循环水系统电效改造

一、概 述 韶钢焦化厂现有2×55孔JNJK43-98F型焦炉生产焦炭68万吨/年，循环水系统主要是向焦化厂各个生产工序提供压力稳定、温度稳定的生产用水，本系统根据水质、水压及水温的不同划分为煤气净化循环水系统、制冷循环水系统、低温水系统，是整个焦化厂安全稳定生产的基础,是焦化厂提高生产高品质焦炭和化产品的基础，而且有大量的泵类、风机类负载，有着很大的节能空间。 二、必要性 循环水系统主要由循环水泵、机械抽风冷却塔、旁滤设施、循环水管道及水质稳定装置组成，由于在设计时循环水压力以及温度没有设计自动调节装置，容易造成循环水压力以及温度的波动，给焦化厂各个工序的安全稳定生产带来了不利的影响，而且循环水系统所用的水泵和风机功率较大，基本上靠阀门来调节循环水压力和温度，浪费了大量的电能，有背于当前国家能源政策。另外原有电气控制系统部分电缆线存在发热现象；线路及设备老化较快；由于电网电压在用电高峰和低谷的波动性而带来的冲击性较大，系统内感性负载的波动也较大；由于使用电子整流等非线性器具所带来的谐波等电力污染，恶化了用电品质，影响了正常的安全用电。 三、改造内容 对循环水工况分析后，决定对制冷循环水泵和冷却塔风机进行改造： 1、制冷循环水泵，共三台，每台160kw，改造两台变频运行，一台工频备用； 2、冷却塔风机，共四台，每台75kw，改造三台变频运行，一台工频备用； 采用恒压（恒温）智能控制节电器，控制水泵运行，是目前供水系统节能改造的有效途径之一，图A和图B给出了阀门调节和智能控制节电器两种运行状态的压力--流量（H-Q）关系及功率--流量（P--Q）关系。 图 A中曲线1是水泵在额定转速下的H--Q曲线，曲线2是水泵在某一较低速度下的HQ曲线，曲线3是阀门开度最大的管路H--Q曲线，曲线4是某一较小阀门开度最大的条件下采用智能控制器调节水泵运行，则工况点沿曲线3由A点移动到C点。显然，B点与C点的流量相同，但B点的压力以C点的压力要高很多，即智能控制水泵运行，节能效果显著。 图B中曲线5为智能控制水泵运行的P--Q曲线，曲线6为阀门调节方式下的P--Q曲线；在相同的流量下，智能控制方式比阀门调节方式能耗小，二者之间的关系为：△P=[0.4+0.6Q/Qe-(Q/Qe)3]Pe式中，Q为实际负载流量，Qe为额定流量，Pe为额定负载功率，△P为功率节省值。可以算出当负载流量下降到额定流量的50%时，节电率理论值将达到60%以上，根据实际经验值可确保在30%以上。 根据流体力学原理P（功率）=Q（流量）x H（压力），我们可以得出流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的二次方成正比，轴功率P与转速N的三次方成正比。 即： Q=K1*N；H=K2*N2；P=K3*N3 当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。如所需风量的80%，则转速也下降为额定转速的80%，而轴功率降51.2%；当所需风量为而额定风量的50%时，而轴功率降12.5%。当然，转速降低时，效率也会有所下降，同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响。即使如此，这种节电效果也非常可观。通过实践证明，风机水泵类，节能28%-45%。 四、技术特点和先进性 （一）循环水压力和温度采用智能压力变送器、智能温度变送器和智能数显显控制仪，实现了循环水压力和温度的自动检测。 （二）采用PID自动控制技术，实现了循环水压力和温度的自动控制。 （三）循环水泵和冷却塔风机采用了变频调速控制，节省了大量的能源。 五、效果分析 循环水系统进行改造后，循环水压力和温度被有效控制在工艺允许的控制值范围内，完全满足了焦化厂的安全稳定生产要求，而且节能效果显著。 a.首先我们来看下图： 上图显示出，在电能利用和用电设备方面的花费和盈利都达到一个较好的比例时，可以维持收支平衡； b.