第44卷第3期化纖與紡織技術(shù)Vol. 44 No. 32015年9月Chemical Fiber & Textile TechnologySep. 2015ecececeeceees設(shè)備與控制文章編號(hào): 1672 - 500X (2015) 03 - 0041 -05黏膠纖維廠冷卻循環(huán)水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造( 1.華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北唐山063009;2.唐山三友集團(tuán)興達(dá)化纖有限公司，河北唐山063305 )摘要:針對(duì)黏膠纖維廠冷卻循環(huán)水系統(tǒng)存在的能源浪費(fèi)，根據(jù)冷卻水泵運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造，有效解決能源浪費(fèi)的問(wèn)題。關(guān)鍵詞:冷卻循環(huán)水;變頻;節(jié)能;智能控制中圖分類號(hào): TQ085文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: Bdoi: 10. 3969/j. isn. 1672 - 500x. 2015. 03. 009在化纖企業(yè)中，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是一項(xiàng)常黏膠纖維生產(chǎn)中，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)主要存見(jiàn)且很重要的公用工程系統(tǒng)，相應(yīng)的循環(huán)冷卻在于動(dòng)力站冷卻循環(huán)水站、酸站冷卻循環(huán)水站水系統(tǒng)的能耗也非常高，能源消耗可占企業(yè)消兩個(gè)部位，唐山三友興達(dá)化纖共有裝機(jī)3 026耗總量的10%~40%。循環(huán)水系統(tǒng)在黏膠短纖kW，本課題以2#動(dòng)力站冷卻循環(huán)水站為例進(jìn)行維產(chǎn)業(yè)普遍用于為冷凍機(jī)組提供冷卻循環(huán)水，研究，其中包括4臺(tái)110 kW冷卻水循環(huán)泵，4從而為生產(chǎn)線的AC冷卻，黃化工序等部位提供臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)。其工藝流程如圖1所示，冷卻工藝需要的冷卻水、冷凍水。傳統(tǒng)的水泵控制循環(huán)水泵的工作過(guò)程是水泵由水池抽水，送到方式為使用閥門控制流量，但是冷凍機(jī)組需要冷凍機(jī)組，由機(jī)組進(jìn)行熱交換后，將冷凍水輸?shù)睦鋮s循環(huán)水主要指標(biāo)是進(jìn)水回水溫度川。因送到工藝車間原液、空調(diào)等部位，冷卻水換熱此，當(dāng)在秋季、冬季、春季氣溫較低時(shí)，冷卻后，輸送到冷卻塔用風(fēng)扇冷卻，再回到水池,循環(huán)水的運(yùn)行仍舊為工頻運(yùn)行，其實(shí)冷凍機(jī)組往復(fù)使用。并不需要這么多的水量。這樣，就存在兩種浪費(fèi)。其一、當(dāng)冷卻循環(huán)水溫度較低時(shí)，電動(dòng)機(jī)至仍舊工頻運(yùn)行。其二，流量靠閥門控制，在閥板中有能量損失。本課題在企業(yè)內(nèi)部運(yùn)用先進(jìn)的智能控制技術(shù)，對(duì)冷卻循環(huán)水部分進(jìn)行變頻節(jié)電改造，降低了耗電成本，取得了良好的效果。1改造前冷卻循環(huán)水系統(tǒng)工藝運(yùn)行狀況圖1冷卻水循環(huán)工藝圖中國(guó)煤化工收稿日期: 2015- 06-09作者簡(jiǎn)介:安民(1973-). 男，河北省遷安人，高級(jí)工程師，華北理工大學(xué)YHc N MH G從事電氣運(yùn)行維護(hù)、電氣控制開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)工作，主要研究方向?yàn)楦叩蛪号潆?，繼電保護(hù)，DCS 控制，電力拖動(dòng)。4化纖與紡織技術(shù)第44卷當(dāng)黏膠纖維生產(chǎn)線正常運(yùn)行時(shí)，冷卻循環(huán)運(yùn)行設(shè)備多于實(shí)際需要。實(shí)際運(yùn)行中通過(guò)閥門水系統(tǒng)運(yùn)行水泵3臺(tái)，風(fēng)機(jī)4臺(tái)，正常運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)流量，泵的輸出功率大量消耗在閥門的節(jié)平均功率約為300kW,年耗電量約為1 300 000流過(guò)程中。kWh。