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1、敬业钢铁有限公司二炼水系统水泵高低压变频调速节能改造方案北京仟亿达科技有限公司2010年8月一、 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项目正在筹备中。我公司已对现场工艺、工况进行了解，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水泵系统进行了实际运行数据进行采集，该数据由工厂现场工作人员提供，仅代表当前工况下的运行情况。我公司建议采用PowerSmart TM系列高压变频器和低压ABB变频器作为辅机调速设备，不仅可以实现节能降耗，还可以降低厂用电率
2、和发电成本，对增加电厂的经济效益意义重大。一般情况下，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。这时水泵的工况点基本上符合相似定律。但是,实际中却没有这样的节能效果。由于相似定律是研究、设计水泵本身的规律，它是就水泵而论水泵的定律。对于工作在管道系统中的水泵必须视具体工况进行分析计算，由于水泵的入口和出口水压是否与大气压相同，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似定律，水泵的节能计算必须根据具体实际工况进行分析计算。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
3、影响。离心泵均属于平方转矩类负载，水泵要克服管网阻力，尤其是克服节流孔板和电动调节门的阻力。其服务扬程比较大，这时水泵的工况点已经不符合相似定律。对于工作在管网系统中的泵必须视具体工况分析计算。二、 高压变频原理高压变频装置采用的是交-直-交直接高压（高-高）方式，主电路开关元件为IGBT。本装置采用了功率单元串联叠波升压技术,可以用较低电压的成熟器件实现高电压输出，而且具有很高的可靠性。1、主电路主回路主要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，
4、得到驱动电机所需的可变频三相高压电源。由于采用多个功率单元串联，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，采用空间矢量正弦波脉宽调制（PWM）方式，输出单相脉宽调制波形。经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继续工作时，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依然可以稳定运行。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1.1变频泵与工频泵并联运行特性曲线图1-变频泵与工频泵并联运行特性
5、曲线(1) 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相同)，工频泵单泵运行时的工作点A1。(2) 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。(3) 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。1.2变频泵与工频泵并联运行时的特点（1）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。（2）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
6、，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。（3）随着变频泵频率F2的降低，变频泵的扬程逐渐降低，变频泵流量QB2快速减少;工作点C的扬程也随着降低，使总的流量QC减少；因此工频泵的扬程也降低，使工频泵流量QA2反而略有增加，此时要警惕工频泵过载。2、水泵变频调速运行特性图2-水泵变频运行特性曲线（1）图2中，额定工作点仍然为A，理想管网阻力曲线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，为克服管网阻力达到所需流量QB时的附加扬程。（2）图2中的工作点
