节能与环保
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蒋显龙1周云1许建云2
（1.四川能投煤化新能源有限公司，四川攀枝花617000；2.攀枝花攀煤联合焦化有限责任公司，四川攀枝花617000）
摘
要：通过对水泵变频调速控制分析，结合我公司焦化生产高压氨水实际需求情况，在原有高压氨水泵电力控制的基础上对高压氨水泵进 行变频调速改造，在节能环保、生产控制等方面均并取得了良好的效果。
关键词：高压氨水泵；变频器节能；多段速控制
1前言
焦炉生产过程中，装煤时需要揭开装煤孔炉盖，在不采取任何措施时揭开炉盖时，会导致大量粉尘和烟气从装煤孔逸出污染环境，为防止粉尘和烟气的扩撒在大气中，采用装煤除尘风机收集孔口粉尘和
烟气，通过高压氨水泵压入高压氨水在桥管喷洒冷却的方式，可使上升管根部形成一定的负压，引导荒煤气进入集气管，从而减少烟气和粉尘外逸。我公司原有设计高压氨水泵采用工频不间断运行，压力的调节采用旁路回流的方式。由于装煤为间隙性操作，在不装煤时电机仍然以工频不间断运行，不仅降低设备利用率，造成资源浪费，同时引起设备发热，机械磨损严重，增加维修维护成本；而氨水喷洒要求压力恒定，压力过小除烟效果不好，压力过高上升管根部负压过大，煤粉易进入集气管，造成管道堵塞，焦油和氨水分离不好，影响化产工序对焦油的回收。同时，吸入过多空气，煤气含氧量超标，严重时会引起生产安全事故。因此，对高压氨水压力和流量的有效控制，对焦炉安全生产、节能降耗以及化产品的回收至关重要。2高压氨水泵变频调节原理 变频器是通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备[1]，异步电动机转速n 与频率f 成正比例关系，与磁极数p 成反比例关系，由于异步电动机为感应电动力，因此存在一定的转差率
S，关系可如下表式：
由此可知，当磁极数与转差率一定时，改变频率大小即可实现电机速度改变。
我公司高压氨水采用多级离心式水泵，从化产车间冷凝泵房将氨水送到焦炉炉顶，有一定的扬程高度差H0。根据离心泵的工作特性曲线分析，泵的出口状态对泵的流量调节、功率输出、工作稳定性都有
直接的影响，特性曲线与管道阻力曲线[2]如图1
所示：
图1高压氨水泵系统特性曲线
曲线Ⅱ为工频水泵的流量-扬程关系曲线，泵出口阀全开时，其管路特性如曲线Ⅳ所示，二者相交于B 点时，此时泵处于最佳工作状态。在未采用变频调节前，可通过调节泵出口阀开度，改变泵的工作点来达到降低功率输出的目，减小出口阀开度，管路局部阻力增大，管路特性发生变化，其特性曲为Ⅲ曲线所示，泵的工作点移至A 点，流量变为Q1，泵出口扬程H 增加至H3，由于泵的转速并未发生变化，关小阀门时，减少了出口流量，增大了出口阀阻力，电机做功的能量损失在阀门上。
采用变频调节，泵出口阀全开，管路特性仍如Ⅳ曲线所示，当电机频率变化，转速随之变化，泵特性曲线由Ⅱ变为I，当出口流量Q2减少到Q1时，工作点B 随之移到C 点，扬程H2变成为H1[2]，理论
ysn-264上有如下关系:
可见，流量、扬程以及输出功率分别与转速的一次方、二次方、三次方成正比关系，当改变泵的转速时，就可以达到改变输出功率的目标。
3节能改造方案
本次改造选用英威腾变频器，型号为CHF100-075G/90P-4，容量为90kW，额定输出电流为176A。由于仅装煤作业需要高压氨水，装煤结束后氨水无需保持在高压状态，故采用变频器多段速控制模式可以满足生产需求。当加煤车开始加煤作业时，加煤车PLC 则发出“加煤”作业命令，变频器接收到信号高频运行，高压氨水泵高速运行，当装煤结束后，加煤车发送加煤作业结束信号，变频器接收到信号低频运行，高压氨水泵低速运行。由于炉顶至高压氨水泵距离较远，为确保炉顶用水不受控制信号线路故障的影响，特设置机旁手动控制信号，当线路故障时，采用手动运行，亦能保障炉顶供水，同时采用主
回路变频加旁路的办法，确保高压氨水泵电机供电可靠。
图3变频器与工频电源切换电路
变频正常运行时，KM1与KM2处于合闸状态，当变频故障时，KM1与KM2分闸，闭合KM3，此时高压氨水泵亦能正常工作，保障了焦炉氨水的供应。4改造效果对比
显示器玻璃
目前我公司单座焦炉运行，炉数55孔，一次加煤操作约10分钟，高压氨水泵采用多段速变频控制，根据不同的结焦时间，经现场实际测量，高频运行电流约124A，低频运行电流约10A，改造前后工频、变频运行数据对比如表一所示：
表一工频、变频控制方式能耗对比表
结焦时长（h）30.0044.0055.0066.00装煤操作日累计时长（h）
7.33
5.00催化裂解
4.00
沪语输入法3.33
工频运行日均用电量（kW •h）1782.40
变频运行日均用电量（kW •h）
空压机系统644.44485.13416.85371.33
螺钉连接节电率（%）63.8472.7876.6179.17
由此可见，采用变频运行，结焦时间长短，即加煤操作的总时长决定节电的效率。结焦时间越长，高频运行时间越短，节电率越高，反之越低。5结论
此套系统进行变频改造后效果良好，尤其在焦炉低负荷生产情况下，节能效果十分明显，经改造，高频运行满足装煤操作对高压氨水压力和流量的要求，低频运行降低了旋转设备旋转时速，减少设备磨损和检修周期，达到节能降耗效果，降低公司备件、人力以及用电成本支出，在节能环保、生产控制上均取得良好效果。参考文献：
[1]邓海波，高志勇编著.矿物加工过程检测与控制技术[M]：冶金工业出版社，2017.01：第167页.
[2]苏跃华.浅谈风机水泵自控系统变频节能改造[J].山东工业技术2017,(14).
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