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賓館熱水供水系統中變頻調速水泵與工頻水泵的應用

2013-7-17 10:45:46??????點(diǎn)擊:

賓館熱水供水系統中變頻調速水泵與工頻水泵的應用

 

1 引言 

      隨著(zhù)國家對節能工作重視力度的加大,變頻調速技術(shù)已成為企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。高壓電機因功率大、能耗高的特點(diǎn),一直是節能領(lǐng)域的重點(diǎn),由此加裝高壓變頻器成為企業(yè)節能的首選。但高壓變頻器價(jià)格昂貴,占地面積大是其加裝改造的弊端。在企業(yè)中由于一個(gè)工藝系統由多臺電機并聯(lián)運行組成,在節能改造中全部加裝高壓變頻器費用較高。

 

2 c03系統泵組工頻運行情況

      csp水處理c03泵組共8臺水泵,配用電機額度功率710kw,額定電壓10kv。單臺泵電機運行電流40a~45a,手動(dòng)閥門(mén)開(kāi)度30%,電動(dòng)閥門(mén)全開(kāi)。該系統主要負責給連軋用于供軋機工作輥直接冷卻用水,每用水5-10min就停用一段時(shí)間(停用時(shí)間根據具體生產(chǎn)情況確定)。由于其生產(chǎn)工藝特點(diǎn),泵組運行過(guò)程中在csp生產(chǎn)線(xiàn)鋼坯軋制間隙用水量減少30%,由此產(chǎn)生了c03泵組單純工頻運行的一些缺陷。

(1)工頻運行情況下,水泵出口閥門(mén)開(kāi)度低,水泵運行效率低;

(2)負荷變化大,水泵大部分時(shí)間處于憋壓狀態(tài),對水泵造成損害,造成了維護費用的增加;

(3)系統在用水量減少時(shí),電機電流無(wú)變化,浪費了大量的電能。

 

3 c03系統調速水泵和工頻水泵的并聯(lián)運行設計原理

      c03系統在運行過(guò)程中,根據用戶(hù)用水情況,用水量在峰值時(shí)流量在5000t/h,管網(wǎng)壓力1.1mpa時(shí)間約5min。用水量在谷值時(shí)流量在3000t/h,管網(wǎng)壓力1.7mpa,時(shí)間約3min。整體運行時(shí)用水量在峰值與谷值之間波動(dòng),變化頻繁,不具備通過(guò)開(kāi)停泵緩解管網(wǎng)壓力的條件。由此選擇對2臺水泵進(jìn)行變頻改造,以緩解壓力,節約電費。

      在設計中,系統正常運行時(shí),有2臺工頻水泵與2臺變頻水泵并聯(lián)進(jìn)行供水。對此系統進(jìn)行分析時(shí),首先將2臺工頻水泵視為1臺泵,設為泵i。另由于2臺變頻水泵的閉環(huán)壓力信號取自管網(wǎng)的同一點(diǎn),2臺變頻水泵同時(shí)進(jìn)行調節,此時(shí)將2臺變頻水泵視為1臺,設為泵ii。

賓館熱水供水系統中變頻調速水泵與工頻水泵的應用 

4 賓館熱水供水系統實(shí)施方案

(1)對c03系統中7#和8#水泵加裝高壓變頻調速裝置。同時(shí)保留csp水處理c03水泵的原控制方式、保護裝置等。高壓變頻器串入原控制系統與電機之間。

(2)變頻器參數設定時(shí)根據現場(chǎng)工藝要求,結合水泵性能曲線(xiàn)設定。同時(shí)結合變頻調速水泵運行曲線(xiàn),調整工頻泵出口閥門(mén)開(kāi)度,以求最大節電效率。

(3)現場(chǎng)合閘回路中串接一個(gè)變頻器發(fā)出的“合閘允許”信號,以保證水泵需要在變頻狀態(tài)運行時(shí),變頻器在具備上電條件后才能閉合上級進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)。

(4)現場(chǎng)跳閘回路中并接一個(gè)變頻器發(fā)出的“事故跳閘”信號,以保證在變頻器系統出現嚴重故障或者檢測到現場(chǎng)需要停機的事故后,能夠及時(shí)聯(lián)跳上級進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)。

(5)為保證變頻器事故或者檢修時(shí)水泵仍能在工頻狀態(tài)下繼續工作,變頻器系統配有手動(dòng)旁路柜,水泵的運行可進(jìn)行變頻/工頻狀態(tài)的切換。