7、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成为理想的管网阻力曲线，但是由于实际管网阻力曲线不可能为理想曲线，因此实际的最大工作点一定要偏离 A点。如果实际最大工作点向A点右下方偏移，则由于流量增加较大，容易造成过载。四、 设备参数情况（1）四号高炉热风炉冷却水泵共四台(10kv/400kw)，平时运行两台备用两台（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)，平时运行两台，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。（2）五
8、号高炉热风炉冷却水泵共四台(10kv/400kw)，平时两用两备五号高炉热风炉回水泵共四台(380v/220kw)，平时两用两备；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。（3）六号高炉热风炉冷却水泵共三台(10kv/400kw)，平时两用一备; 六号高炉热风炉回水泵共三台(380v/132kw)，平时两用一备六号高炉热风炉 冷却水泵一台(380v/75kw)，运行一台（4）七、八好高炉供水泵共六台，(10kv/560kw)平时四用两备; 七、八号高炉热风炉回水泵共三台(10kv/280kw)，平时一用二备;七、八号高炉风渣口水泵共
9、四台(380v/160kw)，平时三用一备。（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)，平时两用一备（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)，平时四用两备五、 设备运行数据工程项目名称：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序号一、水泵名牌或随机样本参数序号二、水泵实际运行参数t/ht/ht/ht/ht/ht/h1*水泵型号与类型14SH-91*静扬程/压力H0/p0m2*额定扬程/压力He/pem/Mpa752*实际出
10、口扬程/压力Hs/ Mpam3*额定流量 Qem3/h14003*实际流量 Qsm3/h4*水泵轴功率 NzkW4水泵实际功率NszkW5*水泵额定效率 e%82%5允许最小扬程/压力 Hmm6水泵内效率 n%6允许最小流量Qmm3/h7水泵额定转速 nr/m14507阀门实际开度k%50%50%8介质的额定密度t/m38最高水位/ 压力 Hg/mpgm6.60m/0.6046.60m/0.604mpa9介质的额定温度 t19最低水位/ 压力 Hd/pdm6.0m6.0m10传动方式联轴器（ ）直联（ ） 液力耦合器（ ）液力耦合器实际转速 r/m电动机参数一、电机名牌或随机样本参数二、电机实
11、际运行参数 1电动机型号Y450.2-41实际电压kV10102*额定功率 NekW4002实际输入功率 NskW3额定电压 UekV103*实际电流 IsA27274*额定电流 IeA28.74*实际功率因数 cos5*额定功率因数cos0.865单位电价： 元/kWh0.8联系话：*为必须填写的数据参数。6电机额定转速 nr/m14906年平均运行时间 h/y8700联系人：注：四号高炉热风炉冷却水泵共四台，平时运行两台备用两台。（1、3#共用一路电，2、4#共用一路电）； 工程项目名称：设备名称： 四号高炉热风炉1、4#回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序号一、
12、水泵名牌或随机样本参数序号二、水泵实际运行参数t/ht/ht/ht/ht/ht/h1*水泵型号与类型14LSH-131*静扬程/压力H0/p0m2*额定扬程/压He/pem/Mpa45M2*实际出口扬程/压力 Hs/psm3*额定流量 Qem3/h14003*实际流量 Qsm3/h4*水泵轴功率 NzkW4水泵实际功率NszkW5*水泵额定效率 e%855允许最小扬程/压力 Hmm6水泵内效率 n%6允许最小流量Qmm3/h7水泵额定转速 nr/m14707阀门实际开度k%50508介质的额定密度t/m38最高水位/ 压力 Hg/pgm9介质的额定温度 t19最低水位/ 压力 Hd/pdm10
