排渣泵变频调速改造技术在塔里木热电厂的应用

排渣泵变频调速改造技术在塔里木热电厂的应用

樊森

关键词：排渣泵变频器调速节能

0引言

农一师塔里木热电厂现有两台75t/h煤粉炉，一台65t/h链条炉，除尘采用三台麻石水利装置，三台功率55kw、扬程0.8MPa渣浆泵将灰水通过两条pvc塑料管线打到300米外沉淀池沉淀处理，原设计通过直径219mm钢管排到2公里外的灰场。电气部分采用空气开关直接起动，启动、停止对管道系统冲击很大；三台泵运行时出口门只需开三分之一，需要5名专职运行工看护运行。

1安全运行角度考虑

排渣管线原设计：扬程80米，电机功率55kW，渣浆泵3台，灰渣水排至2公里外的地方，沿途多弯道，山坡．沿程阻力大。运行初期，渣浆泵稍有故障，扬程达不到额定，灰水打不出去，后经技改改用沉渣池沉淀澄清，灰水浇地，排渣管道300弯头2处，出口与进口落差不超过５m，排渣泵管道从φ219×10mm钢管改为塑料管道后，节约大量资金和检修工作量，以往平均3年更换一次管道，φ219管道内部结垢，内径不足Φ100mm，换成pvc管道后检修工作量减少。但排渣泵采用“硬”启动——开、关，阀门关闭不严，阀门长时间处在三分之一位置，阀心冲刷很快，全开抽水太快，30分钟启动一次，阀门长期处在一个位置，结垢以后想开大都开不动，由于上述原因，开停水泵对管道冲击严重，水冲击将塑料管道接头处经常冲开，造成排渣管线泻漏，影响安全运行。为此设计采用变频控制方案，启动时可以从零转速逐步增加至所需要的转速，从根本上保障了排渣启动、停止平稳，不对管道造成冲击，达到排渣管道及设备安全运行的目的。

2变频器改造的经济效益分析比较

2.1变频调速在调频范围、静态精度、动态品质、系统效率、完善的保护功能、容易实现自动控制和过程控制等诸方面是以往的调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速和液力耦合器调速等无法比拟的。它是公认的交流电动机最理想最有前途的调速方案，代表今后电气传动的发展方向。

2.2通过分析说明，用大功率变频装置变频调速是风机水泵节能的最佳方案。根据流体理论，离心式风机水泵的轴功率是转速的三次方函数关系。当转速降低后，其消耗功率会大幅下降，例如风机、水泵50%转速时，轴机械功率仅为12.5%。当然不同，调速方案的效率相差很大，滑差后液力调速装置效率不高，η≈（1-S），在50%转速时，ηvs≈50%，而变频调速器效率，效率因数高，ηvvvF≈95%~98%，而且近似不变。例一台180kW的风机，当100%转速流量时，消耗的功率为100%即180kW；50%转速流量时，轴功率降为12.5%，即消耗的功率为22.5kW。也就是说风机50%转速流量时只需从电网消耗22.5kW的能量就可以满足生产工艺的要求。在满足以上生产的工艺要求的情况下，不同的调速方法所消耗的电量也不相同，以下我们对常用的几种调速方法进行以下分析：风机水泵调节流量方法多种多样，各有特点，但归纳起来可分为三大类型：

2.2.1传统的机械方法调节风机的挡板或水泵的阀门（此种方法在中国的各大电厂被广泛的使用），此种方法的原理是用增加管道阻力的办法来达到调风量或水量的目的。这种办法好处是结构简单，投资小只需在管道上安装风门或阀门即可缺点是噪音和震动较大并且耗电量极大是各种方法中最耗电的一种。以180kW的风机为例，利用风门或阀门调节，将流量降到50%时，仍需从电网吸入70～80%的功率即126kW～144kW的功率。

2.2.2采用电磁转差离合器或液力耦合器调节风机水泵的转速，在电机和风机之间安装电磁转差离合器或液力耦合器，电动机全速运转风机滑差运行虽然可以达到节能的目的但调速效率较低。仍以180kW的风机为例，采用电磁转差离合器或液力耦合器调节风机水泵的转速，此种方法将流量降到50%时，仍需从电网吸入30～40%的功率即54kW～72kW的功率。这种办法好处是投资小可以节约一部分电能，缺点是改造复杂（需改动电机或水泵的地脚）电磁转差离合器或液力耦合器本身需要消耗一部分电能，改造后还存在一部分浪费，是目前面临淘汰的产品。

2.2.3交流电动机变频调速方案，则节能效果更高。即在工频电源和电机之间串入交流变频调速器来直接调节电机的转速以达到调速的目的。180kW的风机，采用变频器调速，将流量降到50%时，在不考虑风机本身效率的情况下，只需从电网吸入12.5%的功率即2.5kW的功率。

综上所述变频器调速是目前世界上调速效率最高，技术最先进，自动化控制最简单，保护功能最强大的一种方法。

3塔里木热电厂排渣泵变频改造后节电情况比较

3.1排渣泵改造前，使用阀门调节，电机功率55kW，3台，24小时连续运行方式，阀门开度30％功率消耗大约为65％。

其消耗的功率为：55kW×65％×20小时＝715kw/h/天

715kw/h×0.38＝272元/日

3.2排渣泵变频改造后日耗电量如下：排渣泵电机功率55kW，阀门开度100％，用变频器将电机降速至30Hz，运行时间24小时，变频调速后消耗功率大约为27％，其消耗的功率如下：55kW×27％×24小时＝356kw/h/天，变频以后每天可节电：715-356=359kwh，一年按300天计算可节约电费：359×300×0.38=40926元。从以上计算可以看出排渣泵变频改造后日耗电量与阀门控制日耗电量相比节电359/715=50.2%，即节电40％－50％.，这是理论状态下，如果按变频器最低节电效率10%，715×300×0.38×10%=8151元。

4投资回收期对比见下表

以0.38元每度计算

5设备特点

5.1采用PLC全自动程序自动控制，达到无人值班的目的，定时有人巡回检查设备。

5.2在排渣池上安装水位控制器、或流量变送器后，可使用变频器内置的PID控制器实现恒压或恒流量控制。

5.3设备改造前用阀门控制时，有时容易出现憋压现象。不但造成能源的浪费，严重时还会导致管道破裂。改造后的阀门处于全开状态所以不会出现憋压现象，不但启动电流小，管道压力稳定最重要的是可以节约大量电能。

5.4具有多种保护功能如电机过载、过流、缺相、变频器过热、输入电源欠电压、过电压等多种保护。

5.5具有软启动功能，电机带载启动时启动电流小于额定电流。

5.6在变频器故障时可以切回原系统工作，最大限度保证设备连续运行。

5.7使系统效率最大化，避免电能的浪费。且调速精度高，水压力十分稳定。

6实际测试结果见下表

用变频调速后排渣只须在800—1000转/分运行就性足够；由理论计算：W=3IU0.8=1.732×35×380×0.8=18428.48w=≈18.4kW

W—电功率；I—电流（800—1000转/分平均电流）；U—电压；K—功率因素（0.8）。由此可见排渣泵变频改造后实际节电与理论计算基本相符。节电可达到30％以上。

经过三个月的试运行，不但达到预期效果，还在改造过程中优化方案，原方案三台泵各上一台变频器，由于改造后正常运行只要一台泵运行就能满足出力，因此可以使三台泵公用一台变频器，可节约设备投资5万元。排渣泵上变频器项目既可保证排渣泵、排渣管线安全、可靠、平稳运行、又可达到节能降耗的目地，还可以实现无人值守，节省劳动力，降低检修费用。