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上海变频器节能改造

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详细说明

变频器节能改造:

0前言
  
泵与风机是电厂中的通用设备,两者的耗能在电厂厂用电中占很大的比重。许多电厂的风机、泵处于开环、恒速、全天24h连续运转状态,由于这些设备一般都是根据生产中可能出现的负荷条件来选择的,而实际运行中往往比设计值要小的多。若在泵与风机系统中采用变频技术,使系统能根据需要运行,将能提高效率、减少浪费,使两者的电耗明显下降。如果电机不采用调速控制,则流量通常只能通过调节挡板或阀门来控制,其结果是造成很大的能量损耗。变频调速是电动机调速方式中最理想的方案。过去受价格、可靠性及容量等因素的限制,在我国的市场一直未得到广泛应用。近年来,随着电力、电子器件和控制技术的迅速发展,变频器价格不断下降,可靠性不断增加,模块化的设计使变频器的容量几乎不受限制,5000kW及以下的通用变频器可以随时按用户要求提供产品,满足用户的各种需要。采用变频器将电动机直接进行调速运行,则耗能将会显著减少,产生巨大的节能效益。目前,许多泵与风机用户和设计单位都在积极使用变频调速,浙江镇海电厂的风机就采用了变频风机。下面就泵与风机系统中采用变频技术的相关节能原理作简介。

1泵与风机的变频节能原理
  
一般来说,泵与风机负载转矩与速度的平方成正比,轴功率与转速的立方成正比。因此,用变频器改变其转速,可以获得显著的节能效果。而采用常用的出口挡板控制,当开度减小时,阻力增加,不适宜大范围调节流量,在低速区域轴功率减少不多,从节能的角度来看是不适宜的。采用入口挡板控制,虽然比出口挡板控制流量调节范围广,减小开度时轴功率大体与流量成比例下降,但节能效果仍然不及变频调速。由图1~3可以说明泵与风机变频调速的节能原理。曲线(1)为泵与风机在给定转速下满负荷即系统阀门全开运行时的扬程(压头)、流量点和效率点的轨迹;曲线(2)为部分负荷时,系统阀门部分开启时的阻力特性曲线,即泵与风机要克服磨擦,压力随流量的平方而变化。泵与风机运行工况点是泵与风机的特性曲线与管路阻力曲线的交点,当用阀门控制时,由于要减少流量,就要关小阀门,使阀门的磨擦阻力变大,阻力曲线从(1)移到(2),扬程则从H1移到H2,流量从Q1减小到Q2,运行工况点从C1点移到C2点。
  从图中可以看出,流量虽然减少,扬程(压头)反而增加,轴功率P比调节前减少不多。若采用变频调速,随着转速下降,扬程(压头)—流量特性变为图2中的曲线1,系统工况点也C1点变到点,代表轴功率的面积比采用挡板调节时显著减少,两者之差即是节省的轴功率,即为图3中的矩形C2H2H2的面积。



  由泵与风机的相似律可知,当改变电机转速以改变风机转速时,其效率基本不变;但流量Q、扬程(压头)H、功率P与转速n却存在如下关系:

  流量变化时的功率变化及节电率见表1所示。

  由表1可知,当流量减少20%时,电机消耗的功率减少48.8%,可见采用变频调节节能效果显著。

2变频节能率分析
  
泵与风机的轴功率:

式中:P——泵与风机使用工况点的轴功率,kW;
  
Q——使用工况点的流量,m3/h;
  H——使用工况点的扬程(压头),m;
  ρ——输出介质的密度,kg/m3
  
102——由kg·m/s变换成kW的单位转换系数;
  η——使用工况点的泵与风机总效率%,η=ηpηc;
  ηp——泵与风机本身的效率,%;
  ηc——传动机构的效率,%,直接传动时为100%、皮带传动时为90%~95%、齿轮传动时为90%~97%。
  
如图3所示,C2工况点的轴功率为:
  
式中:t——泵与风机的年运行时间,h/a。

3经济性比较
  
以某电厂的鼓风为例,设计参数如表2所示,经济性比较见表3所示。

 

  现采用两种设计方案,A方案如表2中风机定流量系统,即风机处于开环、恒定转速下使用。B方案采用变频风机变流量系统,采用变频技术调节流量。现对两种方案节能情况及经济性进行比较,详见表3所示。
  从上表中可以看出,虽然方案B比方案A初投资增加10.8万元(变频器投资),但是从全年运行费用中可以看出, 方案B比方案A每年运行费节省5.6万元,运行1.9a即可收回投资。而一般风机的使用寿命为15~20a,故采用变频调节在使用寿命期内可节约70万~100万元。另外,鼓风机每年可节电83640kWh,节电率27.2%,节能效果明显。

4 结论
  (1) 电厂系统运行时,泵与风机采用变频变流量系统方案,节能效果明显,特别适用于负荷
相差较大的系统。风机采用变频调节控制可节电27.2%,在使用期内可节约70万~100万元;
  
(2) 采用变频调速技术后,由于电机、风机的转速普遍下降,减少了机械摩擦,延长了设备的使用寿命,降低了设备的维修费;
  
(3) 应用变频调速后,电机可以软起动,起动电压降减少,对电网的冲击大幅减少;
  (4) 采用变频调速装置,所有风机应同时参与变频调节,对资料分析核对,确保安全可靠运行。


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