給排水設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) ，53 ，變頻節(jié)能在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用朱燕(. 上海亞新工程顧問(wèn)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(shè)計(jì)為例，通過(guò)變頻調(diào)速器組成的工業(yè)智能化控制技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)節(jié)電效果作了對(duì)比和論述。(關(guān)鍵詞鋼鐵廠;循環(huán)水;智能化控制;變頻調(diào)速;節(jié)能降耗中圖分類號(hào): TF085文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 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(jiàn)圖1 )進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，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(shè)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(shè)施(集水池或塔盤(pán))、循環(huán)水泵、循環(huán)水處理裝要工作，同時(shí)，也是件利國(guó)利民利企業(yè)的大好事。置(旁濾加藥裝置等)、補(bǔ)充水管、循環(huán)水管等組成。工業(yè)自動(dòng)化控制和管理技術(shù)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(biāo)耗項(xiàng)目中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。它作為一種較為成熟準(zhǔn)型無(wú)底鋼結(jié)構(gòu)玻璃鋼中溫冷卻塔，四臺(tái)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(tái)冷卻塔冷卻水量2500 m/h,進(jìn)塔溫度t 1=43 C,果明顯等優(yōu)點(diǎn)。因此，采用工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)技出塔溫度t2=33C,溫差△t=10C, 配電機(jī)N= 110術(shù)及計(jì)算機(jī)管理已成為現(xiàn)代企業(yè)最重要的管理手段。kW/臺(tái)在冷卻塔下面設(shè)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(shè)備故障率、座。提高設(shè)備運(yùn)行效率、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、減少維護(hù)設(shè)置五臺(tái)冷卻水循環(huán)水泵KOSW型雙吸離心泵及營(yíng)運(yùn)成本，提高企業(yè)總體運(yùn)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(xiàng)目概況設(shè)置二臺(tái)旁濾循環(huán)水泵，水泵參數(shù)為: Q= -500 m3某大型鋼鐵廠項(xiàng)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(shè)備功率大,電耗很高，備一用)與過(guò)濾池配套使用。是該企業(yè)的用電大戶。為此對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了分析。由于考慮豎氣位中時(shí)中國(guó)煤化工轉(zhuǎn)、故設(shè)置一臺(tái)柴油機(jī)泵。收稿日期: 2010-04-20柴油機(jī)泵TYHCNMHG-60 m。作者簡(jiǎn)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(tái)45 kW排污泵和加藥系統(tǒng)等組成，對(duì)生產(chǎn)54.醫(yī)藥工程設(shè)i計(jì)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(guó)51m10-2500 H-6 N-560F-7.P.e 421020-50500 H1s5nN-4計(jì)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(chē)”的現(xiàn)象，造成很大的電能浪費(fèi)。因此，采2.1.2根據(jù)生產(chǎn)情況常開(kāi)、 全年300天開(kāi)機(jī)，日工用合理的方式對(duì)其進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)很有必要。作24h,峰、谷、平平均電費(fèi)0.62元。2.2.3水泵的流量Q、 揚(yáng)程H、功率P與轉(zhuǎn)速n又2.2 節(jié)能原理存在如下關(guān)系:2.2.1隨著工業(yè)自動(dòng)化控制和管理技術(shù)日趨成熟,Q∞n H∞n2 P=QxH采用人機(jī)界面、PLC可編程控制器、DDC現(xiàn)場(chǎng)控制所以: P∞n',曲線關(guān)系如圖2所示:器和變頻調(diào)速器組成的工業(yè)智能化控制技術(shù)在各個(gè)從流體力學(xué)原理知道，風(fēng)機(jī)風(fēng)量、水泵流量(風(fēng)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其中,變頻調(diào)速器以節(jié)能、機(jī)與水泵負(fù)載同屬流體，因而其原理一致) 與轉(zhuǎn)速安全、高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn),在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大發(fā)展，及電機(jī)功率的關(guān)系，即:風(fēng)量(流量)Q與轉(zhuǎn)速n隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速器的功能也越的一次方成正比;風(fēng)壓(揚(yáng)程)H與轉(zhuǎn)速n的二次.