(6)如圖2所示的旁路柜切換說(shuō)明:10kv電源可以經(jīng)變頻裝置輸入刀閘qs1到高壓變頻調速裝置,變頻裝置輸出經(jīng)出線(xiàn)刀閘qs2送至電動(dòng)機;10kv電源還可以經(jīng)旁路刀閘qs3直接起動(dòng)電動(dòng)機。變頻裝置的輸出刀閘qs2和旁路刀閘qs3互相閉鎖,即qs2和qs3不會(huì )同時(shí)閉合。變頻運行時(shí),閉合qs1和qs2,同時(shí)qs3斷開(kāi);工頻運行時(shí),斷開(kāi)qs1和qs2,同時(shí)qs3閉合。當變頻裝置出現故障或者工程檢修時(shí), 將變頻器的隔離開(kāi)關(guān)打到工頻狀態(tài),使變頻裝置與供電以及生產(chǎn)過(guò)程隔離,而水泵在工頻電源下正常運行,以保證生產(chǎn)的安全運行。

(7)啟動(dòng)時(shí),按下原操作系統“啟動(dòng)”后,高壓斷路器合閘,然后從上位機系統啟動(dòng)變頻器,變頻器按照設定曲線(xiàn)運行;停機時(shí),從上位機系統“停止”變頻器運行,變頻器按照設定曲線(xiàn)停機,此時(shí)變頻器高壓進(jìn)線(xiàn)端仍帶電,然后按下原操作系統“停機”后,高壓斷路器分閘。工頻啟/停方式在變頻器轉換柜進(jìn)行電源切換后,不改變原有操作方式。

(8)閉環(huán)控制:變頻器根據管道壓力信號的反饋值控制水泵的轉速,實(shí)現母管壓力的穩定,co3系統母管壓力范圍為:1.1~1.7mpa。

 

5 賓館熱水供水系統方案實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題

5.1高壓變頻調速泵與工頻泵并聯(lián)供水的配置方案

      c03系統供8臺泵并聯(lián)使用,日常開(kāi)4臺泵。從前面的分析很容易知道,高壓變頻調速泵與工頻泵并聯(lián)供水時(shí),調速泵的容量需滿(mǎn)足最大的峰谷調節能力。c03系統由于工藝的原因,用水量變化較大,單臺調速泵不能滿(mǎn)足其最大峰谷的調節,因此需同時(shí)開(kāi)2臺調速泵進(jìn)行調節。那么,在流量大幅度變化時(shí),就不存在定速泵的再投入和再切除問(wèn)題,控制和操作簡(jiǎn)單,能夠平穩控制水壓。

5.2調速水泵的最低允許轉速

      調速水泵的最低允許轉速一直是高壓變頻器重要的參數設定,在高壓變頻調速水泵與工頻水泵并聯(lián)使用的系統中此問(wèn)題尤為突出。主要考慮以下2個(gè)因素。

(1)調速水泵的調速范圍要滿(mǎn)足系統運行的最大峰谷值。

從圖1特性曲線(xiàn)看出,如果管網(wǎng)總流量為q2,管網(wǎng)水壓為h1,定速泵將仍然以n1速度運行,達到出口壓力h2時(shí)提供的流量為q2,運行于b點(diǎn),單臺水泵就已經(jīng)滿(mǎn)足供水要求。這時(shí)調速泵降速到n4速度運行,達到出口壓力h2時(shí)提供的流量為0。

如果管網(wǎng)總流量進(jìn)一步下降,而仍然要保持管網(wǎng)水壓為h2,調速泵轉速將降到n4以下,這時(shí)調速水泵雖然正轉,但開(kāi)始出現水倒流現象(如果沒(méi)有配置止回閥)。定速泵多出的供水能力將被調速水泵所消耗,真正出現能量浪費現象。

      在用變頻器作調速水泵的驅動(dòng)時(shí),應將變頻器的最低頻率限制在n4轉速之上。變頻器作恒壓運行過(guò)程中,如果達到這個(gè)最低頻率點(diǎn),應該切除1臺工頻泵,由調速泵提速后繼續運行(假設調速泵和工頻定速泵容量相同),滿(mǎn)足供水要求。

