变频调速技术在风机节能中的应用_李铁军

变频调速技术在风机节能中的应用

李铁军　朱成实　叶　龙/沈阳化工学院机械工程学院李　楠/沈阳鼓风机(集团)有限公司

摘要:分析了变频调速控制的节能原理,以及风

机节能计算方法,通过某化工厂的风机变频调速应用实例,结果表明:风机采用变频调速控制运行,能够获得显著的节能效果和经济效益。关键词:风机;节能;变频调速

中图分类号:TH432　　　文献标识码:B文章编号:1006-8155(2008)02-0067-03ApplicationofFrequencyConversionandVelocityModulationTechnologyonFanEnergy-savingAbstract:Thepaperanalyzestheenergy-savingprincipleoffrequencyconversionandvelocitymodulationandthecalculationmethodoffanen-ergy-saving.Throughtherunningpracticeoffansinachemicalplant,theresultshowsthattheeconomicbenefitandtheeffectofenergy-savingisnotableadoptingfrequencyconversionandvelocitymodulationtechnology.Keywords:fan;energy-saving;frequencycon-versionandvelocitymodulation

电力传动的一个发展方向,卓越的调速性能,使

得变频器在工业生产中的节能效果越发显著[1-3]。因此,将风机改为变频器控制,将传统的电机调速技术、现代电力电子技术以及计算机控制技术结合在一起,当系统工艺需要风量发生变化时,自动调速,使电机在经济的转速下运行,从而达到节电的效果。变频调速节能控制装置的特点:(1)调速效率高;(2)调速范围大;(3)调速精度高;(4)启动电流小,而且容易实现闭环控制。由于可以利用原普通交流异步电动机[5],所以特别适合对原有旧设备的技术改造,它既保持了原电动机结构简单,可靠耐用,维修方便的优点,又能达到节电的显著效果,是风机交流调速节能的理想方法[5]。

[3-4]

1　风机调速节能原理

当工作负荷变化时,调节驱动风机的电动机,转速随之变化,可降低功耗,节约电能。由流体力学理论可知,风机风量Q与转速n的一次方成正比,风压p与转速的平方成正比,轴功率P与转速的3次方成正比,即

n1

Q1/Q2n2n12

p1/p2=n2n13

P1/P2=)

n2

式中　Q1———转速n1时的风量,m3/s

　Q2———转速n2时的风量,m3/s　p1———转速n1时的风压,Pa

　p2———转速n2时的风压,Pa　P1———转速n1时的功率,kW　P2———转速n2时的功率,kW

0　引言

目前风机在运行中存在的问题:(1)设计院或用户在选择风机设备时,通常留有10%～

15%的设计余量,实际上系统多数工作负荷低于额定负荷运行,设备容量不能充分利用,运行效率低;(2)启动时对电动机的冲击大,降低了电动机使用寿命;(3)挡板功耗大,浪费能源;(4)工作系统很难投入自动运行,降低了系统自动化水平。

随着电力电子技术、微电子技术、信息技术和现代控制理论在调速系统中的应用,并且由于近年电力紧张,变频调速技术已经成为现代

本文其他作者:崔兆华/中国人民解放军65041部队收稿日期:2007-11-20　沈阳市　110142

风机技术　2008年第2期/

节　　能

是有效的节电措施。根据GB12497-1995《三相异步电动机经济运行》对电机经济运行管理的规定有如下的计算公式。

采用挡板调节流量对应电动机输入功率

P1V与流量Q的关系为

2

P1V≈[0.45+0.55Q)]P1e

N

因此,当系统工作流程需风量减少时,调节转速下降可使功率降低很多。例如,当风量与转速均下降到90%时,功率将降低到额定功率

的73%;当风量与转速均下降到80%时,功率将降低到额定功率的51%;当风量与转速均下降到70%时,功率将降低到额定功率的34%;当风量与转速均下降到60%时,功率将降低到额定功率的21%。可见其节能效果十分显著,有很大的节能发展前途。其节能原理可用图1(风机的风压-风量特性曲线)来说明

。

(1)

式中　P1e———额定流量时电动机输入功率,kW

QN———额定流量,m3/s　　节电率为

Ki=1-2

0.45+0.55)

QN

3)QN

(2)

3　应用实例

某化工厂风机功率为70kW,准备改造为变频器驱动,估计节电率和投资回报期。取Q/QN=0.65,由式(2)得

3

Ki=1=0.6

0.45+0.55×0.652

由式(1)得PIV=[0.45+0.55×0.652]×70=47.77kW采取风门调节风量时风机所需的轴功率为47.77kW,变频器调速器调风量时相对调节风门调风量的节电率为0.6。

(1)每年节电量计算(每年按工作300天计算)每年工作天数×小时数×功率×节电率=300×24×47.77×0.6=206366kW·h

(2)每年节电费计算(电价按0.5元/kW·h计算)

电费单价×用电量=0.5×206366=103183元

(3)投资回报期计算

投资回报期=设备投资额/年节电费=95000/103183=0.92(年)=11(个月)

