張曉瑋
(酒泉鋼鐵集團(tuán)公司宏興股份公司,甘肅嘉峪關(guān) 735100)
酒鋼不銹鋼中厚板退火酸洗工序退火段采用輥底式加熱爐,對(duì)板材進(jìn)行固溶、回火、正火、淬火等處理,爐子出口采用輥式淬火機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻,淬火機(jī)為多冷卻段連續(xù)冷卻方式,鋼板在淬火過(guò)程中依次通過(guò)不同的冷卻段,即先在快速冷卻段采用高壓大水量(壓力最大為0.8M Pa,流量最大為5.5m3/(m i n·m2))以最大限度吸收鋼板表面的熱量;然后,在低壓段以較小的水量繼續(xù)冷卻鋼板,最終使鋼板溫度降到室溫,在冷卻過(guò)程中冷卻水量根據(jù)板材規(guī)格進(jìn)行調(diào)整。但由于淬火機(jī)高壓段及低壓段供水循環(huán)泵為工頻運(yùn)行,水量的頻繁調(diào)整直接影響高壓水泵的穩(wěn)定運(yùn)行,所以從投運(yùn)至今,針對(duì)高、低壓段供水流量基本不調(diào)整,一直采用大流量冷卻,冷卻薄規(guī)格板材時(shí)多余水量由管道旁路泄壓,造成了不必要的能源浪費(fèi)。
中厚板淬火機(jī)高壓濁環(huán)水系統(tǒng),采用4臺(tái)高壓水泵3用1備的方式運(yùn)行。運(yùn)行水泵目前均為工頻運(yùn)轉(zhuǎn),配合各工頻運(yùn)轉(zhuǎn)水泵出口閥門(mén)開(kāi)度,使對(duì)應(yīng)管網(wǎng)系統(tǒng)入口保持在相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)點(diǎn)上。高壓淬火段設(shè)有旁通閥,根據(jù)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié),使管網(wǎng)壓力始終保持在0.8M Pa。
淬火機(jī)低壓濁環(huán)水系統(tǒng),采用4臺(tái)循環(huán)水泵2用2備的方式運(yùn)行。運(yùn)行的水泵目前均為工頻運(yùn)轉(zhuǎn),配合各工頻運(yùn)轉(zhuǎn)水泵出口閥門(mén)開(kāi)度,使對(duì)應(yīng)管網(wǎng)系統(tǒng)入口保持在滿(mǎn)足冷卻終端需求的運(yùn)行參數(shù)點(diǎn)上。
淬火機(jī)提升泵系統(tǒng),采用6臺(tái)高壓水泵4用2備的方式運(yùn)行。
圖1 高壓濁環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)流程示意圖
圖2 低壓濁環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)流程示意圖
圖3 提升泵系統(tǒng)管網(wǎng)流程示意圖
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)備配置情況見(jiàn)表1。
表1 濁環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)配置
高、低壓濁環(huán)水系統(tǒng)、提升泵系統(tǒng)中循環(huán)水泵常年采用工頻配合出口閥門(mén)調(diào)節(jié)的運(yùn)行模式,運(yùn)行能耗較大。高、低壓濁環(huán)水系統(tǒng)中終端冷卻系統(tǒng)設(shè)有旁通閥(泄壓用),通過(guò)旁通閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)控制總管壓力,達(dá)到工藝所需的壓力及流量,旁通閥的大開(kāi)度調(diào)節(jié)會(huì)造成水泵能耗的浪費(fèi)。目前系統(tǒng)采用水泵工頻運(yùn)行,沒(méi)有考慮與環(huán)境溫度和系統(tǒng)荷載變化相適應(yīng)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制運(yùn)行方式,造成水泵能量浪費(fèi)、系統(tǒng)效率偏低。
3.1.1 高、低壓濁環(huán)水系統(tǒng)
(1)采集冷卻水供回水溫度、管網(wǎng)入口壓力和流量、水泵運(yùn)行特征參數(shù)(電流和頻率),以及閥門(mén)開(kāi)度等參數(shù)信號(hào)。
(2)實(shí)施泵閥一體化優(yōu)化控制,盡量使高壓淬火段的旁通閥處于小開(kāi)度或者全關(guān)狀態(tài)。
