钢铁公司水泵变频调速节能改造预案.docx

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敬业钢铁二炼水系统水泵凹凸压变频调速节能改造方案
北京仟亿达科技2025 年 8 月
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一、 概述
河北敬业集团坐落于革命老区平山县，毗邻革命圣地西柏 坡，是一家以钢铁为主业，兼营化工、酒店的跨行业集团公司。现在二炼铁厂的变频节能改造工程正在筹备中。我公司已对现场工艺、工况进展了解，对四、五、六、七、八高炉的水系统的热风炉冷却泵系统、回水泵系统和风机冷却水泵系统、高炉 TRT 水泵系统进展了实际运行数据进展采集，该数据由工厂现场工作人员供给，仅代表当前工况下的运行状况。我公司建议承受
PowerSmart TM系列高压变频器和低压ABB 变频器作为辅机调速设
备，不仅能够实现节能降耗，还能够降低厂用电率和发电本钱， 对增加电厂的经济效益意义重大。
一般状况下，水泵变频调速之后的流量和转速成正比，压力和转速平方成正比，其内功率则和转速立方成正比，节能效果与水泵调速后的转速成立方关系变化。这时水泵的工况点差不多上符合相像定律。然而,实际中却没有如此的节能效果。由于相像定律是争论、设计水泵本身的规律，它是就水泵而论水泵的定律。关于工作在管道系统中的水泵必需视具体工况进展分析计算，由
于水泵的入口和出口水压是否与大气压一样，直接关系到水泵的
轴功率变化。因此，水泵的节能计算不能照搬照抄相像定律，水泵的节能计算必需依照具体实际工况进展分析计算。也应当考虑变频调速之后水泵的效率、电动机的效率、变频器的效率等因素的阻碍。离心泵均属于平方转矩类负载，水泵要抑制管网阻力， 尤其是抑制节流孔板和电动调整门的阻力。其效劳扬程比较大， 这时水泵的工况点差不多不符合相像定律。关于工作在管网系统中的泵必需视具体工况分析计算。
二、 高压变频原理
高压变频装置承受的是交-直-交直接高压〔高-高〕方式， 主电路开关元件为 IGBT。本装置承受了功率单元串联叠波升压技术,能够用较低电压的成熟器件实现高电压输出，而且具有特地高的牢靠性。
1、主电路
主回路要紧由隔离变压器和功率单元组成，隔离变压器为三相干式整流变压器，原边为 Y 形接法，输入 10000V 电压，副边绕组为 27 组，延边三角形接法，功率单元共27 个，每相9 个串联，相输出Y 接，中性点悬浮，得到驱动电机所需的可变频三相
高压电源。
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由于承受多个功率单元串联，得到多个电压等级，每个单元的电压等级都较低，保证了变频器的性能。
2、功率单元
功率单元原理见图 2，承受空间矢量正弦波脉宽调制〔PWM〕 方式，输出单相脉宽调制波形。通过叠加得到单相正弦波形。
高压变频装置的功率单元具有旁路功能。当某个单元发生故障而不能接着工作时，该单元及其另外两相相应位置上的单元将自动旁路，退出运行，每相由8 个单元工作，变频器输出性能不变，使得电机在某个单元发生故障时照旧能够稳定运行。
功率单元原理图
三、 水泵的运行特性
1、变频泵与工频泵并联运行时的特性
变频泵与工频泵并联运行特性曲线
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扬程
流量
图 1--变频泵与工频泵并联运行特性曲线
F1 为工频泵的性能曲线，也是变频泵在 50Hz 下满负荷运行时的性能曲线(假定变频泵与工频泵性能一样)，工频泵单泵运行时的工作点 A1。
F2 为变频泵在频率 F2 时的性能曲线，变频泵在频率F2 单独运行时的工作点 B1。
F3 为变频和工频水泵并联运行的总的性能曲线，工作点 C，扬程 HC，流量 QC=QA2+QB2。
变频泵与工频泵并联运行时的特点
F2 不仅仅是一条曲线，而是 F1 性能曲线下方偏左的一系列曲线族。F3 也不仅仅是一条曲线，而是在 F1 性能曲线右方偏上的一系列曲线族。
F2 变化时，F3 也随着变化。工作点 C 也跟着变化。因此变频泵的扬程 HB2，流量QB2，工频泵扬程HA2，流量
QA2，以及总的扬程 HC=HB2=HA2，和总流量 QC= QA2+QB2 都会随着频率 F2 的变化而变化。
随着变频泵频率 F2 的降低，变频泵的扬程渐渐降低， 变频泵流量 QB2 快速削减;工作点C 的扬程也随着降低， 使总的流量 QC 削减；因此工频泵的扬程也降低，使工频泵流量 QA2 反而略有增加，现在要警觉工频泵过载。
2、水泵变频调速运行特性
?
流量
扬程
图 2--水泵变频运行特性曲线
图 2 中，额定工作点仍旧为 A，抱负管网阻力曲线 R1 与流量成正比。变频后的特性曲线 F2，工作点 B。流量为零时的净扬程 H0，变频运行实际工作点 HB 与净扬程的差△H=HB-H0，为抑制管网阻力到达所需流量QB 时的附加扬程。
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图 2 中的工作点 A 为水泵额定工作点，满足水泵的额定扬程和额定流量。因此R1 成为抱负的管网阻力曲线， 然而由于实际管网阻力曲线不行能为抱负曲线，因此实际的最大工作点肯定要偏离 A 点。假照实际最大工作点向 A 点右下方偏移，则由于流量增加较大，简洁造成过载。
四、 设备参数状况
四号高炉热风炉冷却水泵共四台(10kv/400kw)，寻常运行两台备用两台〔1、3#共用一路电，2、4#共用一路电〕；
四号高炉热风炉回水泵共四台(380v/220kw)，寻常运行两台，备用两台。〔1、3#共用一路电，2、4#共用一路电〕；
四号高炉热风炉冷却水泵和 TRT 水泵三台(380v/75kw)，风机房水泵运行一台，TRT 一用一备。
五号高炉热风炉冷却水泵共四台(10kv/400kw)，寻常两用两备
五号高炉热风炉回水泵共四台(380v/220kw)，寻常两
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用两备；
五号高炉热风炉冷却水泵、TRT 水泵共三台(380v/75kw)，风机房水泵运行一台，TRT 水泵一用一备。
六号高炉热风炉冷却水泵共三台(10kv/400kw)，寻常两用一备;
六号高炉热风炉回水泵共三台(380v/132kw)，寻常两用一备
六号高炉热风炉 冷却水泵一台(380v/75kw)，运行一台
七、八好高炉供水泵共六台，(10kv/560kw)寻常四用两备;
七、八号高炉热风炉回水泵共三台(10kv/280kw)，寻常一用二备;
七、八号高炉风渣口水泵共四台(380v/160kw)，寻常三用一备。〔1、4 共用一路电，2、3 共用一路电〕。
七、八号高炉风机房水泵共三台(380v/55kw)，寻常两用一备〔2、3#共用一路电，1#单独用一路电〕，
七、八号高炉上塔泵共六台(10kv/280kw)，寻常四用
两备
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五、 设备运行数据
工程工程名称：河北敬业集团二炼铁厂 设备名称：四号高炉热风炉 2、3#冷却水泵
水泵参数
工况状态
工况 1
工况 2
工况 3
工况 4
工况 5
工况 6
序 一、水泵名牌或随机样本参数
号
序 二、水泵实际运行参
号 数
t/h
t/h
t/h
t/h
t/h
t/h
1 水泵型号与 14SH-9
** 类型
1 静扬程 / 压力 m
** H0/p0
2 额定扬程/ m/Mpa 75
** 压力 He/pe
2 实际出口扬程 m
** /压力 Hs/ Mpa
3 额 定 流 量 m3/h 1400
** Qe
3 实 际 流 量 m3
** Qs /h
4 水泵轴功率 kW
** Nz
4 水泵实际功率 kW
Nsz
5* 水泵额定效 % 82%
* 率 ηe
5 同意最小扬程 m
/压力 Hm
6
水泵内效率ηn
%
6
同意最小流量
Qm
m3
/h
7
水泵额定转
速 n
r/m
1450
7
阀门实际开度
k
%
50%
50%
8
介质的额定密度ρ
t/m3
8
最高水位/ 压力 Hg/mpg
m