13、传动方式联轴器（）直联（ ） 液力耦合器（ ）液力耦合器实际转速 r/m电动机参数一、电机名牌或随机样本参数二、电机实际运行参数 1电动机型号355M1-41实际电压kV3803802*额定功率 NekW2202实际输入功率 NskW3额定电压 UekV3803*实际电流 IsA3603504*额定电流 IeA4074*实际功率因数 cos5*额定功率因数cos0.875单位电价： 元/kWh0.8联系话：*为必须填写的数据参数。6电机额定转速 nr/m14906年平均运行时间 h/y8700联系人：注：四号高炉热风炉回水泵共四台，平时运行两台，备用两台。（1、3#共用一路电，2、4#共用一路
14、电）工程项目名称：设备名称：四号高炉风机房冷却水泵、TRT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序号一、水泵名牌或随机样本参数序号二、水泵实际运行参数t/ht/ht/ht/ht/ht/h1*水泵型号与类型8SH-91*静扬程/压力H0/p0m2*额定扬程/压He/pem/Mpa632*实际出口扬程/压力 Hs/psm3*额定流量 Qem3/h2883*实际流量 Qsm3/h4*水泵轴功率 NzkW61.64水泵实际功率NszkW5*水泵额定效率 e%79.55允许最小扬程/压力 Hmm6水泵内效率 n%6允许最小流量Qmm3/h7水泵额定转速 nr/m29507阀门实际开度
15、k%50508介质的额定密度t/m38最高水位/压力 Hg/pgm9介质的额定温度 t19最低水位/ 压力 Hd/pdm10传动方式联轴器（）直联（ ） 液力耦合器（ ）液力耦合器实际转速 r/m电动机参数一、电机名牌或随机样本参数二、电机实际运行参数 1电动机型号Y280S-21实际电压kV3803802*额定功率 NekW752实际输入功率 NskW3额定电压 UekV3803*实际电流 IsA1051074*额定电流 IeA1374*实际功率因数 cos5*额定功率因数cos0.895单位电价： 元/kWh0.8联系话：*为必须填写的数据参数。6电机额定转速 nr/m29706年平均运行
16、时间 h/y8700联系人：注：四号高炉风机房冷却水泵、TRT水泵，风机房水泵运行一台，TRT一用一备。工程项目名称：设备名称：五号高炉热风炉3、4#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序号一、水泵名牌或随机样本参数二、水泵实际运行参数t/ht/ht/ht/ht/ht/h1*水泵型号与类型14SH-91*静扬程/压力H0/p0m2*额定扬程/压He/pem/Mpa752*实际出口扬程/压力 Hs/psm3*额定流量 Qem3/h12603*实际流量 Qsm3/h112411244*水泵轴功率 NzkW4004水泵实际功率NszkW5*水泵额定效率 e%5允许最小扬程/
17、压力 Hmm6水泵内效率 n%6允许最小流量Qmm3/h7水泵额定转速 nr/m14507阀门实际开度k%50508介质的额定密度t/m38最高水位/ 压力 Hg/pgm0.6110.6109介质的额定温度 t19最低水位/ 压力 Hd/pdm10传动方式联轴器（）直联（ ） 液力耦合器（ ）液力耦合器实际转速 r/m电动机参数一、电机名牌或随机样本参数二、电机实际运行参数 1电动机型号Y4502-41实际电压kV10102*额定功率 NekW4002实际输入功率 NskW3额定电压 UekV103*实际电流 IsA27264*额定电流 IeA28.74*实际功率因数 cos5*额定功率因数c
18、os5单位电价： 元/kWh0.8联系话：*为必须填写的数据参数。6电机额定转速 nr/m14856年平均运行时间 h/y8700联系人：注：五号高炉热风炉冷却水泵共四台，平时两用两备。工程项目名称：设备名称： 五号高炉热风炉2、3#回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序号一、水泵名牌或随机样本参数序号二、水泵实际运行参数t/ht/ht/ht/ht/ht/h1*水泵型号与类型14SH-131*静扬程/压力H0/p0m2*额定扬程/压He/pem/Mpa43.82*实际出口扬程/压力 Hs/psm3*额定流量 Qem3/h12603*实际流量 Qsm3/h4*水泵轴功率
