淮北礦業(yè)相山水泥有限責(zé)任公司2500t/d噸熟料生產(chǎn)線循環(huán)冷卻水池使用三臺(tái)臥式單級(jí)離心水泵，為增濕塔提供霧化及全線大型設(shè)備軸瓦冷卻用水，正常情況下兩臺(tái)開(kāi)啟、一臺(tái)備用。其規(guī)格型號(hào)見(jiàn)表1所示。
表1 單級(jí)離心水泵參數(shù)
型號(hào)：KQWZC150/400—4.5/4
配用功率：45kW 轉(zhuǎn)速：1480r/min
流量：200m3/h 揚(yáng)程：50m 必需汽蝕量：3.5m
電機(jī)型號(hào)：Y225M-4 功率：45kW
額定電流：84A 電壓：380V
功率因數(shù)： 0.84
1 原始設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)
三臺(tái)離心泵為直接啟動(dòng)，手動(dòng)閘閥控制出口流量。由于全線管路布局錯(cuò)綜復(fù)雜、管道口徑大小不一，所以管網(wǎng)阻力很大。單獨(dú)開(kāi)啟一臺(tái)離心泵時(shí)，水泵工作電流大于95A，高于額定電流，電機(jī)會(huì)出現(xiàn)異響發(fā)熱狀況，循環(huán)冷卻水量低于200 m3/h，夏季時(shí)不能滿足生產(chǎn)需求，給設(shè)備帶來(lái)重大安全隱患；當(dāng)開(kāi)啟兩臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)水泵正常工況下的電流在75A～80A左右，泵口出水壓力高達(dá)0.5MPa，循環(huán)水量高于300 m3/h，完全能夠滿足生產(chǎn)設(shè)備需求。但在冬季或某些設(shè)備處于停運(yùn)狀態(tài)時(shí)，供水量相對(duì)太大，回水循環(huán)率太高，回水溫度較低，在這種情況下同時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)水泵，無(wú)疑將是一種耗能行為。
圖1所示為兩臺(tái)離心泵并聯(lián)工作工況曲線，根據(jù)曲線分析，若兩泵不并聯(lián)，而是其中一臺(tái)泵對(duì)管路工作，則當(dāng)泵Ⅰ（或泵Ⅱ）單獨(dú)工作時(shí)，其工況為點(diǎn)1（或2），流量為Q1（或Q2）。對(duì)比并聯(lián)前后情況可知，并聯(lián)后的等效泵（Ⅰ+Ⅱ）在管道c中的聯(lián)合流量Qm大于任何一臺(tái)單獨(dú)工作時(shí)流量Q1或Q2，而并聯(lián)后每臺(tái)水泵各自的流量Qm1和Qm2都小于它們單獨(dú)工作時(shí)的流量Q1和Q2，即Qm1＜Q1，Qm2＜Q2。形成這種狀況的原因是由于并聯(lián)后管路流量加大，管路中水頭損失相應(yīng)增加所致。
并聯(lián)的目的是為了增加通過(guò)排水管路的流量。并聯(lián)的效益η可以用并聯(lián)后的流量Qm，與并聯(lián)前揚(yáng)程相對(duì)較高的水泵（泵Ⅱ）單獨(dú)工作時(shí)的流量Q2之差，對(duì)揚(yáng)程較低的水泵（泵Ⅰ）單獨(dú)工作時(shí)的流量Q1之比值來(lái)度量。
很明顯，管路阻力系數(shù)愈小，管路特性曲線愈平緩，并聯(lián)效益愈高。反之，管路阻力系數(shù)愈大，管路特性曲線愈陡，并聯(lián)效益愈差。由以上分析可知，既要保證供水流量隨實(shí)際工作需要而變化，又要實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，僅靠開(kāi)閉水泵的數(shù)目或手動(dòng)調(diào)節(jié)閘閥控制流量是不能同時(shí)達(dá)到目的的。
2 變頻改造后節(jié)能效果
011年1月，我公司將其中的一臺(tái)水泵進(jìn)行了更換并加裝變頻改造，使之在冬季及大型設(shè)備停運(yùn)的情況下，只開(kāi)啟一臺(tái)變頻水泵，其余兩臺(tái)作為備用以利于節(jié)能；而在其它季節(jié)，視大型設(shè)備潤(rùn)滑冷卻供油溫度情況（按照設(shè)計(jì)，稀油站回油溫度小于50℃），再開(kāi)啟兩臺(tái)水泵并聯(lián)供水，以降低軸瓦和潤(rùn)滑油溫度。
變頻泵的規(guī)格型號(hào)見(jiàn)表2所示。
表2 變頻離心水泵參數(shù)
電機(jī)型號(hào)：JM250M—4 功率：55KW 電壓：380V
轉(zhuǎn)速：1480r/min 功率因數(shù)：0.87 電流：103A
流量：400m3/h 揚(yáng)程：48m 必需汽蝕量：4m
配置RCC—E380—4T—0550變頻器
從流體力學(xué)原理可知，使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵負(fù)載，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n1變化到n2時(shí)，Q、H、P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：
Q1/ Q2= n1/ n2，輸出流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；
H1/H2=（n1/ n2）2，輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n二次方成正比；
P1/P2=（n1/ n2）3，輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n三次方成正比；
例如當(dāng)需要80%的額定流量時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率到50Hz×80%=40Hz，這時(shí)所需功率將僅為原來(lái)的（80%）3，即51.2%。
改造時(shí)，在水泵的出水管口接一壓力變送器（工作范圍0～1MPa），根據(jù)設(shè)備實(shí)際需求，在變頻柜上設(shè)定運(yùn)行頻率用以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速、控制泵口出水壓力和流量。數(shù)據(jù)顯示，在只使用一臺(tái)變頻水泵并將頻率設(shè)定為45Hz的情況下，電機(jī)電流穩(wěn)定值為69A左右，泵口出水壓力大于0.23 MPa，能夠滿足冬季生產(chǎn)需要；當(dāng)頻率設(shè)定為50 Hz（全頻）時(shí)，電機(jī)電流穩(wěn)定值為95A左右，泵口出水壓力大于0.3 MPa，在該工況下，變頻泵每小時(shí)實(shí)際消耗功率為P=
I×U×cosφ1 =×95×380×0.87 ≈54.4KW。
改造前，兩臺(tái)并聯(lián)水泵每小時(shí)實(shí)際消耗功率為：
P=(I1+I2)×U×cosφ2=[(75A～80A)+( 75A～80A)]×380×0.84≈83KW～88KW，
亦即改造前后每小時(shí)至少可節(jié)電約83KW -54.4KW = 28.6KWh。 |