然而，原有的用电系统存在以下问题：部分电缆线存在发热现象；线路及设备老化较快；由于电网电压在用电高峰和低谷的波动性而带来的冲击性较大，系统内感性负载的波动也较大；由于使用电子整流等非线性器具所带来的谐波等电力污染等，恶化了用电品质，不但增加了电耗，而且影响了正常的安全用电；用于维护、检修、更新所带来的人力、物力和财力上的投入等等。 从而导致(如下图所示)： 我们可以看出，由于存在这些问题，导致的用于应付这些问题的开支在逐年增大，很难维持收支平衡。 c.那么，电效改造工程的实施，会因电费开支下降而持续地给企业带来盈利（如下图）： 业务目标（Business Objectives）: 不仅这样，而且在进行了电效改造后，能解决如以上b中所述的所有问题； d.企业在电效改造后得到的收益是（如下图所示）： e.综合迭加后,企业会持续得到盈利（如下图所示）： 财务目标（Financial Objectives） 经济效益计算： 制冷循环水泵与冷却塔风机电效改造工程，各数据如表一： 改造前状态为工频运行检测数据； 改造后状态为各种工况下的检测数据的平均值； 年运行时间为7200小时； 电价：0.64元/KWh 一次性投资成本为：56.1（万元） 1#、3#制冷循环水泵，单台160KW、总功率320KW 状态 电压(V) 电流(A) 功率因素 有功功率(KW) 年耗电量(KWh) 改造前 380 220 0.85 123 886146 改造后 320 140 0.95 73.7 530740 节省 355406 1、2、3#冷却塔风机，单台75KW，总功率225KW 状态 电压(V) 电流(A) 功率因素 有功功率(KW) 年耗电量(KWh) 改造前 380 88 0.88 51 366968 改造后 300 55 0.95 27 195473 节省 171495 表一 年节省电费：（355406 x 2 + 171495 x 3） x 0.64 = 78.42（万元） 投资回报期15年， 总回报效益：78.42 x 15 - 56.1=1120.2（万元） 年投资回收：1120.2/15= 74.68 万元/年 电效改造对电网的质量也有了明显的提高,当电动机工频运行时，电动机的功率因素低，大量的无功电能消耗在线路上，设备使用率低，电网浪费严重，使用变频调速后，由于变频器内部滤波电容的作用，减少了无功损耗，提高了电网质量；同时变频器有软启动功能，众所周知，异步电动机启动电流相当大，这样对电动机和电网造成严重冲击，也对管路和阀门损害极大。采用变频调速后，利用变频器的软启动功能，可以将启动电流从零平滑增大，不超过额定电流，减轻了对设备和电网的冲击，延长设备使用寿命。 六、存在问题和改进措施 无遗留问题。 七、推广应用情况 可以应用于泵类、风机、空气压缩机等后压力、流量以及所供介质的温度自动控制。 八、效益分析 附如下例文： 八、经济效益和社会效益 （一）直接经济效益 年节省电费：（355406 x 2 + 171495 x 3） x 0.64 = 78.42（万元） 投资回报期15年， 总回报效益：78.42x 15 - 56.1=1120.2（万元） 年投资回收：1120.2/15= 74.68 万元/年 （二）间接效益: （1）循环水压力和温度的稳定控制，有利于提高焦炭和化产品的产量和质量，有着潜在的经济效益。 （2）采用变频调速后，利用变频器的软启动功能，减轻了对设备和电网的冲击，延长设备使用寿命，降低了设备维护成本；利用变频器内部滤波电容的作用，减少了无功损耗，提高了电网质量。 （三）社会效益:循环水压力温度实现了自动控制，降低了生产操作人员的劳动强度，而且节能技术的应用节省了大量的电能，间接的减少了能源的消耗和对环境的污染。 九、结论 （一）技术成熟，实现了循环水压力和温度的自动控制，节省了大量的电能，本技术可应用于泵类、风机、空气压缩机等后压力、流量以及所供介质的温度自动控制等。 （二）应用本技术后，大大降低了生产操作人员的劳动强度。