19、NzkW1794水泵实际功率NszkW5*水泵额定效率 e%845允许最小扬程/压力 Hmm6水泵内效率 n%6允许最小流量Qmm3/h7水泵额定转速 nr/m14707阀门实际开度k%50508介质的额定密度t/m38最高水位/ 压力 Hg/pgm3.983.989介质的额定温度 t19最低水位/ 压力 Hd/pdm3.03.010传动方式联轴器（）直联（ ） 液力耦合器（ ）液力耦合器实际转速 r/m电动机参数一、电机名牌或随机样本参数二、电机实际运行参数 1电动机型号Y355M1-41实际电压kV3803802*额定功率 NekW2202实际输入功率 NskW3额定电压 UekV3803
20、*实际电流 IsA3303504*额定电流 IeA4074*实际功率因数 cos5*额定功率因数cos5单位电价： 元/kWh0.8联系话：*为必须填写的数据参数。6电机额定转速 nr/m14906年平均运行时间 h/y8700联系人：注：五号高炉热风炉回水泵共四台，平时两用两备。工程项目名称：设备名称：五号高炉风机房冷却水泵、TRT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序号一、水泵名牌或随机样本参数序号二、水泵实际运行参数t/ht/ht/ht/ht/ht/h1*水泵型号与类型8SH-91*静扬程/压力H0/p0m2*额定扬程/压He/pem/Mpa632*实际出口扬程/压
21、力 Hs/psm3*额定流量 Qem3/h2883*实际流量 Qsm3/h4*水泵轴功率 NzkW61.64水泵实际功率NszkW5*水泵额定效率 e%79.55允许最小扬程/压力 Hmm6水泵内效率 n%6允许最小流量Qmm3/h7水泵额定转速 nr/m29707阀门实际开度k%50508介质的额定密度t/m38最高水位/压力 Hg/pgm4.60/0.5709介质的额定温度 t19最低水位/ 压力Hd/pdm10传动方式联轴器（）直联（ ） 液力耦合器（ ）液力耦合器实际转速 r/m电动机参数一、电机名牌或随机样本参数二、电机实际运行参数 1电动机型号Y280S-21实际电压kV38038
22、02*额定功率 NekW752实际输入功率 NskW3额定电压 UekV3803*实际电流 IsA105624*额定电流 IeA1374*实际功率因数 cos5*额定功率因数cos0.895单位电价： 元/kWh0.8联系话：*为必须填写的数据参数。6电机额定转速 nr/m29706年平均运行时间 h/y8700联系人：注：五号高炉风机房冷却水泵、TRT水泵共三台，风机房水泵运行一台，TRT水泵一用一备。工程项目名称：设备名称： 六号高炉热风炉1、2#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序号一、水泵名牌或随机样本参数序号二、水泵实际运行参数t/ht/ht/ht/ht/
23、ht/h1*水泵型号与类型14SH-131*静扬程/压力H0/p0m2*额定扬程/压He/pem/Mpa702*实际出口扬程/压力 Hs/psm3*额定流量 Qem3/h12603*实际流量 Qsm3/h15044*水泵轴功率 NzkW4水泵实际功率NszkW5*水泵额定效率 e%5允许最小扬程/压力 Hmm6水泵内效率 n%6允许最小流量Qmm3/h7水泵额定转速 nr/m14707阀门实际开度k%70208介质的额定密度t/m38最高水位/ 压力 Hg/pgm6.10/0.5536.10/0.5539介质的额定温度 t19最低水位/ 压力 Hd/pdm10传动方式联轴器（）直联（ ） 液力
24、耦合器（ ）液力耦合器实际转速 r/m电动机参数一、电机名牌或随机样本参数二、电机实际运行参数 1电动机型号Y4502-41实际电压kV10102*额定功率 NekW4002实际输入功率 NskW3额定电压 UekV103*实际电流 IsA2625.84*额定电流 IeA28.74*实际功率因数 cos5*额定功率因数cos0.865单位电价： 元/kWh0.8联系话：*为必须填写的数据参数。6电机额定转速 nr/m14806年平均运行时间 h/y8700联系人：注：六号高炉热风炉冷却水泵共三台，平时两用一备。工程项目名称：设备名称： 六号高炉热风炉1、3#回水泵水泵参数工况状态 工况1工况2
25、工况3工况4工况5工况6序号一、水泵名牌或随机样本参数序号二、水泵实际运行参数t/ht/ht/ht/ht/ht/h1*水泵型号与类型14SH-131*静扬程/压力H0/p0m2*额定扬程/压He/pem/Mpa262*实际出口扬程/压力 Hs/psm3*额定流量 Qem3/h12603*实际流量 Qsm3/h4*水泵轴功率 NzkW4水泵实际功率NszkW5*水泵额定效率 e%5允许最小扬程/压力 Hmm6水泵内效率 n%6允许最小流量Qmm3/h7水泵额定转速 nr/m14707阀门实际开度k%40708介质的额定密度t/m38最高水位/ 压力 Hg/pgm9介质的额定温度 t19最低水位/
