天铁水电厂水泵节能改造方案

车艳华1，赵明新2

（1.天津天铁冶金集团水电厂，2.天津天铁冶金集团机动处，河北邯郸 056404）

1 概述

近几年来，随着我国经济的迅速发展，能源消耗急剧增加，加速了能源的枯竭，节能降耗已经刻不容缓。政府也对节能工作极为重视，先后出台了一系列的政策和措施，促进节能工作的发展。节能降耗不仅是响应国家的号召，还能够降低企业的生产成本，提高产品的市场竞争力，对于一个企业的发展有着不容忽视的作用。

2 系统解析

水电厂热轧区改造的动力设备系统主要有加热炉净环冷却水系统、结晶器净环冷却水系统，和设备间接冷却循环水系统和层流冷却浊环冷却水系统、辊道浊环冷却水系统和二次喷淋浊环冷却水系统。系统设备配置详见表1。

3 改造项目设计

3.1 设备选型和设计

根据实际使用情况，本着节约、实用、有效和科学的原则，安装的节能装置详见表2。

3.2 控制描述

3.2.1 加热炉净环冷却水系统

针对系统配置5 台45 kW 加热炉供水泵，使用方式为2 用3 备。安装1 套2 台LDJ-GN-0.4kV-45智能化节能装置，控制2 台45 kW 水泵同频节能运行，同时可切换控制1 台备用的45 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

针对系统配置5 台355 kW 净环供水泵，使用方式为2 用3 备。安装1 套2 台LDJ-GN-10kV-355智能化节能装置，控制2 台355 kW 水泵同频节能运行，同时可切换控制1 台备用的355 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

3.2.2 设备间接净环冷却水系统

针对系统配置2 台710 kW 设备间接供水泵，使用方式为1 用1 备。安装1 套1 台LDJ-GN-10kV-710 智能化节能装置，控制1 台710 kW 水泵

节能运行，同时可切换控制1 台备用的710 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

表1 系统设备配置

表2 各系统节能装置设计选型及数量一览表

针对系统配置3 台45 kW 液压冷却供水泵，使用方式为2 用1 备。安装1 套2 台LDJ-GN-0.4kV-45 智能化节能装置，控制2 台45 kW 水泵同频节能运行，同时可切换控制1 台备用的45 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

3.2.3 层流冷却浊环冷却水系统

针对系统配置3 台160 kW 层流侧喷泵，使用方式为1 用2 备。安装1 套1 台LDJ-GN-0.4kV-160 智能化节能装置，控制1 台160 kW 水泵节能运行，同时可切换控制1 台备用的160 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

针对系统配置5 台220 kW 层流旁滤泵，使用方式为2 用3 备。安装1 套1 台LDJ-GN-10kV-220智能化节能装置，控制1 台220 kW 水泵节能运行，同时可切换控制1 台备用的220 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

3.2.4 辊道浊环冷却水系统

针对系统配置5 台280 kW 低压浊环泵，使用方式为2 用3 备。安装1 套2 台LDJ-GN-10kV-280智能化节能装置，控制2 台280 kW 水泵节能运行，同时可分别切换控制1 台备用的280 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

针对系统配置6 台800 kW 高压浊环泵，使用方式为3 用3 备。安装1 套2 台LDJ-GN-10kV-800智能化节能装置，控制2 台800 kW 水泵节能运行，同时可分别切换控制1 台备用的800 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

针对系统配置7 台315 kW 旋流井提升泵，使用方式为4 用3 备。安装1 套2 台LDJ-GN-10kV-315 智能化节能装置，控制2 台315 kW 水泵节能运行，同时可分别切换控制1 台备用的315 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

针对系统配置3 台220 kW 冲氧化铁皮泵，使用方式为1 用2 备。安装1 套1 台LDJ-GN-10kV-220 智能化节能装置，控制1 台220 kW 水泵节能运行，同时可分别切换控制1 台备用的220 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

针对系统配置7 台315 kW 浊环上塔泵，使用方式为4 用3 备。安装1 套1 台LDJ-GN-10kV-315智能化节能装置，控制1 台315 kW 水泵节能运行，同时可分别切换控制1 台备用的315 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

3.2.5 二次喷淋浊环冷却水系统

针对系统配置6 台315 kW 二次喷淋冷却泵，使用方式为2 用4 备。安装1 套2 台LDJ-GN-10kV-315 智能化节能装置，控制2 台315 kW 水泵节能运行，同时可分别切换控制1 台备用的315 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

针对系统配置5 台75 kW 旋流井提升泵，使用方式为2 用3 备。安装1 套2 台LDJ-GN-0.4kV-75智能化节能装置，控制2 台75 kW 水泵节能运行，同时可分别切换控制1 台备用的75 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

针对系统配置6 台185 kW 冲氧化铁皮泵，使用方式为3 用2 备，目前有1 台已坏。安装1 套2 台LDJ-GN-10kV-185 智能化节能装置，控制2 台185 kW 水泵节能运行，同时可分别切换控制1 台备用的185 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

