浅谈电解铝循环水泵节电技术改造

摘 要：随着社会可持续发展的深入，节电观念深入人心。本文从电解铝厂循环水泵实际情况出发，对冷循环却水水泵自动控制节电技术进行介绍。

关键词：电解铝;循环水泵电机;节电

0 引言

我国政府在“十一五”规划纲要中提出的“单位GDP能耗降低20%”的节能目标。现阶段随着我国经济社会的不断发展，在各个领域中开展节能减排已经逐渐成为常态，对于石化工业、钢铁工业、冶金工业等领域，提出更为详细、严格的节能减排任务，为进一步降低用电成本，实现节能增效，变频节能技术得到了快速推广，电动机耗电量占全国总消费电能的60-70%，因此抓好电动机节能刻不容缓。

1 变频技术的发展及节能原理

在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类设备应用范围广泛;其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的7%-25%，是一笔不小的生产费用开支。八十年代末，变频调速技术引入我国并得到推广。现已在电力、冶金、石油、化工、造纸、食品、纺织等多种行业的电机传动设备中得到实际应用。目前，变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。卓越的调速性能、显著的节电效果，改善现有设备的运行工况，提高系统的安全可靠性和设备利用率，延长设备使用寿命等优点随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现。

根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况，最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点;因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）;通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。当电机转速从N1变到N2时，其电机轴功率（P）的变化关系如下：P2/P1=（N2/N1）3，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。

2 电解铝厂水泵运行现状

①一厂动力车间循环冷却水泵目前开二台备用二台，并联装机，所配电机功率37kW两台30kW两台，四极电机，转速1470r/min;②一厂空压站循环冷却水泵目前开二台备用二台，并联装机，所配电机功率30kW，四级电机，转速1470r/min;③二厂动力车间循环冷却水泵目前开二台备用一台，并联装机，所配电机功率37kW，四级电机，转速1480r/min;④二厂空压站循环冷却水泵目前开两台备一台并联运行，所配电机功率30kW，四级电机，转速1470r/min;⑤空压站冷却塔循环冷却水泵目前开一台备用二台，并联装机，所配电机功率18.5kW，四级电机，转速1470r/min。

3 水泵全自动控制改造

节能改造技术及实施方案：

根据目前循环水泵运行情况及工艺要求，先采集循环水泵的原始参数与数据，根据原始参数和采集数据开发定制控制系统。为保证电解系列直流系统的平稳可靠供电，动力车间冷却循环泵必须两台泵并列运行，一旦单台泵发生故障，另一台泵仍能满足运行需求，不会因付水循环泵故障停机造成电解系列全系列停电。

基于动力车间付水冷却循环泵的特殊运行要求，在开发PLC控制程序时，我们将付水循环水泵的运行状态均引入PLC内，由PLC程序根据水泵运行状态自动设定变频器频率，一旦发生任意一台泵故障停机，另一台泵变频器设定频率自动提高，并对最高设定频率加以限制，以适应电解系列生产的需求。

为便于非故障情况下循环水泵的检修和保养，同时增设循环水泵检修程序。在切换至检修状态下，先启动第三台循环泵，待第三台泵启动运行正常后，人为切除待维护保养的循环泵，原并列运行的循环泵在人为切除后，另一台泵变频器频率不再自动抬升，维持原设定频率运行，实现循环泵的无忧倒切。

改造后循环系统阀门不需要调整，阀门开度保持在一个最大的位置上，通过采用智能动态算法，调整电机的运行频率（电机转速）来动态调整出口流量，通过基于对需求变换的预测，实现更高效的节能，从而减少了电机工频启动造成的冲击，降低对水泵及电机的磨损，进一步优化了设备运行状态，同时具有良好的过载能力以及过流保护措施，保证设备的安全稳定运行。

4 改造后的节能效果分析

4.1 动力车间循环冷却水泵改造后的节能分析

一、二分厂动力车间循环冷却水泵各开两台，总额定功率为148kW，水泵工频实际运行总电流约为272A，工频实际运行功率：P1=U×I×1.732×COSφ/1000=380×272×1.732×0.75/1000≈134kW，根据改造水泵总流量不变原则，Q2（改造后实际所需流量）=Q1（改造前实际所需总流量），改造前、后水泵额定流量Q，由功率与流量（转速）的三次方成正比可知变频调速后水泵运行功率：P变频=总功率×（Q2/Q）3/变频效率=148×0.663/0.94≈45kW，即每月可节约用电=（134-45）*24*30.5=6.5万kWh。

4.2 空压站循环冷却水泵改造后的节能分析

4.2.1 一分厂空压站循环冷却水泵节能分析

改造前一厂空压站循环冷却水泵目前开一台备用三台，总功率为30kW，水泵工频运行实测总电流约为58A，工频运行功率：P1=U×I×1.732×COSφ/1000=380×58×1.732×0.75/1000≈29kW，循环水泵改造后，一厂空压站由原来的开一备三改为开二备二方式运行，即电机总功率为60kW，变频运行预计功率：根据改造水泵总流量不变原则，即改造后流量Q2（改造后实际所需流量）=Q1（改造前实际所需总流量），即改造后流量Q2=Q额定*33/50=Q额定*0.66，由功率与流量的三次方成正比可知变频调速后水泵运行功率：P变频=总功率X（Q2/Q）3/变频效率=60×0.663/0.94≈19kW，即一分厂空压站改造后每月可节约用电=（29-19）*24*30.5=7320kWh。

4.2.2 二分厂空压站循环冷却水泵节能分析

改造后二分厂空压站循环冷却水泵由目前的2台运行改为三台全部运行，冷却塔水泵由目前的一台改为2台运行。总功率为78.5kW，水泵工频运行实测总电流约为150A，工频运行功率：P1=U×I×1.732×COSφ/1000=380×150×1.732×0.75/1000≈74kW，同样根据上述方法测算，改造水泵运行功率=127*0.663/0.94=38.8kW，每月可节约用电=（74-38.8）*24*30.5=25766.4kWh。

4.2.3 综合分析

一、二分厂动力副水泵房水泵、空压站循环水泵及二分厂空压站冷却塔水泵改造后，全年可节约成本1177036.8*0.41/1.17=41.25万元。

5 改造的优点

①实现电机软启动，启动电流可限制在额定电流以内，避免启动电流对供电线路的冲击，提高了供电系统的可靠性;②降低了水泵的平均轉速，降低了电机水泵的磨损，延长了水泵和阀门的使用寿命，减少维护费用;③实现了水泵自动切换，即使变频调速装置出现故障，可自动切换到原状态下运行，保证了设备运行的连续稳定性。

6 结论

目前水泵变频调速控制模式已投运272天，运行平稳，满足系统生产工况要求，耗电量明显下降，节电效果显著，达到了循环水系统水泵节能改造的预期目标。

作者简介：

胡小林（1984- ），男，汉族，湖北广水人，本科学历，毕业于湖北工业大学，机电工程师，研究方向：铝冶炼工艺技术及铝合金生产加工。