26、 压力 Hd/pdm6.076.1210传动方式联轴器（）直联（ ） 液力耦合器（ ）液力耦合器实际转速 r/m电动机参数一、电机名牌或随机样本参数二、电机实际运行参数 1电动机型号Y315M-41实际电压kV3803802*额定功率 NeKw1322实际输入功率 NskW3额定电压 UekV3803*实际电流 IsA2202004*额定电流 IeA239.74*实际功率因数 cos5*额定功率因数cos5单位电价： 元/kWh0.8联系话：*为必须填写的数据参数。6电机额定转速 nr/m14706年平均运行时间 h/y8700联系人：注：六号高炉热风炉回水泵共三台，平时两用一备。工程项目名称
27、：设备名称： 六号高炉风机房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序号一、水泵名牌或随机样本参数序号二、水泵实际运行参数t/ht/ht/ht/ht/ht/h1*水泵型号与类型8SH-91*静扬程/压力H0/p0m2*额定扬程/压He/pem/Mpa632*实际出口扬程/压力 Hs/psm3*额定流量 Qem3/h2883*实际流量 Qsm3/h4*水泵轴功率 NzkW61.64水泵实际功率NszkW5*水泵额定效率 e%79.55允许最小扬程/压力 Hmm6水泵内效率 n%6允许最小流量Qmm3/h7水泵额定转速 nr/m29707阀门实际开度k%508介质的额定密度t
28、/m38最高水位/ 压力Hg/pgm9介质的额定温度 t19最低水位/压力Hd/pdm6.25/0.53310传动方式联轴器（）直联（ ） 液力耦合器（ ）液力耦合器实际转速 r/m电动机参数一、电机名牌或随机样本参数二、电机实际运行参数 1电动机型号Y280S-21实际电压kV3802*额定功率 NekW752实际输入功率 NskW3额定电压 UekV3803*实际电流 IsA1104*额定电流 IeA1374*实际功率因数 cos5*额定功率因数cos0.895单位电价： 元/kWh0.8联系话：*为必须填写的数据参数。6电机额定转速 nr/m29706年平均运行时间 h/y8700联系人
29、：注：六号高炉风机房冷却水泵一台，运行一台。工程项目名称：设备名称： 七、八好高炉2、4、5、6#供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序号一、水泵名牌或随机样本参数序号二、水泵实际运行参数t/ht/ht/ht/ht/ht/h1*水泵型号与类型500S98R1*静扬程/压力H0/p0m2*额定扬程/压He/pem/Mpa742*实际出口扬程/压力 Hs/psm总管：0.613*额定流量 Qem3/h17403*实际流量 Qsm3/h4*水泵轴功率 NzkW4水泵实际功率NszkW5*水泵额定效率 e%5允许最小扬程/压力 Hmm6水泵内效率 n%6允许最小流量Qmm3/h
30、7水泵额定转速 nr/m9707阀门实际开度k%8介质的额定密度t/m38最高水位/压力Hg/pgm9介质的额定温度 t19最低水位/ 压力Hd/pdm0.700.650.650.6510传动方式联轴器（）直联（ ） 液力耦合器（ ）液力耦合器实际转速 r/m电动机参数一、电机名牌或随机样本参数二、电机实际运行参数 1电动机型号Y500-61实际电压kV101010102*额定功率 NekW5602实际输入功率 NskW3额定电压 UekV103*实际电流 IsA40.323737394*额定电流 IeA41.74*实际功率因数 cos0.840.850.860.865*额定功率因数cos5单位电价： 元/kWh0.8联系话：*为必须填写的数据参数。6电机额定转速 nr/m9916年平均运行时间 h/y8700联系人：注：七、八好高炉供水泵共六台，平时四用两备。工程项目名称：设备名称： 七、八号高炉热风炉回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序号一、水泵名牌或随机样本参数序号二、水泵实际运行参数t/ht/ht/ht/ht/ht/h1*水泵型号与类型300S90A1*静扬程/压力H0/p0m2*额定扬程/压He/pem/Mpa782*实际出口扬程/压力 Hs/psm0.53*
