钢铁企业风机水泵节能工作实践

引言

风机、水泵是在工业生产中应用较多的设备，电能消耗大，在冶金企业中达40%，但风机、水泵实际运行的效率普遍不高。究其原因，首先是风机水泵类负载设计裕度偏高，普遍存在大马拉小车现象，工作负荷远离额定负荷；其次是风机水泵绝大数仍是以档板和阀门作为流量调节手段，节流能量损失较大。某钢铁企业通过工况优化和技术改造，在风机水泵节能工作中取得了显著效益。

1 工况优化

对于节能降耗，从管理上要效益是成本最低、见效最快的方式。为此，公司能源部牵头各生产部门，对100 kW以上工频运行风机水泵设计和实际运行工况进行统计摸底，并开展了风机水泵工况优化工作，在满足生产需求的前提下，摸索功率下降的潜力。

目前主要从以下几个方面进行优化：（1）减少风门开度。风机设备，主要是除尘风机，为了确保环保达标，风机阀门经常运行在全开或接近全开状态，通过能源和环保专业沟通协调，在满足环保要求的前提下减小阀门开度，以节约用电；（2）降低供水压力。通过公辅与主产线协作进行工艺摸索，适当降低供水压力，减少水泵出力，节电效果比较明显；（3）提高泵（风机）组效率。成组运行时，例如供水泵组，液压泵组等，电机运行效率低的可以进行优化，减少运行台数，确保效率达到70%以上；成对运行的风机还可以通过增加连通管道的方式减少运行台数，提高效率；如果说降低泵的运行台数是减法的话，通过逆向思维，还可以通过增加电机有效功率输出的方式来节约电能，例如热轧平流池提升泵运行3 台，存在一定的势能裕量。通过改造上塔管路，充分利用过剩水压，将一台冷却风机电机改为水轮驱动，每月节约用电成本4万余元。

2 水泵节能改造实践

水泵的效率等于泵的有效功率（指流体所获得的机械能的功率）与轴功率之比值。从图1 所示的泵效率-流量关系上看出，随着流量的增加，泵的效率随之上升达到最大值，此后随流量再增大时效率下降，说明离心泵在一定转速下有一最高效率点，通常称为设计点，一般离心泵铭牌标注的参数即为泵效率点最高的参数。泵在与最高效率对应的流量扬程下工作最为经济，离心泵往往不可能正好在最佳工况下运转，因此一般规定一定范围，称为泵的高效区（不低于最高效率点的10%左右)，属于效率较高的区段。

图1 水泵性能和效率曲线

由于选型不合理、工艺调整以及自身磨损等原因，实际工况远离最佳工况点运行，不但效率下降，同时加快了轴承、密封等零部件的磨损，降低了设备的使用寿命。通过与专业水泵节能公司合作，以循环水泵站作试点，对水泵的运行工况（包括压力，流量，功率等）进行数据检测收集，包括最大负荷、正常负荷及最小负荷情况下的工况，并与额定压力，流量等数据进行对比，选取了一批具有节能潜力的水泵。按照“合理流量、最低阻抗、最高效率”的循环水系统经济运行原则定制高效节能泵，替换目前处于不利工况、低效率运行的水泵或叶轮，恢复到设备与流体输送相匹配的最佳工况点，降低无效能耗，提高输送效率，达到最佳的节能效果，与传统水泵相比，其节能率可达30%～70%。

水泵节能改造是在满足工艺要求和不影响系统正常经济运行前提下，通过提高水泵效率，保证母管压力和母管流量不变来实现节能，改造过程中原配套电机仍继续使用，不予更换，采取逐台改造的方式，只需关闭要改造水泵的进出口阀门，无须系统停水，不影响生产。通过实施节能泵改造，平均节电率约30%，年节约用电成本数百万元。

3 利用节能调速技术

调速也是泵和风机节能的重要途径，特别适用于负荷随生产工况需要连续变化的场合。常见的调速方式有变频调速、液力耦合器以及永磁调速，其调速方式特性对比如表1所示。

综合分析，液力耦合器虽然价格便宜，但由于技术落后，效率较低，已逐渐被市场淘汰；永磁调速由于低速时节能效果差、改造场地受限等原因也较少采用。变频调速技术比较成熟，同时应用广泛，公司泵和风机改造选用变频调速方式。目前已选定了一批工况调节频繁、节能潜力大的改造项目，逐步实施变频改造。

表1 泵和风机三种调速方式特性对比

同时，在新建产线中，重视变频技术的应用，例如冷却塔至少配置一台变频风机，根据温度首先调节风机转速；除尘风机一般采用变频驱动，根据工艺生产节奏和环保情况调节风量等等。对于现有的变频风机和水泵，确保其功能正常，充分利用变频功能进行压力流量调整，禁止通过管道阀门调节；同时管道阀门须处于全开状态，避免产生压力损失。

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