洗煤廠(chǎng)渣漿泵變頻控制系統

1 變頻器節能原理

以往風(fēng)機、水泵的風(fēng)(流)量是通過(guò)擋板(閥門(mén))來(lái)調節的，大量的能量被擋板和閥門(mén)白白浪費。據統計，目前使用的風(fēng)機、水泵大約有25%~60%的能量是無(wú)謂消耗。根據風(fēng)機、水泵原理我們知道

2 設備基本情況與改造方案

某洗煤廠(chǎng)有185 kW的渣漿泵兩臺，采用軟起動(dòng)器起動(dòng)，長(cháng)期處于高速運行狀態(tài)，電流280 A，能耗很大。因不能調節速度，渣漿水一直溢出沉降池，從回流

管道逆流到渣漿泵進(jìn)口處的儲液池，使渣漿泵長(cháng)期低效率工作，造成大量能源浪費(見(jiàn)圖2)，為響應國家建設節約型社會(huì )號召以及省發(fā)改委節能文件要求，決定對其進(jìn)行節能改造，具體改造方案如下。

保留原有的軟起動(dòng)裝置，和變頻器一起控制電機，軟起動(dòng)作為工頻旁路備份使用，即當變頻器有故障時(shí)，改為軟起動(dòng)運行。

采用一臺變頻器帶一臺渣漿泵的方式。具體改造辦法為：關(guān)閉回流閥，采用水位閉環(huán)控制方式，在池內壁上安裝液位傳感器，利用變頻器的PID 調節功能，當水位到達時(shí)，變頻器頻率下降，渣漿泵以低速運轉，水位越高，轉速越低;水位越低，轉速越高。

同時(shí)將水位信號傳送給控制柜，使操作人員能適時(shí)了解液位狀況。通過(guò)此控制保持渣漿池內的循環(huán)基本不變。電機在空載或輕載運行時(shí)，通過(guò)檢測負載電流，在原有的特性曲線(xiàn)的基礎上減小輸出電壓，達到節能的目的。

2.1 變頻控制原理圖

經(jīng)過(guò)調研分析，此渣漿泵變頻改造選用的變頻器為美國EMERSON公司的EV2000，變頻控制原理如圖3所示。

2.2 變頻器參數設置

變頻器參數設置如表1所列。表中F0 組為基本運行參數;F5 組為過(guò)程閉環(huán)

控制參數;F7組為端子功能參數。

3 變頻調速的優(yōu)勢

1)電路板采用三層防護處理，具有防塵，抗潮，抗干擾等功效，針對洗煤廠(chǎng)的惡劣工作環(huán)境(高煤塵、高潮濕度，強干擾)，同時(shí)采用先進(jìn)的電路結構設計，減少了輸出側的電流諧波，提高了功率因數，解決了對電網(wǎng)的諧波污染，無(wú)需任何濾波或功率因數的補償裝置。

2)電動(dòng)機實(shí)現了真正的軟啟動(dòng)、軟停止，變頻器提供給電機的無(wú)諧波干擾的正弦波電流，峰值電流和峰值時(shí)間大為減少，可消除對電網(wǎng)和負載的沖擊，避免產(chǎn)生操作過(guò)電壓而損傷電機絕緣，延長(cháng)了電動(dòng)機和風(fēng)機、水泵的使用壽命。同時(shí)，變頻器設置共振點(diǎn)跳轉頻率，避免了風(fēng)機、水泵處于共振點(diǎn)運行的可能性，使風(fēng)機、水泵工作平穩，軸承磨損減少，啟動(dòng)平滑，消除了機械的沖擊力，提高了設備的使用壽命。

3)變頻器自身保護功能完善，同原來(lái)繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，瞬間過(guò)流保護(超過(guò)200%額定電流峰值)10 μs，動(dòng)作有效過(guò)流保護(150%額定電流)3 s動(dòng)作，過(guò)載保護(120%額定電流)1 min動(dòng)作，大大加強了對電動(dòng)機的保護。

4)調速段內的設備調節和優(yōu)化控制由DCS完成與集控系統完美結合，通過(guò)RS485和RS232接口與集控系統通訊，并通過(guò)集控系統實(shí)時(shí)監控泵的工作情況。DCS負責采集模擬量、開(kāi)關(guān)量等信號，變頻器輸出的模擬量、開(kāi)關(guān)量信號全部進(jìn)入DCS系統，形成閉環(huán)控制，同時(shí)實(shí)現相關(guān)輔機聯(lián)鎖功能等。

