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常識詳情 / Fan knowledge details

風機、水泵變頻調速節(jié)能分析

【2016-12-26】

 能源是國家重要的物質基礎,能源的供需矛盾已成為制約我國社會主義經濟建設的主要因素之一。在能源問題上國務院提出“節(jié)約與開發(fā)并重”的方針,就是依靠技術進步,把節(jié)約能源以解決能源問題作為我國重要的技術經濟政策。

據不完全統(tǒng)計,全國風機、水泵、壓縮機就有1500萬臺電動機,用電量占全國總發(fā)電量的40~50%,這些電動機大多在低的電能利用率下運行,只要將這些電動機電能利用率提高10~15%,全年可節(jié)電300億kW以上。
根據火電設計規(guī)程SDJ-79規(guī)定,燃煤鍋爐的送、引風機的風量裕度分別為5%和5%~10%,風壓裕度分別為10%和10%~15%。設計過程中很難計算管網的阻力、并考慮到長期運行過程中發(fā)生的各種問題,通?偸前严到y(tǒng)的最大風量和風壓裕度作為選型的依據,但風機的型號和系列是有限的,往往選取不到合適的風機型號時就往上靠,裕度大于20~30%比較常見。因此這些風機運行時,只有靠調節(jié)風門或風道擋板的開度來滿足生產工藝對風量的要求。風機和水泵的機械特性均為平方轉矩特性,水泵運行時,靠閥門的開度調節(jié)流量來滿足供水要求,工況與風機相似,靠調節(jié)風門、風道檔板或閥門的開度來調節(jié)風機風量,水泵流量的方法、稱為節(jié)流調節(jié),在節(jié)流調節(jié)過程中,風機或水泵固有特性不變、僅僅靠關小風門、擋板或閥門的開度,人為地增加管路的阻力,由此增大管路系統(tǒng)的損失,不利于風機,水泵的節(jié)能運行。
采用調速控制裝置,通過改變風機水泵轉速,從而改變風機風量,水泵流量以適應生產工藝的需要,這種調節(jié)方式稱為風機水泵的調速控制。風機、水泵以調速控制方式運行能耗最省,綜合效益最高。交流電機的調速方式有多種、變頻調速是高效的最佳調速方案,它可以實現,風機水泵的無級調速,并可方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)、實現恒壓或恒流量控制。
一、風機水泵變頻調速的節(jié)電原理:
如圖示為離心風機水泵的風壓、(水壓)H-風量(流量)Q曲線特性圖:
 
 
n1-代表風機水泵 在額定轉速運行時的特性;
n2-代表風機水泵降速運行在n2轉速時的特性;
R1-代表風機水泵管路阻力最小時的阻力特性;
R2-代表風機水泵管路阻力增大到某一數組時的阻力特性。
風機水泵在管路特性曲R1工作時,工況點為A,其流量壓力分別為Q1、H1,此時風機水泵所需的功率正比于H1與Q1的乘積,即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風量(流量)到Q2,實際上通過增加管網管阻,使風機水泵的工作點移到R2上的B點,風壓(水壓)增大到H2,這時風機水泵所需的功率正比H2Q2的面積,即近比廣BH2OQ2的面積。顯然風機水泵所需的功率增大了。這種調節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大,不利于節(jié)能,是以高運行成本換取簡單控制方式。
若采用變頻調速,風機水泵轉速由n1下降到n2,這時工作點由A點移到C點,流量仍是Q2,壓力由H1降到H3,這時變頻調速后風機(水泵)所需的功率正比于H3與Q2的乘積,即正比于CH3OQ2的面積,由圖可見功率的減少是明顯的。
二、風機水源節(jié)能的計算:
風機水泵流量變化量,如前所述,采用變頻調速是節(jié)電之有效的措施。根據GB12497對電機經濟濟運行管理的規(guī)定有如下的計算公式。
采用檔板調節(jié)流量對應電動機輸入功率P1V與流量Q的關系為:
P1V≈[0.45+0.55(Q/QN)2]P1e                         (1)
式中:P1e——額定流量時電動機輸入功率(kW)。
QN——額定流量
三、應用實例:
某水泥廠機立窯離心風機245KW,電機4極、實際用風量為0.6~0.7,準備改造為變頻器驅動,估算節(jié)電率和投資回收期。
取Q/QN=0.65,由(2)式
由(1)式P1V=〔0.45+0.55(0.65)2〕245
=0.6428×245=157(KW)
采取風門調節(jié)風量時風機所需的軸功率為157kW,變頻器調速器調風量時相對調節(jié)風門調風量的節(jié)電率為0.6。
年節(jié)電量,每年按300天計算。
24×306×157×60%=678240KWh≈67.8(萬kWh)
年節(jié)電費(電價0.40元/kWh)
0.4×678240=27萬元
投資回收期:
投資回收期=設備投資總額(元)÷年節(jié)電費(元)
          =18÷27=0.67(年)=8(個月)
由此可判定,該水泥廠機立窯離心風機采用變頻器驅動后,年節(jié)電量67.8萬kWh,年節(jié)電費27萬元,投資回收期8個月,技術經濟效益可觀。
該水泥廠訂購了一臺變頻調速柜、內裝森蘭BT40S250kW變頻器一臺,另有空開、熔斷器、電表、指示燈等,價值18萬元。投入運行后,變頻器頻率調到35Hz左右滿足機窯立風量要求,這時電動機電流210A左右,變頻器輸電壓、298V,實際輸出功率為
P=√3 IVCOφ4=3×210×298×0.9≈97.5kW
與理論計算值157×0.6=94.2kW基本吻合。
通過以上分析可以看出,風機水泵采用變頻器調速后,節(jié)電效果是明顯的,此外,機械的轉速降低后,機械的磨損減少,使用壽命延長了,間接經濟效益也很可觀。

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