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1、高压灰水泵变频改造节能效果分析娄伦武;李灵【摘要】针对气化工序灰水系统高压灰水泵设计裕量偏大、运行效率低、电耗高、 回流管线振动大的问题，将高压灰水泵改为变频调节。改造后，在2台气化炉运 行的工况下，回流减压阀全关，电机电流由改造前的140 mA左右降至95 mA左 右，节能效果非常明显，回流管线振动大的问题也随之解决。%In connection with problems of high pressure ash water pump of ash water system in gasification process, such as large design margin, low
2、operation efficiency, high electricity consumption, and excessive vibration of reflux lines, the adjustment of high pressure ash water pump is changed to frequency conversion adjustment.After renovation, in operation conditions of 2 gasifiers, pressure reducing valves are all closed, motor current i
3、s reduced from about 140 mA before renovation to about 95 mA, having significant energy saving effect, and the problem of heavy vibration of reflux lines is solved.【期刊名称】化肥工业【年(卷)，期】2014(000)006 【总页数】4页(P48-50,53) 【关键词】灰水泵;变频;节能;分析 【作者】娄伦武;李灵【作者单位】贵州金赤化工有限责任公司贵州桐梓563200;贵州金赤化工有限责任公司贵州桐梓563200 【正文语种】
4、中文贵州金赤化工有限责任公司（以下简称金赤公司）气化工序灰水系统除氧水槽接收真 空闪蒸冷凝液、变换工序工艺冷凝液、灰水槽灰水，补充新鲜水后，以低压闪蒸汽 作为热源，在0.04 MPa压力下进行热力除氧。除氧水槽顶部出口废蒸汽直接高空 排放，底部出口除氧灰水经高压灰水泵加压后一部分送气化工序作为碳洗塔补水、 气化炉锁斗充压补水和气化炉事故补水，其余返回除氧水槽。除氧水系统流程见图 1。高压灰水泵2开1备，选用高压自平衡多级离心泵，型号为ZDF420- 150x6A, 额定流量为480 m3/h，额定扬程为788 m，气蚀裕量为5.0 m，驱动电机功率1 600 kW，电源为6 kV/50 Hz/
5、3P，转速为2 980 r/min，防爆等级为eHT3，防 护等级为IP54，绝缘等级为F级，以工频方式运行。正常运行时，主要通过回流减压阀和泵出口阀来控制高压灰水泵出口压力，实现出 口流量的控制。1台气化炉运行时，系统补水量为140 m3/h左右，回流减压阀处 于全开状态；2台气化炉运行时，系统补水量为280 m3/h左右，回流减压阀开度 在50%以上；3台气化炉运行时，系统补水量为410 m3/h左右，也远未达到额 定打量480 m3/h。由于设计裕量偏大，致使高压灰水泵长期低负荷运行，工况点 远离其最高效率点，运行效率低、电耗高。同时，由于回流减压阀前后压差太大， 造成回流管线振动大，给
6、系统带来极大的安全隐患。变频调速既具有调速效率高、功率因子大、调速范围宽、调速精度高等优势，又可 以实现软启动，减少对电网的电流冲击（工频电机启动电流可达额定电流的68 倍）和设备的机械冲击，在化工、炼油、火电等行业应用十分广泛。变频调速是通 过改变电机供电频率的方法以达到调节电机转速的调节方式，频率变化后，电机基 本保持额定转差率，转差损失不会增加，只在变频器中产生交流损失，以及由于高 次谐波的影响而使电机的损耗有所增加。所以，变频调节是一种高效调速方式，调 速范围宽(550 Hz)，同时在整个调速范围内均具有较高的调速效率，适用于长期 处于低负荷下运行的负载1。3.1变频调速的节能原理2-
7、 3变频调速通过改变泵的转速来调节流量，以满足生产工艺的要求。变频调速可以实 现泵的无级调节，并可方便地组成闭环控制系统，实现高压灰水泵恒压或恒流量运 行。高压灰水泵流量-压力特性曲线见图2。(1) 不变速也不调节流量。高压灰水泵以额定转速n1运行，实际流量为Q1,压力 为H1，管路特性曲线为R1,T况点是A点，此时泵所需的轴功率为 PA=pQ1H1/102r|。(2) 采用泵出口阀控制流量。高压灰水泵转速n1不变，实际流量从Q1减少至Q2 时，管路特性曲线由R1变为R2，压力从H1变为H2，工况点由A点移至B点， 此时泵所需的轴功率为PB=pQ2H2/102n。采用变频调速控制流量。高压灰水
8、泵的转速由n1减小至n2实际流量从Q1减 少至Q2时，压力H1变为H3,管路特性曲线为R1,T况点由A点移至C点， 此时泵所需的轴功率为PC = pQ2H3/102n。由图2可知，改变泵出口阀门开度实际上是通过改变管路特性实现流量调节，改 变高压灰水泵的转速实际上是通过改变其性能特性实现流量调节。由于泵的轴功率 PxQH,采用改变泵出口阀门开度使实际流量从Q1减小至Q2时，其轴功率与A 点相比下降并不明显；采用变频调速使实际流量从Q1减小至Q2时，其轴功率与 A点相比下降非常明显。3.2变频改造经济性分析3根据GB 124972006，采用阀门节流调节时，电机轴功率PV与实际流量Qn、 额定流
