時(shí)間:2011-11-30 10:16:04來源:xuliyuan
一、概述
近幾年我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展,能源問題越來越成為行業(yè)發(fā)展的掣肘,并且隨著能源價(jià)格的快速上漲,國內(nèi)市場的激烈競爭,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(jī)總?cè)萘吭?500MW以上,大部分為風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載,他們大多改造在高耗能、低效率狀態(tài)。
一般風(fēng)機(jī)、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(fèi)大量能量源為代價(jià)的,因此,不可避免的造成電能的浪費(fèi),而且由于設(shè)計(jì)時(shí),系統(tǒng)是按最大的負(fù)載來設(shè)計(jì)的,在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中,絕大部分時(shí)間系統(tǒng)是不可能運(yùn)行在滿負(fù)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。
采用變頻器控制裝置,通過改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,從而改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要,而且運(yùn)行能耗最省,綜合效益最高。所以變頻器調(diào)速是高效的最佳調(diào)速方案,它可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無級調(diào)速,并且可以方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)恒壓或恒流量的控制。
二、變頻改造的技能分析(以風(fēng)機(jī)為例)
2.1 變頻調(diào)速節(jié)能原理
從流體力學(xué)的原理得知,使用感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的風(fēng)機(jī),軸功率P與風(fēng)量Q,風(fēng)壓H的關(guān)系為:
P∝Q×H當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時(shí),Q、H、P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下:
(可見風(fēng)量Q和電機(jī)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(dāng)需要80%的額定風(fēng)量時(shí),通過調(diào)節(jié)電機(jī)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(shí)所需功率將僅為原來的51.2%。
如圖(1)所示,從風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線圖來分析采用變頻器調(diào)速后的節(jié)能效果。
當(dāng)所需風(fēng)量從Q1到Q2時(shí),如果采用調(diào)節(jié)風(fēng)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(yùn)行供況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)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(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2,其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變,但風(fēng)機(jī)的特性曲線將下移,因此其運(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn),此時(shí)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)速裝置的附件損耗,通過實(shí)踐的統(tǒng)計(jì),風(fēng)機(jī)類通過調(diào)速控制可節(jié)能達(dá)20%-50%。
2.2 變頻改造節(jié)能分析
改造前工頻運(yùn)行功率計(jì)算公式P1=U×I×1.732×cosΦ,期中:
U------電機(jī)電壓,KV;
I-------電機(jī)電流,A;
P1-----單一負(fù)荷下工頻運(yùn)行功率,KW;
cosΦ-----單一負(fù)荷下運(yùn)行功率因數(shù),小于額定功率因數(shù)。
C1=T×Σ(P1×δ),期中:
T-------全年平均運(yùn)行時(shí)間,h;
P1------單一負(fù)荷下的運(yùn)行功率,KW;
δ------這種負(fù)荷下的全年運(yùn)行時(shí)間比例;
C1-----改造前總耗電量,kw.h。
改造后變頻運(yùn)行預(yù)計(jì)功率計(jì)算公式:
計(jì)算出P2是變頻改造后預(yù)計(jì)運(yùn)行功率,η為變頻裝置的效率。
C2=T×Σ(P2×δ),期中:
C2-----改造后總耗電量,kw.h。
1.3 節(jié)能對照表:風(fēng)機(jī)、水泵變頻調(diào)速時(shí)的能耗比較
轉(zhuǎn)速n% |
流量Q% |
風(fēng)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 風(fēng)機(jī)的額定流量,100%功率為工頻工況運(yùn)行 時(shí)消耗功率(即電機(jī)輸入功率=風(fēng)機(jī)額定軸功率/電機(jī)效率,電機(jī)效率一般為93-96%,額定功率大者效率較高)。變頻調(diào)速時(shí)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)內(nèi)側(cè)功率因數(shù)提高:原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動時(shí),滿載時(shí)功率因數(shù)為0.85左右,實(shí)際運(yùn)行時(shí)遠(yuǎn)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(bǔ)償裝置就能大大的減少無功功率,滿足電網(wǎng)要求,可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。
(2)設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降:采用變頻調(diào)節(jié)后,由于通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能,在負(fù)荷率較低時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速也降低,主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕,維護(hù)周期可加長,設(shè)備運(yùn)行壽命延長,并且變頻改造后風(fēng)門開度可達(dá)100%,運(yùn)行中不承受壓力,可顯著減少風(fēng)門的維護(hù)量。變頻器運(yùn)行中,只需定期對變頻器除塵,不用停機(jī),保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。隨著生產(chǎn)的需要,調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量,既滿足生產(chǎn)工藝的要求,工作強(qiáng)度又大大降低。采用變頻技術(shù)調(diào)速后,減少了機(jī)械磨損,維護(hù)工作量降低,檢修費(fèi)用下降。
(3)用變頻調(diào)速裝置后,可對電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動,啟動時(shí)電流不超過電機(jī)額定電流的1.2倍,對電網(wǎng)無任何沖擊,電機(jī)使用壽命延長。在整個運(yùn)行范圍內(nèi),電機(jī)可保證運(yùn)行平穩(wěn),損耗減小,溫升正常。風(fēng)機(jī)啟動時(shí)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(xiàng)保護(hù)功能,更完善地保護(hù)了電機(jī)。
(5)操作簡單,運(yùn)行方便??赏ㄟ^計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程給定風(fēng)量或壓力等參數(shù),實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。
(6)適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強(qiáng),電壓工作范圍寬,電網(wǎng)電壓在-15% ~+10%之間波動時(shí),系統(tǒng)均可正常運(yùn)行。
四,結(jié)束語
綜上所述,為了節(jié)約能源和費(fèi)用,需對風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能改造,以便達(dá)到節(jié)能和延長電機(jī)、接觸器及機(jī)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(fēng)系統(tǒng),隨著工藝的變化,電動機(jī)運(yùn)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(dá)20%-35%。
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