(3)提高循環(huán)水系統(tǒng)整體能效,達(dá)到綜合節(jié)能目標(biāo)。
3.1.2 提升泵系統(tǒng)
(1)采集提升后指定節(jié)點(diǎn)的水位、管網(wǎng)入口流動(dòng)狀態(tài)參數(shù)(壓力和流量)、水泵運(yùn)行特征參數(shù)(電流和頻率),以及閥門(mén)開(kāi)度等參數(shù)信號(hào)。
(2)采集冷卻塔進(jìn)回水溫度,作為后期冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化的數(shù)據(jù)依據(jù)。
(3)根據(jù)信號(hào)的監(jiān)測(cè),進(jìn)行循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行能效實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和連續(xù)分析。
(4)在實(shí)行上述兩項(xiàng)控制的同時(shí),開(kāi)展水泵的泵閥一體優(yōu)化控制,使水泵輸入和輸出功率極小化,從而使節(jié)電效果極大化。
(5)提高循環(huán)水系統(tǒng)整體能效,達(dá)到綜合節(jié)能目標(biāo)。
(1)采用泵閥一體變頻技術(shù)
根據(jù)冷卻水溫度的變化,采用泵閥一體智能變頻節(jié)能技術(shù),使水泵輸入和輸出功率極小化,從而使節(jié)電效果極大化。
(2)采用管網(wǎng)壓力平衡技術(shù)
在滿(mǎn)足系統(tǒng)水量需求的前提下,泵閥一體智能變頻技術(shù)配合管網(wǎng)壓力智能平衡技術(shù),促使高壓淬火段的旁通閥處于小開(kāi)度或者全關(guān)狀態(tài),管網(wǎng)壓力維持在0.8M Pa。低壓淬火段的管網(wǎng)壓力維持在0.4M Pa。
(3)采用管網(wǎng)平衡高效輸配技術(shù)
在確保動(dòng)態(tài)工況下,終端多個(gè)支路用戶(hù),用水動(dòng)態(tài)平衡按需供給的同時(shí),通過(guò)對(duì)輸配管網(wǎng)閥門(mén)開(kāi)度的系統(tǒng)優(yōu)化,使系統(tǒng)輸配阻力最小化。
(4)采用優(yōu)化水位控制技術(shù)
在滿(mǎn)足系統(tǒng)工藝供水要求的前提下,提升泵系統(tǒng)采用水位優(yōu)化控制程序,確保循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)水流量的整體優(yōu)化,使系統(tǒng)運(yùn)行處于良性循環(huán)狀態(tài)。
(5)泵組高效群控技術(shù)
根據(jù)不同季節(jié)對(duì)冷卻水量需求的變化,在水位優(yōu)化控制的前提下,對(duì)運(yùn)行中的提升泵組進(jìn)行高效群控,使整個(gè)泵組耗功極優(yōu)化。
對(duì)于高壓濁環(huán)水系統(tǒng),高壓水泵3用1備的運(yùn)行方式,采用1套一拖二+2套一拖一的變頻配置。對(duì)于低壓濁環(huán)水系統(tǒng),高壓水泵2用2備的運(yùn)行方式,本方案采用2套一拖二的變頻配置。對(duì)于提升泵系統(tǒng),高壓水泵4用2備的運(yùn)行方式,本方案采用2套一拖二+2套一拖一的變頻配置,見(jiàn)圖4。
采用的變頻器具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染極小,輸入功率因數(shù)高,輸出波形質(zhì)量好,不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、d v/d t及共模電壓等問(wèn)題的特性,不必加輸出濾波器,就可以使用普通的異步電機(jī),不需要更換電機(jī)。
變頻調(diào)速系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)D C S監(jiān)控操作系統(tǒng)進(jìn)行控制,根據(jù)運(yùn)行工況按設(shè)定程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載設(shè)備電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制。
變頻系統(tǒng),既可以變頻調(diào)速運(yùn)行,也可投工頻運(yùn)行,并具有旁路切換功能。
