應(yīng)用變頻器和PLC 實(shí)現(xiàn)冷凝水的回收利用

1 概況

我廠生產(chǎn)用蒸汽由益能熱電有限公司提供，產(chǎn)生的冷凝水基本處于排放狀態(tài)。在第一階段的開發(fā)利用中，僅利用冷凝水余熱實(shí)現(xiàn)了冬季采暖換熱，但其他季節(jié)冷凝水尚未得到回收利用，造成了冷凝水資源的浪費(fèi)。為了提升企業(yè)的綜合效益，促進(jìn)國(guó)家節(jié)能減排工作的開展，繼采暖換熱工程后，我廠決定采用變頻技術(shù)實(shí)施冷凝水回收利用工程項(xiàng)目。

我廠夏季每天產(chǎn)生的蒸汽冷凝水為80 t左右，冬季每天產(chǎn)生的蒸汽冷凝水為110 t左右，冷凝水溫度在95℃左右，須對(duì)其進(jìn)行降溫到適宜溫度才能被生產(chǎn)應(yīng)用。冷凝水經(jīng)回收冷卻凈化后，化驗(yàn)測(cè)得硬度為30 mg/L以下，符合生產(chǎn)工藝軟化水標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)以上分析，我們研制出一套適宜的冷凝水資源回收利用系統(tǒng)。

2 改造方案

2.1 冷凝水冷卻過(guò)程

冷凝水站高壓罐內(nèi)的冷凝水經(jīng)過(guò)降溫，由水泵輸送到采暖換熱站的儲(chǔ)水罐內(nèi)(冬季該水經(jīng)過(guò)采暖系統(tǒng)循環(huán)后，又回到儲(chǔ)水罐內(nèi))，將儲(chǔ)水罐內(nèi)的水自流引入涼水池(原鍋爐水渣池)，再用水泵將涼水池內(nèi)的水抽到?jīng)鏊?nèi)進(jìn)行冷卻，冷卻后的冷凝水進(jìn)入涼后儲(chǔ)水池，涼后儲(chǔ)水池的水再由二次涼水泵送至涼水塔進(jìn)行再次冷卻，最后冷卻后的水經(jīng)過(guò)濾后，由水泵輸送到廠區(qū)軟化水管網(wǎng)，供廠軟化水使用。系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

2.2 采取防塵措施

由于該涼水系統(tǒng)采取露天降溫，空氣中的塵土?xí)M(jìn)入冷凝水中，使冷凝水的硬度提高，因此需要對(duì)涼水池采取防塵土措施。具體是給涼水池上方及周圍加裝百葉窗防塵裝置，同時(shí)在水池邊用磚砌一高60 cm的保護(hù)墻體。

2.3 最后一級(jí)溫度控制系統(tǒng)

在涼后儲(chǔ)水池前段加一Pt100溫度變送器，將水的溫度產(chǎn)生的電信號(hào)送至溫度控制器，溫度控制器根據(jù)水溫的高低控制降溫管道的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)低溫軟化水進(jìn)入涼后儲(chǔ)水池的水量，從而達(dá)到控制涼后儲(chǔ)水池冷凝水的溫度。

3 系統(tǒng)配置

3.1 選用成型的涼水系統(tǒng)

我廠每天生產(chǎn)產(chǎn)生的冷凝水水量為100 t左右，根據(jù)貨比三家和高性能價(jià)格比的原則，決定選用的型號(hào)為GBNL3-100，涼水量為100 t，一次降水溫度為15℃的工業(yè)型涼水系統(tǒng)。

3.2 PLC的選配

涼水池PLC采用的是歐姆龍可編程序控制器，I/O 點(diǎn)數(shù)為6 點(diǎn)輸入4 點(diǎn)輸出，該系統(tǒng)采用開關(guān)量的輸入/ 輸出來(lái)控制電機(jī)的啟停與電磁閥的開啟、關(guān)閉，涼水池PLC 程序如圖2所示。

3.3 變頻器與PID的選配

系統(tǒng)水泵5.5 kW，我們選用三墾SHF-7.5K 變頻器可滿足要求。PID控制器采用SWP-LCD-32 段PID可編程序控制儀，通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，把出口壓力信號(hào)變成4~20 mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PID 調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上。PID 可編程序控制儀設(shè)置參數(shù)如表1所列，變頻器參數(shù)設(shè)置見表2。

冷凝水供水和涼水塔水泵電氣控制原理如圖3所示。

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)安裝完畢后，我們11月5日對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)行調(diào)試，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)試了PID運(yùn)行參數(shù)，完善了PLC 梯形圖和語(yǔ)句表，調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中變頻器出現(xiàn)了故障。

4.1 設(shè)備匹配問(wèn)題及處理

變頻器在模擬信號(hào)控制下頻率逐漸上升，但上升至10 Hz 時(shí)故障跳閘，顯示OCPA，查閱說(shuō)明書是加速中短時(shí)間過(guò)載，改變加速時(shí)間無(wú)效，我們把其功碼003 中V/f 圖形選擇由1(直線圖形)改為3(平方律降低圖形)后，頻率在連續(xù)上升至28 Hz時(shí)，又顯示該故障跳閘。斷開電機(jī)，單獨(dú)試驗(yàn)電機(jī)正常，模擬信號(hào)發(fā)生器試驗(yàn)變頻器正常，由面板控制電機(jī)啟動(dòng)也正常，最后發(fā)現(xiàn)水泵為新泵，故障跳閘是由啟動(dòng)扭距過(guò)大引起的，更換另一水泵后運(yùn)行正常。

4.2 電磁干擾問(wèn)題及處理

變頻器啟動(dòng)工作后，緊挨該柜體的電盤上的一電動(dòng)閥故障指示燈亮，經(jīng)分析，故障是變頻器的高次諧波電流通過(guò)輸出回路電纜向外輻射，傳遞到信號(hào)電纜，引起干擾造成的。把液位計(jì)信號(hào)線及其控制線與變頻器的控制線及主回路線分開一定距離，且把柜體外信號(hào)線穿入鋼管進(jìn)行敷設(shè)，鋼管外殼良好接地后，故障排除。

5 結(jié)果與分析

目前我廠蒸汽冷凝水回收利用大體分為兩個(gè)階段，第一階段為冬初到春初，共計(jì)4 個(gè)月左右，每天能利用的蒸汽冷凝水水量為50 t左右;按每天節(jié)約230元計(jì)算，4個(gè)月共計(jì)節(jié)約費(fèi)用約為2.7萬(wàn)元;第二階段為春末到秋末，共計(jì)8個(gè)月，每天可利用的蒸汽冷凝水水量為80 t。按每天節(jié)約450 元計(jì)算，8 個(gè)月共計(jì)節(jié)約費(fèi)用約為10.8萬(wàn)元。兩個(gè)階段共計(jì)節(jié)約費(fèi)用約為13.5萬(wàn)元。

該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)冬季一個(gè)月試運(yùn)行,節(jié)約軟化水1 556 m3，按每方軟化水8 元計(jì)算，可節(jié)約費(fèi)用1.2萬(wàn)元，基本完全符合上述第二階段推算。

該控制系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，充分實(shí)現(xiàn)了冷元凝水回收利用，減少了水資源的浪費(fèi)，提升了我廠的綜合經(jīng)濟(jì)效益。