技術在各個從流體力學原理知道，風機風量、水泵流量(風生產(chǎn)領域得到了廣泛應用，其中,變頻調速器以節(jié)能、機與水泵負載同屬流體，因而其原理一致) 與轉速安全、高品質等優(yōu)點,在實際應用中得到了很大發(fā)展，及電機功率的關系，即:風量(流量)Q與轉速n隨著電子技術的飛速發(fā)展，變頻調速器的功能也越的一次方成正比;風壓(揚程)H與轉速n的二次.來越強，尤其充分利用變頻調速器內置的PID調節(jié)方成正比;軸功率PS與轉速n的三次方成正比;月功能，在合理設計變頻調速設備，保證正常生產(chǎn)等以下關系式表示:方面有著非常重要意義。Q∞n Hσn2 Ps∞n°2.2.2由于企業(yè)的用水量隨生產(chǎn)狀況的變化而變化，從圖3中可以看出,當用水量為Q1時，與用水因此，循環(huán)水流量也非線性地變化。通常情況下，管路特性曲線1相交于A點，當流量減少到Q2時,水壓波動較大，即循環(huán)冷卻水系統(tǒng)當車間用水量大如采用風門門或閥門的開度進行控制，則與用水管路時管網(wǎng)壓力會迅速下降，而車間停止或減少用水量特性曲線2相交于B點;如采用轉速變頻控制，使時，管網(wǎng)壓力又會急速上升，間接的流量改變導致工作點由A點移到C點，泵的揚程由H1降為H3,管網(wǎng)壓力改變，造成了循環(huán)泵的輸出功率損失，從BC段即為節(jié)而使循環(huán)泵組本身的效率降低，增加了電能的消耗當所需流中國煤化工其功率按HCNMHG和設備的機械磨損。設計中一般以車間生產(chǎn)滿負荷轉速的三次方1m中c1mI里刀壩定流量的80%，為設計點，所以，在大部分的時間中就存在“大馬則轉速也下降為額定轉速的80%,而軸功率則下降2010年第31卷第4期8月20日出版Pharmaentel Engnerngeig20,34醫(yī)藥 工程設計，55Q,H, P判斷，采用最優(yōu)化的控制手段并結合現(xiàn)代計算機技功率關系、!風量關系術對各系統(tǒng)設備進行全面有效的監(jiān)控和管理，使各子系統(tǒng)設備始終處于有條不紊、協(xié)同一致的高效、壓力關系有序狀態(tài)下運行，以確保企業(yè)內舒適和安全的環(huán)境。盡量節(jié)省能耗和日常管理的各項費用，保證系統(tǒng)充分運行，使投資能得到一個良好的回報。3.2 系統(tǒng)監(jiān)控范圍對冷卻水泵監(jiān)控系統(tǒng)的運行工況進行監(jiān)視、控制、測量與記錄。對加藥系統(tǒng)按時間定時加藥;對圖2 n與Q、H、P間的關系排污泵、柴油機泵控制;并對水泵，風機等機電設H，備進行變頻控制使其省電并合理運行設備。確保設備節(jié)能及延長壽命。tB3.3冷卻水泵房監(jiān)控系統(tǒng)的配置及控制功能圖，見H圖43.4控制方法(1)自動啟停:根據(jù)事先排定的工作及節(jié)假日H3\n作息時間表，啟停冷卻水泵、電動碟閥、通用控制器、in冷卻塔風機。Q2(2)冷卻水泵臺數(shù)控制:根據(jù)冷卻水供/回水]3 風機、水泵調速節(jié)電原理圖溫度和冷卻水泵的運行狀況，自動計算實際所需冷為額定功率的51.2%;若所需流量為額定流量的50負荷量。根據(jù)實際所需冷負荷量，自動調整冷卻水.%時，軸功率可以下降為額定功率的12.5%。可見，泵運行臺數(shù)，達到最佳節(jié)能的目的。(3)冷卻塔控制:根據(jù)冷卻水溫度，自動控制采用變頻調速的方式其節(jié)電效果是非?？捎^的。冷卻塔的運行臺數(shù)或旁通閥調節(jié)閥開度，冷卻塔風根據(jù)理論和大量的實際應用范例證明，風機、機數(shù)量控制，保證冷卻水溫度在設定范圍內。水泵的節(jié)電率可達25% ~ 65 %。(4)加藥量控制:根據(jù)時間間隔,自動控制加2.2.4本方案將針對冷卻循環(huán)由冷卻水泵房中設藥量。備的自動控制進行設計，自動控制系統(tǒng)采用了(5)故障報警:自動監(jiān)測機組、水泵、冷卻塔Honeywell (霍尼韋爾)公司的Alerton (艾頓)系統(tǒng)的運行狀態(tài)。冷卻水，冷卻水溫度、壓差超限報警，來實現(xiàn)工業(yè)自動化控制。