(2)調速水泵的機械震動(dòng)問(wèn)題

      傳統的水泵都是按工頻全速運轉設計的,一般只在最高轉速下長(cháng)期運行,僅在啟動(dòng)過(guò)程中短時(shí)經(jīng)歷其他轉速點(diǎn),所以難保在除工頻之外的其他頻率點(diǎn)上不存在機械共振現象。將傳統的水泵用調速裝置驅動(dòng)調速運行后,除工頻點(diǎn)之外,水泵也可能在調速區域的所有頻點(diǎn)上長(cháng)時(shí)間運行,所以,需要在整個(gè)調速區域對水泵機組作機械共振測定。如果存在機械共振頻點(diǎn),應該將機械共振頻點(diǎn)對應的頻率輸入變頻器,防止變頻器在這些特殊的頻率點(diǎn)上長(cháng)時(shí)間運行。

      經(jīng)過(guò)技術(shù)人員在現場(chǎng)測量,根據生產(chǎn)工藝的要求計算,要保證系統管網(wǎng)壓力在1.1~1.7mpa下運行,需頻率的調節范圍應低于40hz,而c03系統高壓變頻調速水泵在運行頻率低于35hz時(shí)易出現機械震動(dòng)的情況。隨將高壓變頻的低頻設置在35hz,以保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

5.3水泵最佳效率運行點(diǎn)

      水泵在設計時(shí),有一個(gè)效率最佳的運行點(diǎn)。出口壓頭過(guò)大或過(guò)低,流量過(guò)大或過(guò)小,雖然水泵仍然可以運行,但達不到最佳效率。c03系統原工頻系統,根據工藝生產(chǎn)的需要調節閥門(mén)的開(kāi)度控制流量,開(kāi)度較小,水泵未運行在最佳效率點(diǎn)。通過(guò)高壓變頻水泵與工頻水泵并聯(lián),通過(guò)變頻水泵調節壓力,減少了工頻水泵的壓力,使其通過(guò)調節閥門(mén),以達到最佳效率運行點(diǎn)(最佳效率運行點(diǎn)的確定是通過(guò)水泵說(shuō)明書(shū)中的曲線(xiàn)圖進(jìn)行摸索調節)。

 

6 賓館熱水供水系統節能情況分析

      通過(guò)調速水泵與工頻水泵并聯(lián),降低了投資,同時(shí)通過(guò)對工頻泵閥門(mén)的調節,使其運行在最佳效率點(diǎn)。既滿(mǎn)足了生產(chǎn),又使系統節電效益最大化。

經(jīng)濟效益分析如下:

在工頻運行條件下,記錄30天實(shí)際耗電量,平均耗電量625 kw.h/h,在變頻運行條件下,記錄30天實(shí)際耗電量,平均耗電量405 kw.h/h 。

節電率:(625-405)÷625×100% = 35%;

年創(chuàng )效:(625-405)×24×350× 0.6 =110.88萬(wàn)元/臺;

社會(huì )效益:電機啟動(dòng)平穩,對電網(wǎng)沒(méi)有沖擊,滿(mǎn)足連軋生產(chǎn)工藝和用水量頻繁變化的需求,且管道壓力保持平穩,有效避免對管道和水泵的沖擊,對各方面節能效果明顯。

 

7 賓館熱水供水系統應用效果

c03泵組使用北京動(dòng)力源hinv高壓變頻器調速水泵與工頻水泵并聯(lián)使用后,主要效果表現在:

(1)2臺變頻調速水泵與工頻水泵并聯(lián)使用,滿(mǎn)足了工藝生產(chǎn)的需要的同時(shí)增加了調速的范圍,使系統運行更加穩定,提高了系統的保障能力。

(2)對于單臺高壓變頻水泵而言由直起變?yōu)檐浧?,起?dòng)電流減小,電機在低頻下起動(dòng),起動(dòng)電流較小,避免了較大慣性負荷情況下,大電流對設備和電網(wǎng)的沖擊。由于閥門(mén)全開(kāi),提高了運行效率,延長(cháng)了設備得使用壽命,降低了維修強度。

(3)由于采用了管道壓力反饋的閉環(huán)控制系統,使得變頻器隨用戶(hù)的用量自動(dòng)調節轉速,使水泵的運行更能適應生產(chǎn)的需要,提高了設備運行效率。

 

8 結束語(yǔ)

      c03系統自從使用北京動(dòng)力源hinv高壓變頻器調速水泵與工頻水泵并聯(lián)運行方式以來(lái),單臺水泵節能效果明顯。整個(gè)系統因調整了水泵的運行效率點(diǎn),提高了系統的保障能力。既節約了投資,又能使設備運行更加穩定。該運行方式的使用,為我國大型企業(yè)節能改造的方案制定提供了一個(gè)可以參考的思路。

 

 

 

 

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