應用變頻器和PLC 實現冷凝水的回收利用

1 概況

我廠生產用蒸汽由益能熱電有限公司提供，產生的冷凝水基本處于排放狀態。在第一階段的開發利用中，僅利用冷凝水余熱實現了冬季采暖換熱，但其他季節冷凝水尚未得到回收利用，造成了冷凝水資源的浪費。為了提升企業的綜合效益，促進國家節能減排工作的開展，繼采暖換熱工程后，我廠決定采用變頻技術實施冷凝水回收利用工程項目。

我廠夏季每天產生的蒸汽冷凝水為80 t左右，冬季每天產生的蒸汽冷凝水為110 t左右，冷凝水溫度在95℃左右，須對其進行降溫到適宜溫度才能被生產應用。冷凝水經回收冷卻凈化后，化驗測得硬度為30 mg/L以下，符合生產工藝軟化水標準。通過以上分析，我們研制出一套適宜的冷凝水資源回收利用系統。

2 改造方案

2.1 冷凝水冷卻過程

冷凝水站高壓罐內的冷凝水經過降溫，由水泵輸送到采暖換熱站的儲水罐內(冬季該水經過采暖系統循環后，又回到儲水罐內)，將儲水罐內的水自流引入涼水池(原鍋爐水渣池)，再用水泵將涼水池內的水抽到涼水塔內進行冷卻，冷卻后的冷凝水進入涼后儲水池，涼后儲水池的水再由二次涼水泵送至涼水塔進行再次冷卻，最后冷卻后的水經過濾后，由水泵輸送到廠區軟化水管網，供廠軟化水使用。系統示意圖如圖1所示。

2.2 采取防塵措施

由于該涼水系統采取露天降溫，空氣中的塵土會進入冷凝水中，使冷凝水的硬度提高，因此需要對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，同時在水池邊用磚砌一高60 cm的保護墻體。

2.3 最后一級溫度控制系統

在涼后儲水池前段加一Pt100溫度變送器，將水的溫度產生的電信號送至溫度控制器，溫度控制器根據水溫的高低控制降溫管道的電動調節閥來調節低溫軟化水進入涼后儲水池的水量，從而達到控制涼后儲水池冷凝水的溫度。

3 系統配置

3.1 選用成型的涼水系統

我廠每天生產產生的冷凝水水量為100 t左右，根據貨比三家和高性能價格比的原則，決定選用的型號為GBNL3-100，涼水量為100 t，一次降水溫度為15℃的工業型涼水系統。

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 點數為6 點輸入4 點輸出，該系統采用開關量的輸入/ 輸出來控制電機的啟停與電磁閥的開啟、關閉，涼水池PLC 程序如圖2所示。

3.3 變頻器與PID的選配

系統水泵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，通過安裝在出水管網上的壓力變送器，把出口壓力信號變成4~20 mA 的標準信號送入PID 調節器，經運算與給定壓力參數進行比較，得出調節參數送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉速，調節系統供水量，使供水系統管網中的壓力保持在給定壓力上。PID 可編程序控制儀設置參數如表1所列，變頻器參數設置見表2。

冷凝水供水和涼水塔水泵電氣控制原理如圖3所示。

4 系統調試

系統安裝完畢后，我們11月5日對系統進行了運行調試，根據實際運行狀態，調試了PID運行參數，完善了PLC 梯形圖和語句表，調試運行過程中變頻器出現了故障。

4.1 設備匹配問題及處理

變頻器在模擬信號控制下頻率逐漸上升，但上升至10 Hz 時故障跳閘，顯示OCPA，查閱說明書是加速中短時間過載，改變加速時間無效，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，頻率在連續上升至28 Hz時，又顯示該故障跳閘。斷開電機，單獨試驗電機正常，模擬信號發生器試驗變頻器正常，由面板控制電機啟動也正常，最后發現水泵為新泵，故障跳閘是由啟動扭距過大引起的，更換另一水泵后運行正常。

4.2 電磁干擾問題及處理

變頻器啟動工作后，緊挨該柜體的電盤上的一電動閥故障指示燈亮，經分析，故障是變頻器的高次諧波電流通過輸出回路電纜向外輻射，傳遞到信號電纜，引起干擾造成的。把液位計信號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，且把柜體外信號線穿入鋼管進行敷設，鋼管外殼良好接地后，故障排除。

5 結果與分析

目前我廠蒸汽冷凝水回收利用大體分為兩個階段，第一階段為冬初到春初，共計4 個月左右，每天能利用的蒸汽冷凝水水量為50 t左右;按每天節約230元計算，4個月共計節約費用約為2.7萬元;第二階段為春末到秋末，共計8個月，每天可利用的蒸汽冷凝水水量為80 t。按每天節約450 元計算，8 個月共計節約費用約為10.8萬元。兩個階段共計節約費用約為13.5萬元。

該系統經過冬季一個月試運行,節約軟化水1 556 m3，按每方軟化水8 元計算，可節約費用1.2萬元，基本完全符合上述第二階段推算。

該控制系統運行安全可靠，充分實現了冷元凝水回收利用，減少了水資源的浪費，提升了我廠的綜合經濟效益。