因生產(chǎn)負(fù)荷變化，天氣季節(jié)的變化、氣候3水泵變頻調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理溫度變化的影響，循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)有所調(diào)整,改為運(yùn)行2臺(tái)水泵，4臺(tái)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)水量水溫。最圖2為水泵流量與揚(yáng)程的關(guān)系圖。大供水量為1 280 ~ 1 920 m2/h，因用戶在用水過(guò)程中通過(guò)閥門調(diào)節(jié)供水量，實(shí)際用量應(yīng)為供H水量的80%，全年僅有少量時(shí)間能夠達(dá)到供水量的90%。系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，風(fēng)機(jī)均處于運(yùn)行狀態(tài)。2冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能可行性分析循環(huán)水運(yùn)行的目的是冷卻末端設(shè)備，冷卻流量(Q)量為循環(huán)水量與冷卻水出、回水溫差的乘積，圖2水泵流量與揚(yáng)程的關(guān)系圖在現(xiàn)有系統(tǒng)中的使用中循環(huán)水量不變，而溫差減少。如果在不改變典型溫差的情況下，跟蹤圖2中，曲線1是閥門全部打開(kāi)時(shí)，水泵調(diào)整循環(huán)水量來(lái)滿足冷卻量的需求。如此實(shí)時(shí)阻力特性;曲線2是額定轉(zhuǎn)速時(shí)，泵的揚(yáng)程特調(diào)整冷卻循環(huán)水量，既降低了循環(huán)水泵的能耗,性。這是供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)為A點(diǎn)，流量Q.又能使制冷主機(jī)始終保持高效率運(yùn)行，使我們揚(yáng)程H;軸功率與面積0 -Q、-A- H、成正比。的制冷系統(tǒng)單位供冷量的能耗降低121。今欲將流量減少為Qg.主要的調(diào)節(jié)方法有兩種。2.1工業(yè)設(shè)計(jì)的節(jié)能空間(1) 轉(zhuǎn)速不變，將閥門關(guān)小，這時(shí)水泵阻力設(shè)計(jì)時(shí)，為保證生產(chǎn)需要，工業(yè)循環(huán)水系特性曲線如曲線3所示，水泵工作點(diǎn)移至B點(diǎn)，統(tǒng)必須按照系統(tǒng)最大負(fù)荷設(shè)計(jì)，同時(shí)按照設(shè)計(jì)流量Qn，揚(yáng)程H;軸功率與面積0-Qx-B- H:規(guī)范，增加10%~ 20%的安全裕量，在這種情成正比。況下，循環(huán)水電動(dòng)機(jī)的功率比實(shí)際需要高出很(2) 閥門開(kāi)度不變，降低轉(zhuǎn)速，這時(shí)揚(yáng)程特多,造成電能的浪費(fèi)。性曲線如曲線4所示，水泵工作點(diǎn)移至C點(diǎn),2.2實(shí)際使用的節(jié)能空間流量仍為Qn,但是揚(yáng)程為Hc;軸功率與面積0-在實(shí)際使用中，水泵和風(fēng)機(jī)均為不連續(xù)調(diào)Qn-C-Hc成正比。節(jié)，而且調(diào)節(jié)比實(shí)際反饋的需求量嚴(yán)重滯后。對(duì)比以上兩種方法，可以十分明顯的看出,隨著生產(chǎn)的變化，產(chǎn)量的變化，氣溫的變化，采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法調(diào)節(jié)流量，所用的功率將在一年時(shí)間里，系統(tǒng)達(dá)到最大處理能力的時(shí)間大為減少，是-.種能夠顯著節(jié)約能源的方法131。很少。但是，電動(dòng)機(jī)始終處于全壓工頻運(yùn)行。4節(jié)能方案的研究與實(shí)施從而造成能源浪費(fèi)。2.3調(diào)節(jié)方式的節(jié) 能空間使用以變頻調(diào)速器為核心的調(diào)速節(jié)能裝置，在現(xiàn)有的運(yùn)行方式下，由于操作人員較少,通過(guò)智能程序的控制，調(diào)節(jié)變頻器的運(yùn)行頻率同時(shí)要負(fù)責(zé)多項(xiàng)工作，對(duì)于水泵的運(yùn)行管理往代替調(diào)節(jié)水泵的出口閥門開(kāi)度131。同時(shí)兼顧-往限于啟動(dòng)、停止及運(yùn)行維護(hù)等操作，較少根年四季的溫度變化，使研究的系統(tǒng)能夠適應(yīng)外據(jù)負(fù)荷變化調(diào)整流量。