5)采用變頻調節，實(shí)現了擋板、閥門(mén)全開(kāi)，減少了擋板、閥門(mén)節流損失，且能均勻調速，滿(mǎn)足調峰需要，節約了大量的電能，具有顯著(zhù)的節電效果。

6)整機的運行噪音改善明顯。采用液力耦合器時(shí)，無(wú)論是低速還是高速，由于電機均處于工頻運行，整機的噪音達到90 dB左右，但是進(jìn)行變頻改造后，整機的運行頻率下降至40 Hz左右，電機的運行噪音明顯下降，低于80 dB，在低速運行時(shí)基本上聽(tīng)不到噪音，達到65 dB 以下，極大地改善了現場(chǎng)的噪音污染。

7)由于電機低速運行以及工作在高效率區，電機的溫升和軸承溫升下降明顯。電機溫升由采用液力耦合器時(shí)的59℃下降至44℃，電機的前后軸承的溫度都相應下降，延長(cháng)了電機系統的使用壽命。

8)低負荷下轉速降低，減少了機械部分的磨損和震動(dòng)，泵的維修周期延長(cháng)，節省了大量的檢修費用。

9)日常維護保養工作量和費用下降。采用液力耦合器估計每年的維護費用在2萬(wàn)元左右，采用變頻器后，這項費用下降為數千元左右。

10)調速范圍寬。采用液力耦合器調速范圍具有相當大的限制，采用變頻器后，實(shí)現智能調速，系統調頻范圍0～50 Hz，增強了工藝調節能力。

4 系統其他配件

4.1 傳感器的選用及其性能

此系統中的液位傳感器選用西門(mén)子LR200系列。

SITRANS LR 200 是兩線(xiàn)制供電，利用的是先進(jìn)的5.8 GHz(北美是6.3 GHz)脈沖雷達技術(shù)的連續物位測量儀表。此儀表由一個(gè)耦合天線(xiàn)的電子部件和過(guò)程連接組成，易于安裝，啟動(dòng)簡(jiǎn)單，既可以使用本地紅外手操器，也可以從遠程使用SIMATIC1 PDM，通訊協(xié)議采用HART2協(xié)議。

SITRANS LR 200有兩種型號：

1)通常用途(無(wú)危險的);

2)本質(zhì)安全(有適當的隔離柵欄)。

有大范圍的過(guò)程連接和天線(xiàn)選項可以配合任何結構的容器。

SITRANS LR 200 設計并應用于液位測量時(shí)，應包括：

1)儲存液體的容器;

2)有輕微震動(dòng)的過(guò)程容器;

3)液體;

4)泥漿。

本系統選用的LR200，用于監測沉降池的水位的高低，通過(guò)水位的高低，反饋給變頻器，形成閉環(huán)控制，以達到保持水位恒定的目的。

根據系統要求，需要設置的參數：

1)選擇輔助讀數的語(yǔ)言選項或數值(P010)，初始值0;

2)選擇測量模式，即物位，指空間或者距離(P001)，1;

3)設置物位變化的響應時(shí)間(P003)，2;

4)選測量單位(m，cm，mm，ft或in)(P005)，1;

5)選擇過(guò)程空液位(P006)，3.5 m(根據容器的大小高低來(lái)確定);

6)設置量程(P007)，3.06 m(根據要測量的高低來(lái)確定);

7)忽略物質(zhì)回波前的錯誤回波，設置自動(dòng)虛假回波抑制距離(P838)，初始值;

8)自動(dòng)虛假回波抑制有效(P837)，初始值。

4.2 儀表的選用及其性能

儀表選用暉祥儀表HWXP 系列數字顯示控制儀，型號為HWXP-C803-01 和HWXP-C803-02 兩種儀表。HWXP-C803-01不帶壓力變送，只用于顯示變頻器的頻率;HWXP-C803-02帶壓力變送，用于顯示沉降池的液位。

5 節能分析

變頻改造后，平均運行40~45Hz，電流由280A降到240A以下，節電按30%計算，每年節省電能為P=1.732UI×30%×20×30×12

=1.732×0.38×280×30%×20×30×12

=398 055

按0.6 元/kW·h 計算，每年節約電費約238 833元，一年內即可收回投資。

6 結語(yǔ)

隨著(zhù)科技的發(fā)展，變頻技術(shù)日益成熟，變頻器以其優(yōu)異的調速性能，顯著(zhù)的節能效果，已被廣泛應用于各行各業(yè)，變頻調速是電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。對洗煤廠(chǎng)渣漿泵進(jìn)行變頻調速改進(jìn)后的成功運行及顯著(zhù)的節能效益，證明變頻調速大有作為。