根據(jù)要求，Alerton(艾頓)系統(tǒng)將對冷卻循環(huán)機組、水泵、冷卻塔故障過載報警。(6)VVF控制:系統(tǒng)監(jiān)測末端的供回水壓差,系統(tǒng)的各種機電設備的運行及開關狀態(tài)實行全時間與設定值進行比較，調整冷卻水泵的運轉頻率維持的自動監(jiān)測或控制，避免了人為的不及時。并同時壓差設定值，保證末端的充足水量。收集、記錄、保存及分析管理有關系統(tǒng)的重要信息(7)顯示/記錄:動態(tài)顯示機組、水泵、冷卻.及數(shù)據(jù)，達到提高設備運行效率，節(jié)能，節(jié)省人力，塔及相關設備的運行狀態(tài)和報警信息，自動記錄系安全延長設備壽命的目的。統(tǒng)數(shù)據(jù)。2.3系統(tǒng)特點(8)與BA通訊:監(jiān)控系統(tǒng)可通過Alerton與可靠性.先進性、擴展及靈活性、開放及兼容性、BA系統(tǒng)雙向傳遞數(shù)據(jù)。簡潔性和全球應用。(9)保護控制:冷卻水泵啟動后，水流開關檢3系統(tǒng)設置總則測水流狀態(tài)，”中國煤化工冷卻水泵運行3.1冷卻水泵房監(jiān)控系統(tǒng)的設計目標:時如發(fā)生故障|YHCNM HG設計冷卻水泵房監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的在于將企4效益分析業(yè)內各種機電設備的信息進行分析、歸類、處理、4.1 理論分析.56.醫(yī)藥工程設i計2010年第31卷第4期8月20日出版Pharmaceutical & Engineering Design 2010. 31(4)生產(chǎn)用水設備φ中Ba冷I水.池|o劃冷|水池⑥_回水壓采祥點水位采祥點冷卻塔風扇控制柜16旁越水泵控制相冷卻水泵控制柜柴油機泵控制柜門加藥泵控制柜 .0234023451234EV一市布-NEY市布希本(確6中中中中國雄修，月控制茶起助IOIC發(fā)暑C些0CDE院圖4冷卻水泵房監(jiān)控系統(tǒng)配置及控制功能圖表水泵、 風機變頻調速后的節(jié)電效果S耗電= 560 kW x 80 %x24 hx300 dx0.62(元/度)流量Q( %)00 9(8070605040x4臺=7999488(元/年) (無變頻用電)轉速n(%)00 905((2)旁濾水泵頻率/Hz50 440S2=37 kWx80 %x 24 hx300 dx37.8 %x0.62 (元軸功率P( %)0073513422136.5/度) x1臺=49946.80 (元/年)(變頻省電)節(jié)電率N( %)0219 6679 87 93.5S耗電=37 kW x80 % x24 h x300dx0.62(元/度)壓力H( %)006436 25 16x1臺=132134.4 (元/年) (無變頻用電)(3)冷卻塔節(jié)電來源有二個方面組成:風機的實際平均運行頻率在40Hz左右，就完全4.1.1智能變頻裝置的節(jié)能能滿足工況的需要。在此種狀態(tài)下運行，電機的節(jié)使用智能變頻裝置本身的節(jié)電(定頻43Hz)。電效果約為51.2%。全年4臺開225天(去冬季自從測試的數(shù)據(jù)和電機實時運行情況來看，電機的負然冷卻)。荷率小于80 %,那么，電機的實際平均運行頻率在S;=110kW x0.8x 24 hx225x0.512x0.62x443Hz左右，就完全能滿足工況的需要。在此種狀態(tài)=603390 (元/年)(變頻省電)下運行，電機的節(jié)電效果約為37.8 %，電費單價按S電= 110 kWx80 %x24 hx225 dx0.62(元/度)平均0.62元/度計。x4臺=1178496 (元/年) (無變頻用電)(1)循環(huán)水泵s定頻節(jié)電中國煤化工S-=560kWx80%x24hx300dx37.8%HCNMHG3390x0.62(元/度)x4臺=3677143.26 (元/年)=3023806.46 (元/年)(變頻省電)2010年第31卷第4期8月20日出版Pharmaeuteal Engine yingDe 2616,314醫(yī)藥工程設計 .57.