同時(shí)，由于用戶較多，界溫度及負(fù)荷” 中國(guó)煤化工,又能夠布置分散，用戶的實(shí)際用水量不能及時(shí)反應(yīng)到達(dá)到節(jié)能效果JHCNMH G供水崗位，不能進(jìn)行泵的運(yùn)行方式優(yōu)化，造成4.1水系統(tǒng)全曲貝1向心側(cè)第3期安民:黏膠纖維廠冷卻循環(huán)水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造43如圖3所示，在冷卻循環(huán)水泵的進(jìn)水管和變頻節(jié)能裝置安裝ACS510變頻器和一面控制器出水管上分別裝有溫度采集裝置，本實(shí)施例中及電氣附件，進(jìn)水溫度和出水溫度的信號(hào)分配的溫度采集使用型號(hào)為“HT- 132”的一體化溫器、路由器安裝在第--臺(tái)變頻節(jié)能裝置中。度變送器，其溫度測(cè)量范圍是0~ 100 C,使用直流24 V工作電壓，在進(jìn)水管道上安裝TE1,在出水管道上安裝TE2。采集循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行: >:號(hào)交期=計(jì)2構(gòu)膩●由參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面統(tǒng)- .的控制，s3號(hào)交蛹j中3控制溫實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行和綜合性能的優(yōu)化。圖4信號(hào)傳輸框圖如圖5所示，為了保證同組四臺(tái)泵的調(diào)節(jié)信號(hào)相同，溫度采集裝置采集溫度信號(hào)后，與水迪信號(hào)分配器連接，該信號(hào)分配器與水泵臺(tái)數(shù)-致。本實(shí)施例是將溫度采集信號(hào)接入一分為四圖3冷卻循環(huán)水溫度采集圖的信號(hào)分配器，將一-組信號(hào)分為四組信號(hào)，信4.2快速跟蹤工況負(fù)荷的變化號(hào)分配器又與變頻節(jié)能裝置中的變頻器輸人端冷卻循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)常在可變工況下工作,連接，即四組信號(hào)被信號(hào)分配器分別接人變頻通過(guò)及時(shí)監(jiān)控工控的變化，利用高速數(shù)據(jù)處理器的模擬量輸人端AI1、GEND (進(jìn)水溫度)、系統(tǒng)，得出系統(tǒng)運(yùn)行的最佳參數(shù)，實(shí)現(xiàn)“供需AI2、GEND (回水溫度)，變頻器的輸出端與控平衡”。變頻節(jié)能裝置包括控制器和變頻器;各制器連接，變頻器擬為ABB ACS510 變頻器,控制器通過(guò)網(wǎng)線連接;溫度采集裝置通過(guò)線路使用485總線將模擬的溫度信號(hào)傳輸?shù)娇刂破?與變頻節(jié)能裝置連接。如圖4所示，在設(shè)備設(shè)通過(guò)控制器中進(jìn)水和出水溫度差的設(shè)定，控制置上，每臺(tái)水泵對(duì)應(yīng)一臺(tái)變頻節(jié)能裝置，每臺(tái)變頻器的輸出轉(zhuǎn)速I41。電話上下2AV電源第1理圖5控制信號(hào) 分配圖4.3先進(jìn)的變頻調(diào)節(jié) 系統(tǒng)動(dòng)加減頻率，調(diào)節(jié)變頻器的輸出，從而調(diào)節(jié)水根據(jù)圖3冷卻循環(huán)水溫度采集圖及圖4信泵的轉(zhuǎn)速，設(shè)中國(guó)煤化工頻率的控號(hào)傳輸框圖，確定控制變頻參數(shù)為進(jìn)水溫度及制程序，從而HCNMHG可隨溫度回水溫度的溫差，為達(dá)到隨外界溫度變化而自而變化，又響應(yīng)迅速，達(dá)到生產(chǎn)的需要?？刂?化纖與紡織技術(shù)第44卷調(diào)節(jié)界面如圖6所示。RS485總線發(fā)送給各自對(duì)應(yīng)的變頻器;相應(yīng)地,將2號(hào)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行頻率通過(guò)路由器TCP/IP通訊分別發(fā)送給3號(hào)、4號(hào)控制器,由控制器處理后，通過(guò)RS485總線發(fā)送給各自對(duì)應(yīng)的變頻器;相應(yīng)地，將3號(hào)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行頻率通過(guò)路由器TCP/IP通訊分別發(fā)送給4號(hào)控制器，由控制器處理后，通過(guò)RS485總線發(fā)送給其對(duì)應(yīng)的變頻器。為方便操作和編程，該系統(tǒng)1號(hào)運(yùn)行頻率為第1優(yōu)先，與開(kāi)機(jī)先后無(wú)關(guān)。1號(hào)開(kāi)機(jī)后所有.圖6控制窗口運(yùn)行設(shè)備以1號(hào)為準(zhǔn)。2號(hào)運(yùn)行頻率為第2優(yōu)先，3號(hào)運(yùn)行頻率為第3優(yōu)先，4號(hào)無(wú)優(yōu)先權(quán)14。