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科川電氣風機水泵變頻節能改造方案

2014-11-7 15:48:38??????點擊:

[簡介]:本文以風機為例分析了變頻調速節能原理,并介紹基于科川變頻器的節能改造方案,提出采用變頻節能改造可獲得的效益。
    [關鍵詞]:變頻器 控制裝置

一、概述
    近幾年我國經濟持續高速發展,能源問題越來越成為行業發展的掣肘,并且隨著能源價格的快速上漲,國內市場的激烈競爭,節能成為許多行業發展面臨的主要問題,特別是一些能耗比較大的行業如石油、化工、制藥、冶金、制造、環保、市政等行業,據資料顯示我國高、低壓電動機總容量在3500MW以上,大部分為風機泵類負載,他們大多改造在高耗能、低效率狀態。
    一般風機、水泵系統大多數是靠閥門來調節出水流量或壓力,擋板這種調節方式是以增加管網損耗,耗費大量能量源為代價的,因此,不可避免的造成電能的浪費,而且由于設計時,系統是按最大的負載來設計的,在實際運行當中,絕大部分時間系統是不可能運行在滿負荷狀態下,存在較大的富余,所以就存在較大的節能潛力。
采用變頻器控制裝置,通過改變風機轉速,從而改變風機風量適應生產工藝的需要,而且運行能耗最省,綜合效益最高。所以變頻器調速是高效的最佳調速方案,它可以實現風機的無級調速,并且可以方便地組成閉環控制系統、實現恒壓或恒流量的控制。

二、變頻改造的技能分析(以風機為例)
2.1 變頻調速節能原理
    從流體力學的原理得知,使用感應電機驅動的風機,軸功率P與風量Q,風壓H的關系為:

    P∝Q×H當電動機的轉速由n1變化到n2時,Q、H、P與轉速的關系如下:
    (1) Q2 = Q1*N2/N1

    (2)H2 = H1*(N2/N1)*(N2/N1)                     
    (3)P2 = P1*(N2/N1)*(N2/N1)*(N2/N1)

可見理論上風量Q和電機的轉速n是成正比關系的,而所需的軸功率P與轉速的立方成正比關系。所以當需要80%的額定風量時,通過調節電機的轉速至額定轉速的80%,即調節頻率到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器調速后的節能效果。

 圖(1)風機的運行曲線
    當所需風量從Q1到Q2時,如果采用調節風門的辦法,管網阻力將會增加,管網特性曲線上移,系統的運行工況點從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,如果采用調速控制方式,風機轉速由n1下降到n2,其管網特性并不發生改變,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速裝置的附件損耗,通過實踐的統計,風機類通過調速控制可節能達20%-50%。
2.2 變頻改造節能分析
    改造前工頻運行功率計算公式P1=U×I×1.732×cosΦ,期中:
    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;
    cosΦ-----單一負荷下運行功率因數,小于額定功率因數。
    C1=T×Σ(P1×δ),期中:
    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:
    利用公式:η = Q1/Q額 =P1*H額*η1/(P額*H1*η

    計算出η,其中:P1 --------工頻運行功率,KW;
P額------額定軸功率,KW;

     H額*η1/(H1*η

    運行工況與額定工況下的效率、壓力比,小功率電機取1,大功率電機取0.9根據改造風量不變的原則,有Q1=Q2,期中Q2為改造后的風量。

    所以Q1/Q額=Q2/Q額。

    再根據P2/P額=(Q2/Q)*( Q2/Q)*(Q2/Q)/η;  即計算出P2是變頻改造后預計運行功率。

    其中:η為變頻裝置的效率  ,  C2=T×Σ(P2×δ)
    C2-----改造后總耗電量,kw.h。
1.3 節能對照表:風機、水泵變頻調速時的能耗比較

上述均為百分比,100%流量 風機的額定流量,100%功率為工頻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%,額定功率大者效率較高)。變頻調速時節能量即為兩種調節方式的能耗差值(百分比乘額定消耗功率)。

三、變頻調速其它附加效益
    (1)內側功率因數提高:原電機直接由工頻驅動時,滿載時功率因數為0.85左右,實際運行時遠低于0.8,采用變頻調速系統后,電源側的功率因數可提高到0.9以上,無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率,滿足電網要求,可進一步節約上游設備的運行費用。
    (2)設備運行與維護費用下降:采用變頻調節后,由于通過調節電機轉速實現節能,在負荷率較低時,電機轉速也降低,主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕,維護周期可加長,設備運行壽命延長,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,保證了生產的連續性。隨著生產的需要,調節風機的轉速,進而調節風機風量,既滿足生產工藝的要求,工作強度又大大降低。采用變頻技術調速后,減少了機械磨損,維護工作量降低,檢修費用下降。
    (3)用變頻調速裝置后,可對電機實現軟啟動,啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍,對電網無任何沖擊,電機使用壽命延長。在整個運行范圍內,電機可保證運行平穩,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,實現智能調節。
    (6)適應電網電壓波動能力強,電壓工作范圍寬,電網電壓在-15% ~+10%之間波動時,系統均可正常運行。
四、結束語
    綜上所述,為了節約能源和費用,需對風機系統進行變頻節能改造,以便達到節能和延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。一般來說,對于連續工作的送風系統,隨著工藝的變化,電動機運行頻率在35.00—50.00Hz之間動態調節,系統的節電率可達20%-35%。

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