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變頻調(diào)速能帶來什么?變頻調(diào)速電機系統(tǒng)節(jié)能改造的效益分析


隨著政府提出建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的政策,近年來,國家和地方政府頒布實施了一系列旨在推廣節(jié)能技術(shù)、提高能源利用效率、促進節(jié)能降耗和污染治理的政策法規(guī)。減少排放。電機系統(tǒng)節(jié)能是國家啟動的十大重點節(jié)能工程之一。國家發(fā)展規(guī)劃要求應(yīng)推廣變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù),即風(fēng)機、水泵、壓縮機等通用機械系統(tǒng)采用變頻調(diào)速節(jié)能措施。交流電動機變頻過程調(diào)速技術(shù)。在 "十一五 "期間,我國將提高電機系統(tǒng)運行效率 2 個百分點,形成年節(jié)能能力 200 億千瓦時的目標(biāo)。

1 電機系統(tǒng)變頻調(diào)速節(jié)能背景

采用變頻調(diào)速技術(shù)是節(jié)能降耗的重要途徑。當(dāng)水泵、風(fēng)機等恒轉(zhuǎn)矩負載不進行調(diào)速時,當(dāng)需要改變流量時,只能通過機械調(diào)節(jié)來調(diào)整閥門的開啟角度。雖然流量下降,但水泵或風(fēng)機的出口壓力增加,功率下降并不明顯。近似于恒功率負載,導(dǎo)致功率利用率極低(要克服調(diào)節(jié)器的阻力)。使用變頻調(diào)速時,如果流量需求減少,可降低泵或風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速以滿足要求。泵或風(fēng)扇的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時,功率將迅速下降。

大部分風(fēng)機和泵的負荷設(shè)計都有較大的余量,部分設(shè)備還考慮了擴容。容量選定后,閥門并非常年全開,另一部分設(shè)備要根據(jù)生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)閥門控制流量;還有一部分設(shè)備在降速過程中不斷變化,電機沒有調(diào)整好。上述設(shè)備的耗電量長期維持在較高水平,浪費現(xiàn)象嚴重。

在實際生產(chǎn)現(xiàn)場,為了保證生產(chǎn)的可靠性,各種生產(chǎn)設(shè)備在設(shè)計時都留有一定的動力驅(qū)動余量。電機不能滿負荷運轉(zhuǎn)。除動力驅(qū)動要求外,過大的轉(zhuǎn)矩會增加有功功率的消耗,造成電能浪費。當(dāng)壓力較高時,可降低電機的運行速度,使其處于恒壓狀態(tài)。節(jié)約能源。

2 電機系統(tǒng)變頻調(diào)速的節(jié)能原理

根據(jù)流體力學(xué)基本定律,風(fēng)機和水泵是變力矩負載。轉(zhuǎn)速 n 與流量 q、壓力 p 和軸功率 P 成正比。在比例上,軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

Q1/Q2 = n1/n2=f1/f2

H1/H2 = (n1/n2)2

P1/P2 = (n1/n2)3

可見,降低電機轉(zhuǎn)速可以達到立方體節(jié)能效果。這就是變頻電機控制對電機容量預(yù)留和生產(chǎn)負荷相位調(diào)整的節(jié)能原理。

變頻器開啟后,其控制的電機系統(tǒng)的功率因數(shù)可以提高,配電系統(tǒng)的網(wǎng)損可以降低。

因此,采用可靠的高、低壓變頻節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品對廠區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)進行技術(shù)改造,以變頻器為主要節(jié)能手段,通過對上述各類高、低壓電機帶動的風(fēng)機、水泵、空氣壓縮 機等負載進行變頻控制和改造,從而實現(xiàn)節(jié)能減排,保證電機變頻節(jié)能改造項目的投資,達到預(yù)期的經(jīng)濟性。

3 電機系統(tǒng)變頻調(diào)速節(jié)能

下面通過對各種高、低壓電機變頻改造方案的數(shù)據(jù)分析和效果舉例,直觀了解改造后的經(jīng)濟效益。

1800kW 高溫風(fēng)機

10kV1800kW 高溫風(fēng)機運行狀態(tài):電機改造前實際運行電流為 116A,當(dāng)前耗電量為 1.732×10.5×116×0.85=1793KW,原系統(tǒng)采用液力偶合器調(diào)速,調(diào)速78.5%,變頻折算功率0.7853×1800/0.96=908KW,節(jié)電1793-908=885KW,液力偶合器歷來用于需要調(diào)速的流體機械(如風(fēng)機、水泵等),節(jié)電效果相當(dāng)可觀。率可達 25%。因此,變頻實際節(jié)電約為 437KW,變頻可節(jié)電 25%。年運行 7200 小時,電費 0.50 元,年節(jié)電費用為 437× 7200× 0.50=157 萬元,按目前國內(nèi)變頻器價格計算,2 年可回收變頻器投資。