4.4完善的系統(tǒng)控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)控制對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)設(shè)定控制程序，當(dāng)冷凍機(jī)組在單機(jī)運(yùn)行時(shí)，控制器對(duì)各自的實(shí)際進(jìn)、進(jìn)水溫度高于22 C時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)水回水溫差與目標(biāo)溫差值進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際值大溫度低于18 C時(shí)，停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行。于目標(biāo)值時(shí)，給定的頻率實(shí)施加頻處理，處理5效果分析結(jié)果由RS485 總線通訊方式發(fā)送給變頻器，使變頻:器輸出頻率增加，提高電機(jī)轉(zhuǎn)速;當(dāng)實(shí)際本節(jié)能方案于2014年9月完成，在2#動(dòng)值小于目標(biāo)值時(shí)，給定的頻率實(shí)施減頻處理,力站冷卻水系統(tǒng)投入運(yùn)行后，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)電處理結(jié)果由RS485總線通訊方式發(fā)送給變頻器,效果明顯，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。使變頻器輸出頻率減少，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。5. 1直接經(jīng)濟(jì)效益多機(jī)運(yùn)行時(shí)，將1號(hào)變頻器的運(yùn)行狀態(tài)及對(duì)改造后2015年1 ~5月電費(fèi)消耗與改造運(yùn)行頻率通過(guò)路由器TCP/IP通訊分別發(fā)送給2前的2013年1~5月進(jìn)行比較，冷卻循環(huán)水系號(hào)、3號(hào)、4號(hào)控制器，由控制器處理后，通過(guò)統(tǒng)電量消耗見(jiàn)表1。表1冷卻循環(huán)水系統(tǒng)耗電統(tǒng)計(jì)日期運(yùn)行時(shí)間/h耗電量/kWh耗電量/kWh .2015年1月720114 8402013年1月172 2602015年2月672109 9202013年2月164 8802015年3月132 0002013年3月184 8002015年4月153 8402013年4月.207 6842015年5月157 3202013年5月212 382由表1可知，2#動(dòng)力站冷卻循環(huán)水系統(tǒng).(3)實(shí)現(xiàn)了冷水循環(huán)泵閉環(huán)自動(dòng)控制，提2015年1 ~5月份共耗電667 920 kWh，比改造高了自動(dòng)化水平，運(yùn)行安全可靠。前節(jié)約274 086 kWh。而且，從用電消耗分析,(4)泵組間同工同頻運(yùn)行，使水泵出力均勻。氣溫越低節(jié)電效果越明顯。全年按照8000h計(jì)(5)操作使用方便，變頻器操作只有簡(jiǎn)單的算，則全年可節(jié)電65萬(wàn)kWh，節(jié)電效果明顯。開(kāi)機(jī)、停機(jī)和溫差的設(shè)定，減輕了運(yùn)行人員的工5.2間接經(jīng)濟(jì)效益作負(fù)擔(dān);通過(guò)集中監(jiān)控，提高了運(yùn)行穩(wěn)定性[61。(1)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大幅6結(jié)語(yǔ)度下降，避免了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊;中國(guó)煤化工(2)設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，消除了啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)通過(guò)對(duì)黏.MYHCNMH G水循環(huán)泵的水錘效用。運(yùn)行情況分析，以冷量“ 按需供應(yīng)”的原則調(diào)第3期安民:黏膠纖維廠冷卻循環(huán)水系統(tǒng)變頻節(jié)能改造45整運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的頻率，進(jìn)行供水量及水溫的調(diào)[2] 安連鎖.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京:中國(guó)電力出版社,節(jié)，改變?cè)O(shè)備的傳統(tǒng)控制模式。對(duì)能耗利用情況進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。