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技術(shù)頻道

AC60變頻器在風機水泵節(jié)能改造方案

  一、概述

  近幾年我國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展,能源問題越來越來成為行業(yè)發(fā)展的摯肘,并且隨著能源價格的快速上漲,國內(nèi)市場的激烈竟爭,節(jié)能成為許多行業(yè)發(fā)展面臨的主要問題,特別是一些能耗比較大的行業(yè)如石油、化工、制藥、冶金、制造、環(huán)保、市政等行業(yè)。據(jù)資料顯示我國高、低壓電動機總?cè)萘吭?5000MW以上,大部分為風機泵類負載,它們大多工作在高能耗、低效率狀態(tài)。

  一般風機、水泵系統(tǒng)大多數(shù)是靠閥門來調(diào)節(jié)出水流量或壓力,擋板這種調(diào)節(jié)方式是以增加管網(wǎng)損耗,耗費大量能源為代價的,因此,不可避免的造成電能的浪費。而且由于設(shè)計時,系統(tǒng)是按最大的負載來設(shè)計的,在實際運行當中,絕大部分時間系統(tǒng)是不可能運行在滿負荷狀態(tài)下,存在較大的富余,所以就存在較大的節(jié)能潛力。

  采用AC60變頻調(diào)速控制裝置,通過改變風機的轉(zhuǎn)速,從而改變風機風量以適應生產(chǎn)工藝的需要,而且運行能耗最省,綜合效益最高。所以變頻調(diào)速是高效的最佳調(diào)速方案,它可以實現(xiàn)風機的無級調(diào)速,并且可以方便的組成閉環(huán)控制系統(tǒng)、實現(xiàn)恒壓或恒流量的控制。

  二、變頻改造的節(jié)能分析(以風機為例)

  1、變頻調(diào)速節(jié)能原理

  從流體力學的原理得知,使用感應電機驅(qū)動的風機,軸功率P與風量Q,風壓H的關(guān)系為:

  P∝Q*H當電動機的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時, Q、 H、 P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下:

  可見風量Q和電機的轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系的,而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當需要80%的額定風量時,通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%,即調(diào)節(jié)頻率到40.00Hz即可,這時所需功率將僅為原來的51.2%。

  如圖(1)所示,從風機的運行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。

  當所需風量從Q1減小到Q2時,如果采用調(diào)節(jié)風門的辦法,管網(wǎng)阻力將會增加,管網(wǎng)特性曲線上移,系統(tǒng)的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行,所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比;如果采用調(diào)速控制方式,風機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2,其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變,但風機的特性曲線將下移,因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比。從理論上分析,所節(jié)約的軸功率Delt(P)與(H2-HB)×(C-B)的面積成正比。

  考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗,通過實踐的統(tǒng)計,風機類通過調(diào)速控制可節(jié)能達20%~50%。

  2、變頻改造節(jié)能分析

  改造前工頻運行功率計算公式P1=U×I×1.732×COS Φ,其中:

  U ——電機電壓,kV;I ——電機電流,A;P1 ——單一負荷下工頻運行功率,kW;

  COS Φ ——單一負荷下運行功率因數(shù),小于額定功率因數(shù)。

  C1=T×∑(P1×δ),其中:

  T ——全年平均運行時間,h;P1 ——單一負荷下的運行功率,kW;

  δ ——這種負荷下的全年運行時間比例;C1 ——改造前總耗電量,kW.h。

  改造后變頻運行預計功率計算公式:

  3、節(jié)能對照表:風機、水泵變頻調(diào)速時的能耗比較

   轉(zhuǎn)速n%   
   流量Q%   
   風壓H%   
   軸功率P%   
  節(jié)電率%   
100
100
100
100
0
90
90
81
72.9
27.1
80
80
64
51.2
48.8
70
70
49
34.3
65.7
60
60
36
21.6
78.4
50
50
25
12.5
87.5

  上述均為百分比,100%流量為風機的額定流量,100%功率為工頻額定工況運行時消耗功率(即電機輸入功率 = 風機額定軸功率/電機效率,電機效率一般為93~96%,額定功率較大者效率較高)。變頻調(diào)速時的節(jié)能量即為兩種調(diào)節(jié)方式的能耗差值(百分比乘額定消耗功率)。

  三、變頻調(diào)速其它附加效益

  (1)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高:原電機直接由工頻驅(qū)動時,滿載時功率因數(shù)為0.85左右,實際運行功率因數(shù)遠低于0.8。采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后,電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.9以上,無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率,滿足電網(wǎng)要求,可進一步節(jié)約上游設(shè)備的運行費用。

  (2)設(shè)備運行與維護費用下降:采用變頻調(diào)節(jié)后,由于通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能,在負荷率較低時,電機轉(zhuǎn)速也降低,主設(shè)備及相應輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕,維護周期可加長,設(shè)備運行壽命延長;并且變頻改造后風門開度可達100%,運行中不承受壓力,可顯著減少風門的維護量。變頻器運行中,只需定期對變頻器除塵,不用停機,保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。隨著生產(chǎn)的需要,調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速,進而調(diào)節(jié)風機風量,既滿足生產(chǎn)工藝的要求,工作強度又大大降低。采用變頻技術(shù)調(diào)速后,減少了機械磨損,維護工作量降低,檢修費用下降。

  (3)用變頻調(diào)速裝置后,可對電機實現(xiàn)軟啟動,啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍,對電網(wǎng)無任何沖擊,電機使用壽命延長。在整個運行范圍內(nèi),電機可保證運行平穩(wěn),損耗減小,溫升正常。風機啟動時的噪音和啟動電流非常小,無任何異常振動和噪音。

  (4)與原來舊系統(tǒng)相比較,變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能,更完善地保護了電機。

  (5)操作簡單,運行方便。可通過計算機遠程給定風量或壓力等參數(shù),實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。

  (6)適應電網(wǎng)電壓波動能力強,電壓工作范圍寬,電網(wǎng)電壓在-15%~+10%之間波動時,系統(tǒng)均可正常運行。

  四、結(jié)束語

  綜上所述,為了節(jié)約能源和費用,需對風機系統(tǒng)進行變頻節(jié)能改造,以便達到節(jié)能和延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。一般來說,對于連續(xù)工作的送風系統(tǒng),隨著工藝的變化,電動機運行頻率在35.00~50.00Hz之間動態(tài)調(diào)節(jié),系統(tǒng)的節(jié)電率可達20%~35%。

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