來(lái)越強(qiáng)，尤其充分利用變頻調(diào)速器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)方成正比;軸功率PS與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比;月功能，在合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速設(shè)備，保證正常生產(chǎn)等以下關(guān)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(dāng)用水量為Q1時(shí)，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(diǎn)，當(dāng)流量減少到Q2時(shí),水壓波動(dòng)較大，即循環(huán)冷卻水系統(tǒng)當(dāng)車(chē)間用水量大如采用風(fēng)門(mén)門(mén)或閥門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行控制，則與用水管路時(shí)管網(wǎng)壓力會(huì)迅速下降，而車(chē)間停止或減少用水量特性曲線2相交于B點(diǎn);如采用轉(zhuǎn)速變頻控制，使時(shí)，管網(wǎng)壓力又會(huì)急速上升，間接的流量改變導(dǎo)致工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，泵的揚(yáng)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(dāng)所需流中國(guó)煤化工其功率按HCNMHG和設(shè)備的機(jī)械磨損。設(shè)計(jì)中一般以車(chē)間生產(chǎn)滿負(fù)荷轉(zhuǎn)速的三次方1m中c1mI里刀壩定流量的80%，為設(shè)計(jì)點(diǎn)，所以，在大部分的時(shí)間中就存在“大馬則轉(zhuǎn)速也下降為額定轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)，55Q,H, P判斷，采用最優(yōu)化的控制手段并結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技功率關(guān)系、!風(fēng)量關(guān)系術(shù)對(duì)各系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行全面有效的監(jiān)控和管理，使各子系統(tǒng)設(shè)備始終處于有條不紊、協(xié)同一致的高效、壓力關(guān)系有序狀態(tài)下運(yùn)行，以確保企業(yè)內(nèi)舒適和安全的環(huán)境。盡量節(jié)省能耗和日常管理的各項(xiàng)費(fèi)用，保證系統(tǒng)充分運(yùn)行，使投資能得到一個(gè)良好的回報(bào)。3.2 系統(tǒng)監(jiān)控范圍對(duì)冷卻水泵監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視、控制、測(cè)量與記錄。對(duì)加藥系統(tǒng)按時(shí)間定時(shí)加藥;對(duì)圖2 n與Q、H、P間的關(guān)系排污泵、柴油機(jī)泵控制;并對(duì)水泵，風(fēng)機(jī)等機(jī)電設(shè)H，備進(jìn)行變頻控制使其省電并合理運(yùn)行設(shè)備。確保設(shè)備節(jié)能及延長(zhǎng)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(jiàn)H圖43.4控制方法(1)自動(dòng)啟停:根據(jù)事先排定的工作及節(jié)假日H3\n作息時(shí)間表，啟停冷卻水泵、電動(dòng)碟閥、通用控制器、in冷卻塔風(fēng)機(jī)。Q2(2)冷卻水泵臺(tái)數(shù)控制:根據(jù)冷卻水供/回水]3 風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速節(jié)電原理圖溫度和冷卻水泵的運(yùn)行狀況，自動(dòng)計(jì)算實(shí)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(fù)荷量。根據(jù)實(shí)際所需冷負(fù)荷量，自動(dòng)調(diào)整冷卻水.%時(shí)，軸功率可以下降為額定功率的12.5%?？梢?jiàn)，泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，達(dá)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(dòng)控制采用變頻調(diào)速的方式其節(jié)電效果是非?？捎^的。冷卻塔的運(yùn)行臺(tái)數(shù)或旁通閥調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，冷卻塔風(fēng)根據(jù)理論和大量的實(shí)際應(yīng)用范例證明，風(fēng)機(jī)、機(jī)數(shù)量控制，保證冷卻水溫度在設(shè)定范圍內(nèi)。水泵的節(jié)電率可達(dá)25% ~ 65 %。