针对系统配置6 台45 kW 浊环上塔泵，使用方式为2 用4 备。安装1 套1 台LDJ-GN-0.4kV-45 智能化节能装置，控制1 台45 kW 水泵节能运行，同时可切换控制1 台备用的45 kW 水泵节能运行，实现2 台间互为备用。

4 控制技术解析

4.1 基本控制原理

实时采集冷却水循环系统的供水压力、温度、液位等参数，经A/D 变换后送到智能控制器，经PID运算和模糊控制，计算出实际需求冷却水量，智能调控冷却供水泵、上塔泵的流量、压力，使拖动电机的输出功率始终与系统的负荷变化相匹配，达到节电的目的。

4.2 同步跟随技术

冷却水循环系统是一个典型的负载可变系统，它受生产量、品种变化和季节、环境变化的直接影响，这就导致了冷却水系统的负载特性曲线不断变化。运行曲线分析见图1。

图1 运行曲线分析图

LDJ 智能化控制系统能够实时跟踪负载的变化智能控制电机的转速，使拖动电机的输出功率跟随负荷的变化同步输出，实现“系统同步跟随、功率按需输出”，从而达到最佳的节能效果。

4.3 水平衡调节技术

通过对热水池、旋流井液位的调控实现上塔泵、提升泵的智能动态控制，当前端水量增大，水池水位有上升趋势时，系统自动加大上塔泵、提升泵流量使水池水位下降；而当前端水量减少，水池水位有降低趋势时，系统自动降低上塔泵、提升泵流量使水池水位上升，系统以此能维持水池水位的基本恒定，从而实现前端来多少水，上塔泵、提升泵输送多少水，严格保证冷水池和热水池的水量平衡。

4.4 轧机状态联动控制技术

按低压浊环供水泵系统的运行特性。关闭回流阀，根据轧机工作和不工作时对冷却水泵供水量要求的不同，通过轧机状态开关量信号联动智能控制冷却供水泵工作在两种状态。系统在改造后，在轧机轧钢时，系统自动提高冷却水泵转速，加大供水流量；在不轧钢时，系统自动降低冷却水泵转速，减小供水流量，最终实现冷却水泵转速与轧钢和不轧钢换轧辊、交接班、钢坯不到位时对水量的不同需求保持一致，既满足系统工艺要求，又节约电能。

同时通过实时检测冷却水出水温度智能控制低压浊环供水泵节能运行。当冷却泵的出水温度高于工艺冷却需求值时，水泵自动加速运转，提高水泵压力，加大冷却水的流量；当冷却泵的出水温度低于工艺冷却需求值时，水泵自动减速运转，降低水泵压力，减小冷却水的流量。在保证设备安全和工艺标准控制的基础上，实现大幅度节能。

4.5 温度控制下的压力调节技术

根据浊环冷却泵系统的运行特性。通过实时检测冷却水出水温度智能控制浊环冷却泵节能运行。当冷却泵的出水温度高于工艺冷却需求值时，水泵自动加速运转，提高水泵压力，加大冷却水的流量；当冷却泵的出水温度低于工艺冷却需求值时，水泵自动减速运转，降低水泵压力，减小冷却水的流量。水温与压力的关系如图2。

图2 水温与压力的曲线分析

在保证设备安全和工艺标准控制的基础上，实现大幅度节能。这个随水温变化的压力、流量是一个全智能自动控制过程，主要以两组、四个参数来实现。

4.6 压力保障下的液位调节技术

根据旋流井提升泵系统的运行特性。“压力保障”是使系统维持一个能够满足工艺需求的下限压力。“液位调节”是通过实时采集旋流井液位信号智能控制提升泵节能运行。当前级水量增大，液位升高时，提升泵自动加速运转，提高流量；当前级水量减小，液位降低时，提升泵自动减速运转，降低流量，维持液位基本恒定，实现旋流井的供水量和前端的排水量严格同步。在保证设备安全和水量平衡的基础上，实现大幅度节能。

4.7 同频控制技术

当冷却循环水系统有多台水泵同时运行时，LDJ 智能化控制系统能够实现水泵系统同频节能运行，使压力均衡输出，消除水泵不同频率运行产生的压力损失和出口压力不同造成的水泵系统内部的相互损耗。

4.8 安全保障技术

根据现场的设备和控制，充分考虑多个控制点操作的实用和便捷性，为防止设备运行时的误操作动作，本系统的控制点包括机旁箱、节电装置和控制室操作箱等三个控制点进行互锁控制。同时为了保证系统的正常使用，设有电气互锁的工频/节能转换装置。当变频器因故障短时间内不能恢复时，可方便快捷地切换为工频状态运行。

5 节电量分析

5.1 电价与用电时间

电费单价:0.64 元/度;用电时间：按30 天/月，12月/年计算。

5.2 节电量计算

节电量计算见表3(见57 页)。

5.3 效益

通过计算改造后节电率可达20%以上，折合电功率12325 kW，每年可节约电量1084.1 万kWh，折合标准煤为3902.8 t，年节约电费约693.8 万元。系统投资共计1583.7 万元，需两年多收回成本，以后每年节约近700 万元。