从上述分析可见,该化工厂风机使用变频器控制后,每年可节电206366kW·h,每年节电费103183元,投资回报期为11个月,技术经济效果可观。

(4)改造设备资金投入情况

该化工厂配备了一台变频调速柜、内置森兰BT40S80kW变频器一台,以及电表、熔断器、指示灯等,价值9.5万元。

n1———风机在额定转速运行时的特性n2———风机降速运行在n2转速时的特性R1———风机管路阻力最小时的阻力特性

R2———风机管路阻力增大到某一数组时的阻力特性

图1　风机的风压-风量特性曲线

风机在管路特性曲线R1工作时,工作点为

A,其流量和压力分别为Q1和p1,此时风机所需的功率正比于Q1与p1的乘积,即正比于Ap1OQ1的面积。由于生产工艺要求需要风量从Q1减小到Q2时,若减小调节风门开度,则实际上管网管阻增加,使风机的工作点移到R2上的B点。可以看出,风量下降,风压增加,风压增大到p2,这时风机所需的功率正比Q2和p2的乘积,即正比于Bp2OQ2的面积。显然风机所需的功率变化不多。这种调节方式控制虽然简单,但不利于节能。若采用变频调速,风机转速由n1下降到n2,不改变管网阻力,这时工作点由A点移到C点,流量仍是Q2,压力由p1降到p3,这时变频调速后风机所需的功率正比于Q2与p3的乘积,即正比于Cp3OQ2的面积,由图1可见功率的减少是明显的。

2　风机节能的计算

风机流量变化量,如前所述,采用变频调速

(5)实际应用节能情况

风机采用变频器改造投入运行后,电流从110A下降到65A左右,变频器功率从62.6kW下降到36.7kW,一年节电量(62.6-34.5)×300×24=202320kW·h,节电费用101160元(10.1万元),与理论计算值103183元(10.3万元)基本吻合,投资回报期不超过一年。

寿命延长了,同时设备运行可靠性提高,延长了设备检修周期,减少了维护量及维修费用,直接和间接经济效益都很可观。可见,变频调速技

术用于风机控制能获得良好的运行性能和显著的节能效果。

参

考

文

献

[1]韩安荣.通用变频器及应用[M].北京:机械工业出版社,2000.[2]王廷才,王伟.变频器原理及应用[M].北京:机械工业出版

社,2005.7.

[3]佟纯厚.变频器调速原理[M].北京:冶金工业出版社,1984.[4]张燕宾.变频调速应用实践[M].北京:机械工业出版社,2000.[5]黄元培,张学.变频器应用技术及电动机调速[M].人民邮

电出版社,1998.

4　结束语

实践证明,风机采用变频器调速后,取得了

显著的节电效果,是一种理想的调速控制方式,并且机械的转速降低后,机械的磨损减少,使用(上接第66页)

风机使用中经常存在的主要问题有如下几个方面。

(1)风机选型不当。一是对所需要的风量与压力层层加码。出现这种现象有技术问题,有人为问题,也有现行设计规范和其它方面的问题。如一些非专业人员选择风机时缺少计算,缺乏调查分析,只靠手头已有的样本。有的设计主管人员保守求稳,计算风量、风压偏大,忽略经济性分析。更多的是管路系统设计安装质量差,维护管理水平低,难以考虑的因素多,这也给设计人员带来困难;二是风压选择过大或过小。风压选择过大将导致实际风量增大,会引起功率加大,耗能增加,初投资上升,尺寸及质量增加等一系列后果;风压选择过小会导致风量不足,不能满足生产需要。另外,电动机长期处于低负荷运转,效率低。

(2)风机不检测、无调节或调节不完善。很大一部分风机处于非满负荷工作,如果不进行适时必要的调节,就会造成风机、电动机低效运行,浪费能源。据对某钢铁公司的调查结果发现,除烧结厂的烧结鼓风机、发电厂的锅炉鼓、引风机配有较好的调节装置外,其余几乎无调节或只采用出口或进口挡板节流调节。就其数量而言,约90%的风机无调节,检测就更谈不上了。有些风机本身虽配有调节装置,但弃之不用,这并不是个别现象。

由于现场对风压、风量的需要不够明确,再加上缺少必要的调节,即使选择了高效风机也无济于事,即所谓高效风机低效运行。

据东北、内蒙古煤炭工业联合公司的调查,国务院提出风机运行效率达到70%以上,而合格者竟不足10%;运行效率低于55%者却高达60%之多。负荷率大于76%的仅占15%,而低于60%的竟达65%以上。由此可见节能潜力极大。

(3)风机管网布置不合理。

(4)科学管理水平低。有相当数量的风机在现场处于无人管理或有名无实的管理状态中。有的风机长期处于不合理运行,某些现场人员只求可靠运行却不问节能与否。据对某大型钢铁公司的调查发现,现场风机有“三多”,即陈旧的风机多、自制的风机多和应淘汰的风机多,严重地违背了国家经委和原机电部规定的“三不准”(不准制造、不准使用及不准选择应淘汰的风机)的规定。

另据对某钢铁公司12个工厂的调查表明:在风机的总拥有量661台中,属于应淘汰之列的竟达457台,占总数的69.1%。有的厂甚至应淘汰的设备为100%。还有,在不需要风机时,风机仍在恒速运行的现象亦并非罕见。此外,对节能的重要意义认识不足,基础资料不完整,管理机构不健全,规章制度不完善,也是管理水平低的一些表现。

总之,我国风机节能潜力很大。国家能源短缺,特别是全世界的原油价格居高不下,煤炭价格上扬,从而导致电价上涨,一方面要开发能源,另一方面也要大力节能。把节能视为第三能源,则是节能工作的最高准则。

(完)

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