改造方法: 計劃將變頻器配置為變頻功能,風(fēng)門由 DCS 給定頻率全開。

鍋爐鼓風(fēng)機(355KW)

變頻節(jié)能計算: 由于風(fēng)門的平均開度為 50%,因此實際流量約為額定流量的 70%。由上表曲線可知,采用變頻調(diào)速時額定功率消耗的 36%,額定功率消耗的葉片調(diào)節(jié)。64%,兩者相比,變頻調(diào)節(jié)可節(jié)省額定功率消耗的 28%。變頻時每小時355×;0.95×28%=94.4kw,每年7200小時,電費0.50元,年節(jié)能94.4kw×7200×0.50=34萬元,按目前國內(nèi)變頻器價格計算,1年半可回收變頻器投資。

改造方法: 計劃將變頻器配置為變頻功能,風(fēng)門全開由 DCS 給定頻率。

給水泵(90KW)

運行條件:電機實際電流 147A,管道出口壓力 5kg

變頻節(jié)能計算:電機當(dāng)前實際耗電量 1.732×380V×

147A×0.88=85.5KW

變頻后恒定供水壓力約為3.95kg,根據(jù)公式計算變頻后實際耗電量;

(3.95/5) 1.5×85.5kw/0.98=61.56kw

每小時節(jié)電 85.5 千瓦-61.56 千瓦=23.94 度

每年節(jié)能:23.94 度 & 次;8000 小時 = 192,000 度

可回收逆變器投資一年半。

改造方法: 計劃配置 2 臺變頻器,具有 "變頻切換 "和恒壓控制功能。

通常情況下,當(dāng)壓力達到最大值時,空壓機減壓卸載的方法是:關(guān)閉進氣閥,使空壓機不需要壓縮氣體做功,但空壓機的電機仍驅(qū)動空壓機運動。據(jù)估計,空壓機在卸載時的能耗約占空壓機全部運行能耗的 10%-15%。在卸載期間,空壓機無所事事,白白消耗能源。同時,分離罐中多余的壓縮空氣通過排氣閥排空,這種調(diào)節(jié)方式也造成了能源的極大浪費。

改造方法: 計劃配置變頻器。壓力變送器將儲氣罐的壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號,送入 PID 調(diào)節(jié)器與壓力設(shè)定值進行比較,根據(jù)差值大小按照既定的 PID 控制模式進行 PID 調(diào)節(jié)。運行中產(chǎn)生控制信號,控制變頻器的輸出頻率,自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速,使實際壓力始終保持在給定壓力。變頻改造后,空壓機大部分時間不會出現(xiàn)空載現(xiàn)象。此外,采用該方案后,空壓機電機可通過變頻器實現(xiàn)從靜態(tài)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的軟啟動,避免了啟動時的大電流和啟動時對空壓機的機械沖擊,見圖 4。

變頻節(jié)能計算: 根據(jù)電流表,電機的實際功耗為 225KW。變頻改造后大部分時間不會卸載。按當(dāng)前卸載時間估算,節(jié)電率約為 29%。

年節(jié)電:225KW×29%×7920 小時=5167 萬度,1 年半可回收變頻器投資

4 電機系統(tǒng)變頻調(diào)速節(jié)能的其他效果

4.1 變頻改造后,功率因數(shù)提高。

4.2 變頻改造后,提高自動化水平,降低工人勞動強度,提高工藝水平。

4.3 變頻改造后,電機軟啟動,對電網(wǎng)、電機、機械無任何影響,大大延長了設(shè)備的使用壽命。

4.4 變頻器具有過流、過壓、過載、短路、開路、缺相等多重保護功能,有效保護電機和電網(wǎng),便于查找故障和維修。

5 結(jié)論

由上可知,在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域以變頻器為主要節(jié)能手段對相關(guān)電機系統(tǒng)進行技術(shù)改造,可以實現(xiàn)節(jié)能減排,同時保證電機變頻節(jié)能改造項目的投資達到預(yù)期的經(jīng)濟性,一般在投入使用后2年內(nèi)。即可收回投資。同時,經(jīng)過變頻改造后,耗電量將大大降低,企業(yè)的生產(chǎn)成本也將隨之降低,使企業(yè)走上良性循環(huán)的道路。

 

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