在現(xiàn)場(chǎng)速度給定信號(hào)掉線時(shí),變頻器提供報(bào)警的同時(shí),可按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),維持機(jī)組的工況不變。
為確保多變工況下,循環(huán)水泵泵組運(yùn)行效率的優(yōu)化,采用泵閥一體智能變頻方案,即為各水泵高效變頻運(yùn)行的開(kāi)展,配套相應(yīng)的閥位一體控制軟硬件模塊。
圖4 變頻配置方案
3.4.1 水泵變頻器安全保護(hù)
(1)電涌保護(hù)針對(duì)侵入主電路電源線之間和接地點(diǎn)之間的電涌。
(2)過(guò)載保護(hù)變頻器輸出電流超過(guò)額定值,且持續(xù)流通達(dá)規(guī)定時(shí)間以上,防止變頻器、電線等損壞要停止運(yùn)轉(zhuǎn)。過(guò)載保護(hù)需要反時(shí)特性,通常采用電子熱繼電器進(jìn)行保護(hù)。過(guò)負(fù)載是負(fù)載G D 2(慣性)過(guò)大或因負(fù)載過(guò)大使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。
(3)再生過(guò)電壓保護(hù)采用變頻器使電動(dòng)機(jī)快速減速時(shí),再生功率使直流電路電壓升高,超過(guò)容許值??梢圆扇⊥V鼓孀兤鬟\(yùn)轉(zhuǎn)或停止快速減速辦法,防止過(guò)電壓。
(4)欠壓保護(hù)。
(5)接過(guò)電流保護(hù)變頻器負(fù)載側(cè)接時(shí),保護(hù)變頻器要有接過(guò)電流保護(hù)功能。但確保人身安全,需要裝設(shè)漏電保護(hù)。
(6)變頻柜冷卻風(fēng)機(jī)異常有冷卻風(fēng)機(jī)裝置,當(dāng)風(fēng)機(jī)異常時(shí)裝置內(nèi)溫度將上升,采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或元件散熱片溫度傳感器,檢出異常后停止變頻器。溫度上升很小對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)妨礙場(chǎng)合,可以省略。
(7)過(guò)熱保護(hù)防止變頻器內(nèi)部過(guò)熱引起元器件損壞。
(8)短路保護(hù)防止輸出端短路產(chǎn)生過(guò)流損壞變頻器。
3.4.2 異步電動(dòng)機(jī)保護(hù)
(1)過(guò)載保護(hù)過(guò)載檢出裝置與變頻器保護(hù)共用,但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)熱時(shí),異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入溫度檢出器,利用裝變頻器內(nèi)電子熱繼電器保護(hù)來(lái)檢出過(guò)熱。動(dòng)作頻繁時(shí),可以考慮減輕電機(jī)負(fù)載、增加電機(jī)及變頻器容量等。
(2)超頻(超速)保護(hù)變頻器輸出頻率異步電動(dòng)機(jī)速度超過(guò)規(guī)定值時(shí),停止變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.4.3 系統(tǒng)連鎖保護(hù)
具有主設(shè)備電源的現(xiàn)場(chǎng)主設(shè)備電源的連鎖切換。P L C系統(tǒng)的冗余切換。主備泵的連鎖切換。變頻器的安全啟停。
系統(tǒng)故障退出后的快速?gòu)?fù)位。
改造后系統(tǒng)運(yùn)行正常,旁路泄水閥門(mén)基本在全關(guān)狀態(tài),與改造前相比,針對(duì)淬火機(jī)冷卻相同規(guī)格的板材,供水泵組少開(kāi)2臺(tái)循環(huán)泵、提升泵組少開(kāi)1臺(tái)自吸泵,每日節(jié)約電耗大于22000k W·h,降低噸鋼能源成本21元。
淬火機(jī)冷卻水系統(tǒng)通過(guò)采用高壓變頻改造后,成功解決了中厚板間歇生產(chǎn)過(guò)程高能耗問(wèn)題,同時(shí),由于主循環(huán)水泵變頻經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式,以及根據(jù)氣候溫度變化對(duì)開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,綜合節(jié)能效果明顯。