張 揚,張偉星,曹志成,郝三桃
(內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯014300)
內(nèi)蒙古億利化學(xué)工業(yè)有限公司凈水站生產(chǎn)水供水系統(tǒng)通過壓力來控制,當(dāng)供水壓力超過設(shè)定壓力時,必須人工改變回流閥的開度,調(diào)節(jié)回水量,使得系統(tǒng)內(nèi)的壓力達到設(shè)定值。這種控制方式在閥門上消耗大量的電能,所以水泵在高耗能、低效率狀態(tài)運行,同時由于需要頻繁的人工調(diào)節(jié),回流閥一年至少要更換2 次,浪費了材料也增加了檢修費用。
水泵型號:XBD5.3/445-400N13/470;
額定流量:1 600 m3/s;
額定揚程:53 m;
額定轉(zhuǎn)速:1 480 r/min;
額定軸功率:315 kW。
電動機型號:YKK4501-4;
額定功率:315 kW;
額定電壓:10 kV;
額定電流:23 A;
額定轉(zhuǎn)速:1 490 r/min。
生產(chǎn)水壓力≥0.30 MPa。
將原來水泵調(diào)節(jié)方式控制回流閥出口開度,改為調(diào)節(jié)水泵配電機運行頻率,以改變電機的轉(zhuǎn)速來達到控制壓力的目的。安裝ABB 公司ACS2000 高壓變頻器,根據(jù)電機額定電壓10 kV,水泵類負載額定功率315 kW,適合驅(qū)動高壓異步電動機的水泵類高壓變頻器ACS2000-23A,來滿足公司生產(chǎn)工藝要求。
根據(jù)現(xiàn)場的實際情況,考慮設(shè)備及生產(chǎn)的安全性,采用主回路以及自動旁路柜的方案,見圖1。
圖1 一次回路示意圖
2.3.1 變頻器構(gòu)成
36 脈沖整流輸入9 電平輸出的多電平無熔斷器設(shè)計(VSI-MF)的電壓源型逆變器,3 組12 脈沖二極管整流;3 組直流回路中壓電容器(自愈式);自換流5 電平電壓源型逆變器;IGCT 功率半導(dǎo)體元器件;接地故障檢測;dv/dt 輸出濾波器;空冷型;集成干式變壓器(銅繞組)。
2.3.2 性能參數(shù)
輸出電壓范圍:0~10 000 V;
輸出頻率范圍:0~75 Hz;
控制精度: 額定轉(zhuǎn)速的0.1%(不帶脈沖編碼器);
轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)時間:<3.5 ms;
最小弱磁點:35 Hz;
最大弱磁范圍:1∶2;
額定負載下的總體效率:大于96.5%(包括整流變壓器和輔助電源的總體效率);
輸入電壓諧波畸變:<2%;
輸入電流諧波畸變:<3%;
轉(zhuǎn)矩脈動:<2%。
2.3.3 輔助和控制電源
輔助電源電壓:380 VAC,3 相,50 Hz;
輔助電源電壓波動范圍:±10%;
輔助電源消耗:約17 kVA;
控制電源電壓:UPS 電源,230 VAC,單相,50 Hz(用戶或供貨商提供);
控制電源電壓波動范圍:±10%;
控制電源消耗:約3 kVA;
噪音級別:<85 dB(A)(額定負載下)。
根據(jù)目前運行現(xiàn)狀及上表實際測量的數(shù)據(jù),可以算出各電機實際消耗的軸功率:
由于設(shè)備長期處于運行電流21 A 狀態(tài),故應(yīng)取長期運行時電流21 A 為基準(zhǔn)進行計算。
P1=1.732 I2U2cosφ=1.732×10×21×0.86×0.92=288(kW)
流量與轉(zhuǎn)速成正比、壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比、軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
現(xiàn)場出口閥開度100%,回流閥開度50%,回流的量靠回流閥控制,母管壓力同樣利用回流閥的開度調(diào)節(jié),由于沒有準(zhǔn)確的回流流量值,只能根據(jù)現(xiàn)場反饋估算,年平均回流量為400~800 m3/h,故取中間值600 m3/h,進行分析計算,又由于現(xiàn)場壓力要求≥0.30 MPa,所以按照壓力和流量綜合分析作為節(jié)能計算標(biāo)準(zhǔn)。
安裝變頻器后出口閥100%開,回流閥全關(guān)。根據(jù)流量與轉(zhuǎn)速成正比、壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比的關(guān)系,可以求出低速下(滿足壓力條件)實際消耗的有功功率:
P2=Pe×(n2/n1)3=315×(H2/H1)3/2=169(kW)
變頻時合計消耗電能:
P3=P2/λ1/λ2=1 956/96%/95%=186(kW)
λ1為變頻效率;λ2為傳動效率
理論節(jié)電率:
η理論=(P1-P3)/P1=(288-186)/288=35%
在此壓力下,流量下降20%,滿足流量的要求,故以壓力為準(zhǔn)。
凈水站生產(chǎn)水泵變頻改造前后運行數(shù)據(jù)對比表見表1。
節(jié)電分析匯總見表2。
進行系統(tǒng)節(jié)電改造后不僅僅能為企業(yè)創(chuàng)造了很高的經(jīng)濟效益,同時又創(chuàng)造了環(huán)境效益,每年節(jié)約的電能68.43 萬kW·h。
表1 凈水站生產(chǎn)水泵變頻改造前后運行數(shù)據(jù)對比表
1 kW·h=0.342 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤;
1 t 標(biāo)準(zhǔn)煤=2.5 t 二氧化碳排放量;
1 t 標(biāo)準(zhǔn)煤=0.016 5 t 二氧化硫排放量;
1 t 標(biāo)準(zhǔn)煤=0.014 tTSP 排放量(總懸浮顆粒物)。
每年節(jié)約電能68.43 萬kW·h 標(biāo)準(zhǔn)煤514.92 t;可以減少二氧化碳排放量1 287.3 t;減少二氧化硫排放量8.5 t;減少TSP 排放量7.21 t。
表2 節(jié)電分析匯總表
變頻調(diào)速器其良好的可靠性以及調(diào)速范圍廣且平滑等性能可以滿足工藝要求,小的啟動電流亦可以減少對電網(wǎng)的沖擊。變頻系統(tǒng)各種保護功能可靠,從而消除了因電機過載或單相運行而燒毀電機的現(xiàn)象,確保了安全運行。降低了勞動強度,減少人工成本和維修成本。增加了作業(yè)人員的工作舒適度,創(chuàng)造了安全可靠的工作環(huán)境。