定頻節(jié)電不能接點最大化和不能滿足工況。S'= OX 0.2S=S.+Sp+ S.+S。4.1.2自 動化控制裝置的節(jié)能=2703426.96 (元)自動控制裝置使不該投人設備自動地予以切除△X 1S=4143334.80 (元)所節(jié)約的電能。該項節(jié)能取一一個系數(shù):設其為△X,△X 1S-OX 0.2S= 1439907.84(人工參與和自動△X在0~1之間變化，其大小取決于人工管理的參化之差)與程度。當用人工切換- -臺或二臺泵時，也總有一總計全年總節(jié)電費(人工參與):個延遲時間，而這段時間就是用自動控制裝置達到S= S'+S2+Sz =2703426.96 + 49946.80 + 603390節(jié)能的部分。若△X取0.2時(如果人工完全不參=3356763.76 (元)與時，△X=1)， 每天開機24h，全年工作300天，如節(jié)能自動化后冷卻泵頻率小于43 Hz，△X大電費單價按0.62元計。假設該系統(tǒng)有35%的時間于0.2等于1時，全年節(jié)電在500萬之上而且能夠開4臺泵、45%開3臺泵、15%開2臺、5%開1臺,匹配工況。則計算節(jié)能如下所示:4.2 投資費用(1)使用四臺泵時每年可節(jié)約電費:(1)自動化系統(tǒng): 35.65萬;S_=4臺43Hz變頻x35%(2)循環(huán)水泵高壓變頻: 60萬x4套= 240萬;=560 kW x80 %x 24 hx300x37.8 %x0.62x35 %x4(3)冷卻塔風機變頻: 30萬x4套= 120 萬;=264583.07 x30 %x4(4)旁濾水泵低壓變頻: 19萬;=1058332.26(元) OX=1 時1058332.26 (元)(5)合計: 414.65萬。(2)使用三臺泵時每年可節(jié)約電費:注:以上價格不包括安裝調試費,技術服務費及部分電動閥門。Sg=(3臺43Hz變頻+1臺停機x△X)45%節(jié)省人員:按四班三運轉計，每班節(jié)省二二從以上數(shù)據(jù)可以看出,如果設備費加上安裝調試費,技術服務費等，AX=0.2最多-年半時間可以收回投資。=( 560 kWx80 %x 24 hx 300 dx37.8 %x0.62x35總結+560 kWx 80 %x24 hx 300 dx 0.62 x0.2) 45 %綜上所述，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)通過節(jié)能自控后,=1200523.16 (元) AX=1 時1920477.08 (元)節(jié)電效果顯著，水泵運行實現(xiàn)自動化更符合工藝需(3)使用二臺泵時每年可節(jié)約電費:S.=(2臺45Hz變頻+2臺停機x OX) 15 %要。本系統(tǒng)能夠根據(jù)系統(tǒng)壓力、溫度、流量的需要自動加減工頻泵的運行數(shù)量，同時，使設備的啟動運行得以改善，壓力控制在0.60~0.70 MPa之間,=(560x80%x24x300x37.8%x0.62x2減少對電網(wǎng)的沖擊，實現(xiàn)完全自動化按需所供的冷+560x 80%x 24x 300x0.62x2x0.2) 15 %卻的工藝，從而延長了設備的使用壽命，減少人工=346777.80 (元)△X=1時826747.08 (元)和設備維護費用。因此，該方案是切實可行的。(4)使用一臺泵時每年可節(jié)約電費:Sj=(1臺45Hz變頻+3臺停機x△X) 5%參考文獻: .△X=0.2=(560x80%x24x300x37.8%x0.62[1] 張選正，張金遠編著.變頻器應用經(jīng)驗[M].北京:中國電力出版+560x 80 %x 24x 300x 0.62x3x0.2) 5 %社，2006.[2] < 鋼鐵企業(yè)電力設計手冊>編委會.鋼鐵企業(yè)電力設計手冊[M].=97793.74 (元) AX=1時337778.38 (元)北京:北京冶金工業(yè)出版社, 2008.560 kW電機全年總節(jié)電費:中國煤化工MYHCNMHG