(4)加藥量控制:根據(jù)時(shí)間間隔,自動(dòng)控制加2.2.4本方案將針對(duì)冷卻循環(huán)由冷卻水泵房中設(shè)藥量。備的自動(dòng)控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，自動(dòng)控制系統(tǒng)采用了(5)故障報(bào)警:自動(dòng)監(jiān)測(cè)機(jī)組、水泵、冷卻塔Honeywell (霍尼韋爾)公司的Alerton (艾頓)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。冷卻水，冷卻水溫度、壓差超限報(bào)警，來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制。根據(jù)要求，Alerton(艾頓)系統(tǒng)將對(duì)冷卻循環(huán)機(jī)組、水泵、冷卻塔故障過(guò)載報(bào)警。(6)VVF控制:系統(tǒng)監(jiān)測(cè)末端的供回水壓差,系統(tǒng)的各種機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行及開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)行全時(shí)間與設(shè)定值進(jìn)行比較，調(diào)整冷卻水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率維持的自動(dòng)監(jiān)測(cè)或控制，避免了人為的不及時(shí)。并同時(shí)壓差設(shè)定值，保證末端的充足水量。收集、記錄、保存及分析管理有關(guān)系統(tǒng)的重要信息(7)顯示/記錄:動(dòng)態(tài)顯示機(jī)組、水泵、冷卻.及數(shù)據(jù)，達(dá)到提高設(shè)備運(yùn)行效率，節(jié)能，節(jié)省人力，塔及相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警信息，自動(dòng)記錄系安全延長(zhǎng)設(shè)備壽命的目的。統(tǒng)數(shù)據(jù)。2.3系統(tǒng)特點(diǎn)(8)與BA通訊:監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)Alerton與可靠性.先進(jìn)性、擴(kuò)展及靈活性、開(kāi)放及兼容性、BA系統(tǒng)雙向傳遞數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)潔性和全球應(yīng)用。(9)保護(hù)控制:冷卻水泵啟動(dòng)后，水流開(kāi)關(guān)檢3系統(tǒng)設(shè)置總則測(cè)水流狀態(tài)，”中國(guó)煤化工冷卻水泵運(yùn)行3.1冷卻水泵房監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo):時(shí)如發(fā)生故障|YHCNM HG設(shè)計(jì)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(nèi)各種機(jī)電設(shè)備的信息進(jìn)行分析、歸類、處理、4.1 理論分析.56.醫(yī)藥工程設(shè)i計(jì)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(shè)備φ中Ba冷I水.池|o劃冷|水池⑥_回水壓采祥點(diǎn)水位采祥點(diǎn)冷卻塔風(fēng)扇控制柜16旁越水泵控制相冷卻水泵控制柜柴油機(jī)泵控制柜門(mén)加藥泵控制柜 .0234023451234EV一市布-NEY市布希本(確6中中中中國(guó)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(fēng)機(jī)變頻調(diào)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(tái)=7999488(元/年) (無(wú)變頻用電)轉(zhuǎn)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(tái)=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(tái)=132134.4 (元/年) (無(wú)變頻用電)(3)冷卻塔節(jié)電來(lái)源有二個(gè)方面組成:風(fēng)機(jī)的實(shí)際平均運(yùn)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(yùn)行，電機(jī)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(tái)開(kāi)225天(去冬季自從測(cè)試的數(shù)據(jù)和電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況來(lái)看，電機(jī)的負(fù)然冷卻)。荷率小于80 %,那么，電機(jī)的實(shí)際平均運(yùn)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(yùn)行，電機(jī)的節(jié)電效果約為37.8 %，電費(fèi)單價(jià)按S電= 110 kWx80 %x24 hx225 dx0.62(元/度)平均0.62元/度計(jì)。x4臺(tái)=1178496 (元/年) (無(wú)變頻用電)(1)循環(huán)水泵s定頻節(jié)電中國(guó)煤化工S-=560kWx80%x24hx300dx37.8%HCNMHG3390x0.62(元/度)x4臺(tái)=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(shè)計(jì) .57.