9、量Q的关系为：PV必0.45+0.55(Qn/Q)2Pe。2台气化炉运行时，电机的 实际轴功率 PV0.45+0.55(280/480)2x1 600=1 019.44(kW)。采用变频调速时，高压灰水泵的节能效率Ki与实际流量Qn、额定流量Q的关系 为：Ki = 1-(Qn/Q)3/0.45+0.55(Qn/Q)3。2台气化炉运行时，高压灰水泵节能 交攵率 Ki = 1-(280/480)3/0.45+0.55(280/480)3=64.5%。由于变频器本身有一定的功耗，额定状态下，其效率在86.4% 96.0% ;高压灰 水泵改为变速运行后，其电机的磁滞损耗、涡流损耗、定转子铜耗等在功率中
10、所占 比例都有所上升，该部分损失使变频调速后电机电流增加约10.0%4。这两部分 的损失叠加后按20.0%计算，则实际节能率K实际=64.5%-20.0%=44.5%。高压灰水泵按年运行300 d计，年节电量约为3.266x106 kW-h ;电价按0.55元 /(kW-h )计，年节约电费约为180万元。通过粗略估算，变频改造实施后的节能效 果非常显著，高压灰水泵变频改造很有实施的必要性。4.1变频改造实施情况及启、停流程金赤化工公司高压灰水泵变频改造是在原有电机的基础上加装变频装置，通过变频 装置改变电机的用电频率来改变电机的转速，进而改变高压灰水泵转速，达到调节 流量的目的。变频装置使用
11、DHVECTOL系列高压、大功率变频器，具有高效、节 能的特点，采用标准的“1拖1”带工频旁路的方案(图3)。在旁通柜内，安装有刀闸QS1和QS2，用于变频和工频2种工作模式下的相互切 换。变频模式切换至工频模式时，应先停运变频器，待变频器频率降至0 Hz后自 动断开高压开关QF1，然后将QS2投至工频位置，再断开QS1，最后合上QF1; 工频模式切换至变频模式时，必须先断开QF1，然后合上QS1,再将QS2投至变 频位置，最后合上QF1。变频器需停机时，先在机旁或DCS发出停机指令，变频 器自动进入停机程序，直至运行频率降至0 Hz，变频器自动发出6 kV高压开关分闸命令，分断高压开关柜，系
12、统进入待机状态中。4.2高压灰水泵变频改造后运行情况高压灰水泵变频改造后仍为1开1备，由于变频装置启动时间较长，因此备用泵 始终处于工频状态。运行泵通过压力设定模块与变频装置关联，根据设定的压力来 调整电机转速，回流减压阀全关。在2台气化炉运行的工况下，电机电流由改造 前的140 mA左右降至95 mA左右，回流管线剧烈振动、回流减压阀频繁调整、 除氧水槽液位大幅波动等现象随之解决，系统运行稳定，节能效果明显，尤其是在 机组低负荷工况下的节能效果更加显著。高压灰水泵实施变频改造后的节能效果如 表1所示。5.1直接经济效益金赤化工公司气化炉为2开1备，全年95%以上的时间为2炉运行，系统补水量
13、为280 m3/h左右，改造后电机电流基本稳定在95 mA左右。高压灰水泵按年运 行300 d计，年节电量约为2.932x106 kWh,年节约电费约为160万元，与改 造前的经济性分析数据基本吻合，说明高压灰水泵变频改造项目非常成功。5.2间接经济效益(1) 变频器通过直流电抗器作用，提高了功率因数，降低了输配电线路中变压器及 母线因输送无功功率造成的电能损耗5。(2) 利用变频器软启动功能，启动电流为额定电流的1.2 1.5倍，可以避免电机直 接启动弓I起的电网冲击和机械冲击。改为变频调节后，泵出口压力降低，出口阀全开，回流阀全关，泵、管道、阀 门、密封件的运行工况大大改善，回流管线振动大
14、的隐患也得到彻底解决。(4)DHVECTOL系列高压、大功率变频器具有单元智能旁通、手动工频旁路、瞬时 停电再启动、工频与变频自动互切等功能，操作灵活，可靠性高。不需要外部输出滤波器就可提供正弦输出电压，不会增大电机拖动系统的运转 噪音，输出转矩脉动小。高压灰水泵出口用户较多，2台气化炉正常运行时主要用户就有4个，分别用作碳 洗塔补水和气化炉锁斗充压。正常生产中，由于碳洗塔补水调节阀和气化炉锁斗充 压手动阀不是处于全开状态，存在节流，高压灰水泵变频改造后节能效率并没有最 大化。因此，在进行变频改造的同时，还必须考虑管路特性与之匹配，才能使节能 交攵率最大化。近年来，我国化肥企业的生产规模向大型
15、化发展，原料路线和产业结构进行了调整， 整体技术水平不断提高，环保意识不断增强，使我国的化肥工业呈现出完全崭新的 面貌。为了继续促进我国化肥工业持续稳定发展，及时、准确地为行业提供动态信 息，更好地发挥桥梁和纽带的作用，汲取行业内各方力量共同办好期刊，在主办单 位上海化工研究院的支持下，通过前期征集和遴选，已于2013年8月成立了化 肥工业杂志理事会。本刊编辑部热忱欢迎化肥设备制造企业、生产企业、科研院 所、大专院校及其他企业加入理事会，共同促进我国化肥工业的技术水平不断发展。 具体入会事宜，请与本刊编辑部联系。【相关文献】1 于德营.锅炉引风机变频改造分析J.沈阳工程学院学报：自然科学版，2010(2) : 124- 128.2 汪书苹，盛明珺，胡丹.风机泵类高压变频改造的节能分析及计算方法J.电力自动化设备， 2011 (3) : 117- 120.3 周海东.供水泵变频节能技术探讨J.中华纸业，2011 (4) : 72- 75.4 张彩，张宝.凝结水泵变频改造的问题与对策J.电力科学与工程，2013(1) : 74- 78.5 赵鹏，李延磊，李丽，等.锅炉脱盐水系统变频节能改造J.应用能源技术，2011(12) : 16- 18.