應(yīng)用證明，此[3]何錄偉.變頻調(diào)速技術(shù)分析及水泵的節(jié)能控制[J].硅谷，2010 (2) :7, 69.方案可以達(dá)到理想的節(jié)能及運(yùn)行效果。從而對(duì)黏膠纖維生產(chǎn)中的酸站冷卻水循環(huán)泵，生產(chǎn)水. [4]唐山三友集團(tuán)興達(dá)化纖有限公司.同步控制型冷卻循環(huán)水泵節(jié)能裝置: CN201 120300190.0 [P].系統(tǒng)，軟化水部分，以及大功率風(fēng)機(jī)部分的變.2012-04- 11.頻節(jié)能改造，具有很好的借鑒作用。[5]張燕兵. SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.參考文獻(xiàn)[6] 宋爽,周樂(lè)挺.變頻技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:高[1] 李偉.循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化分析[J]. 節(jié)能技術(shù)，等教育出版社,2008.2006 (5) :70 - 73.TRANSFORMATION OF FREQUENCY CONVERSION ENERGYSAVING FOR COOLING CIRCULATING WATER SYSTEM OFVISCOSE PLANT( 1. School of Electrical Engineering, North China University of Technology，Tangshan Hebei 063009, China; 2. TangshanSanyou Group Xingda Chemical Fiber Co. Ld, Tangshan Hebei 063005，China )Abstract: The energy wasting problem of the cooling water system in viscose plant was described. Accordingto the characteristics of the cooling water pump，a kind of intelligent variable frequency adjustment systemwas introduced to solve the problem.Key words: cooling circulating water; frequency conversion; energy saving; intelligent control(上接第27頁(yè))PROBLEMS AND COUNTERMEASURES OF CARBON FIBERINDUSTRY DEVELOPMENT IN CHINAWang Xue- cai( Henan Yongmei Carbon Fiber Co，Ld, Shangqiu Henan 476000, China )Abstract: The curent situation of carbon fiber industry at home and abroad was analyzed. It was pointed outthat the carbon fiber industry is a single industry model， the key technology is backward, the productioncost is too high, and the engineering practice innovation ability is insufficient in China. Three measures puforward to enhance the capability of independent innovation， cultivate application market，and improve theindustry chain. It is focused on solving the key technology and equipment manufacturing problems whichrestrict the development of modern industry， striving to win over a policy support， promoting theconstruction of carbon fiber industry chain and carbon fiber composite materials industry cluster formation，linking upstream and downstream enterprises ，promoting the healthy中國(guó)煤化Irbon fiberindustry chain.YHCNMHGKey words: carbon fiber; industry ; developing