/

/
4mpa
9
介质的额定
温度 t1
℃
9
最低水位/ 压
力 Hd/pd
m


10 传动方式 联 轴 〔√ 〕 直 〔 〕 液力耦合 〔 〕 液力耦合器实际转速
1 / 1
工程工程名称：
设备名称： 四号高炉热风炉 1、4#回水泵
2
**
额
Ne
定
功
率
kW
400
2
实
率
际 输入功
Ns
kW
3
额
Ue
定
电
压
kV
10
3**
实
Is
际 电 流
A
27
27
4
**
额
Ie
定
电
流
A

4**
实
数
际 功率因
cosφ
5
**
额定功率因数 cosφ

5
单位 电价： 元/kWh

联系话：
** 为必需填写的数据参数。
6
电机额定转
速 n
r/m
1490
6
年平 均运行
时刻 h/y
8700
联系人：
器
联
器
r/m
电动机参数
一、电机名牌或随机样本参
二、电机实际运行参数
数
1
电动机型号 -4
1
实际电压
kV
10
10
注：四号高炉热风炉冷却水泵共四台，寻常运行两台备用两台。
〔1、3#共用一路电，2、4#共用一路电〕；
水泵参数
工况状态
工况 1
工况 2
工况 3
工况 4
工况 5
工况 6
序 一、水泵名牌或随机样本参数
号
序
号
二、水泵实际运行参
数
t/h
t/h
t/h
t/h
t/h
t/h
1 水泵型号与 14LSH-13
** 类型
1
**
静扬程/ 压力 m
H0/p0
1 / 1