定頻節(jié)電不能接點(diǎn)最大化和不能滿足工況。S'= OX 0.2S=S.+Sp+ S.+S。4.1.2自 動(dòng)化控制裝置的節(jié)能=2703426.96 (元)自動(dòng)控制裝置使不該投人設(shè)備自動(dòng)地予以切除△X 1S=4143334.80 (元)所節(jié)約的電能。該項(xiàng)節(jié)能取一一個(gè)系數(shù):設(shè)其為△X,△X 1S-OX 0.2S= 1439907.84(人工參與和自動(dòng)△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(dāng)用人工切換- -臺(tái)或二臺(tái)泵時(shí)，也總有一總計(jì)全年總節(jié)電費(fèi)(人工參與):個(gè)延遲時(shí)間，而這段時(shí)間就是用自動(dòng)控制裝置達(dá)到S= S'+S2+Sz =2703426.96 + 49946.80 + 603390節(jié)能的部分。若△X取0.2時(shí)(如果人工完全不參=3356763.76 (元)與時(shí)，△X=1)， 每天開(kāi)機(jī)24h，全年工作300天，如節(jié)能自動(dòng)化后冷卻泵頻率小于43 Hz，△X大電費(fèi)單價(jià)按0.62元計(jì)。假設(shè)該系統(tǒng)有35%的時(shí)間于0.2等于1時(shí)，全年節(jié)電在500萬(wàn)之上而且能夠開(kāi)4臺(tái)泵、45%開(kāi)3臺(tái)泵、15%開(kāi)2臺(tái)、5%開(kāi)1臺(tái),匹配工況。則計(jì)算節(jié)能如下所示:4.2 投資費(fèi)用(1)使用四臺(tái)泵時(shí)每年可節(jié)約電費(fèi):(1)自動(dòng)化系統(tǒng): 35.65萬(wàn);S_=4臺(tái)43Hz變頻x35%(2)循環(huán)水泵高壓變頻: 60萬(wàn)x4套= 240萬(wàn);=560 kW x80 %x 24 hx300x37.8 %x0.62x35 %x4(3)冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻: 30萬(wàn)x4套= 120 萬(wàn);=264583.07 x30 %x4(4)旁濾水泵低壓變頻: 19萬(wàn);=1058332.26(元) OX=1 時(shí)1058332.26 (元)(5)合計(jì): 414.65萬(wàn)。(2)使用三臺(tái)泵時(shí)每年可節(jié)約電費(fèi):注:以上價(jià)格不包括安裝調(diào)試費(fèi),技術(shù)服務(wù)費(fèi)及部分電動(dòng)閥門(mén)。Sg=(3臺(tái)43Hz變頻+1臺(tái)停機(jī)x△X)45%節(jié)省人員:按四班三運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)，每班節(jié)省二二從以上數(shù)據(jù)可以看出,如果設(shè)備費(fèi)加上安裝調(diào)試費(fèi),技術(shù)服務(wù)費(fèi)等，AX=0.2最多-年半時(shí)間可以收回投資。=( 560 kWx80 %x 24 hx 300 dx37.8 %x0.62x35總結(jié)+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(guò)節(jié)能自控后,=1200523.16 (元) AX=1 時(shí)1920477.08 (元)節(jié)電效果顯著，水泵運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化更符合工藝需(3)使用二臺(tái)泵時(shí)每年可節(jié)約電費(fèi):S.=(2臺(tái)45Hz變頻+2臺(tái)停機(jī)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(dòng)加減工頻泵的運(yùn)行數(shù)量，同時(shí)，使設(shè)備的啟動(dòng)運(yùn)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(duì)電網(wǎng)的沖擊，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化按需所供的冷+560x 80%x 24x 300x0.62x2x0.2) 15 %卻的工藝，從而延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減少人工=346777.80 (元)△X=1時(shí)826747.08 (元)和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。因此，該方案是切實(shí)可行的。(4)使用一臺(tái)泵時(shí)每年可節(jié)約電費(fèi):Sj=(1臺(tái)45Hz變頻+3臺(tái)停機(jī)x△X) 5%參考文獻(xiàn): .△X=0.2=(560x80%x24x300x37.8%x0.62[1] 張選正，張金遠(yuǎn)編著.變頻器應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)[M].北京:中國(guó)電力出版+560x 80 %x 24x 300x 0.62x3x0.2) 5 %社，2006.[2] < 鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)>編委會(huì).鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].=97793.74 (元) AX=1時(shí)337778.38 (元)北京:北京冶金工業(yè)出版社, 2008.560 kW電機(jī)全年總節(jié)電費(fèi):中國(guó)煤化工MYHCNMHG