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研究引风机变频调速节能技术论文
【关键词】技术,节能,研究,变频,风机,接触,调节,功率,转速,电机,
高压交流变频调速技术是一种主要用于交流电动机的变频调速技术,其技术和性能胜过其它任何一种调速方式(如降压调速、变极调速等。315KW引风机日常运行风量调节为入口挡板调节方式,入口挡板开度最大不到70%左右,该方式不能及时调节,运行效率低,节流损失大,电机启动时会产生5～7倍的冲击电流,对电机造成损害。为此,采用变频调节方式对风机系统进行改造,将1#引风机改为变频驱动,风量由手动给定4～20mA信号调节,以减少溢流和节流损失,提高系统运行的经济性。
一、引风机变频调速节能技术
(1)节能原理。当采用变频调速时,可以按需要升降电机转速,改变风机的性能曲线,使风机的额定参数满足工艺要求,根据风机的相似定律,变速前后风量、风压、功率与转速之间的关系为:Q1/Q2=N1/N2;H1/H2=(N1/N2)2;P1/P2=(N1/N2)3
式中:Q1、H1、P1—风机在N1转速时的风量、风压、功率;Q2、H2、P2—风机在N2转速时相似工况下的风量、风压、功率。
假如转速降低一半,即:N2/N1=1/2,则P2/P1=1/8,可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。当转速由N1降为N2时,风机的额定工作参数Q、H、P都降低了。也就是说当转速降低时,额定工作参数相应降低,但效率不会降低,有时甚至会提高。因此在满足操作要求的前提下,风机仍能在同样甚至更高的效率下工作。降低了转速,风量就不再用关小风门来控制,风门始终处于全开状态,避免了由于关小风门引起的风力损失增加,也就避免了总效率的下降,确保了能源的充分利用。当采用变频调速时,50Hz满载时功率因数为接近1,工作电流比电机额定电流值要低,这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用,可以为电网节约容量20%左右。
(2)挡板控制。挡板调节就是利用改变管道阀门的开度,来调节风机的流量。挡板调节时,风机的功率基本不变,风机的性能曲线不变,而管道阻力特性曲线发生变化,风机的性能曲线与新的管道阻力特性曲线的交点处就是新的工作点。(见图1)
(3)变频控制。变频调节就是利用改变性能曲线方法来改变工作点,变速调节中没有附加阻力,是比较理想的一种调节方法。通过变频器改变电源的工作频率,从而实现对交流电机的无级调速。风机采用变速调节时,其效率几乎不变,流量随转速按一次方规律变化,而轴功率按三次方规律变化。同时采用变频调节,可以降低泵和风机的噪声,减轻磨损,延长使用寿命。(见图2)。
二、节能分析计算
(1)变频调速系统回路。见图3。6KV电源经变频装置输入接触器KM1到高压变频调速装置,变频装置输出经出线接触器KM5送至电动机1;或6KV电源经变频装置输入接触器KM2到高压变频调速装置,变频装置输出经出线接触器KM6送至电动机2;6KV电源还可以经旁路接触器KM3和KM4直接起动电动机1和电动机2。
(2)互锁。接触器KM1和KM2互相闭锁,即KM1和KM2不能同时闭合;接触器KM5和接触器KM6互相闭锁,即KM5和KM6不能同时闭合;接触器KM5和接触器KM3互相闭锁,即KM5和KM3不能同时闭合;接触器KM6和接触器KM4互相闭锁,即KM6和KM4不能同时闭合;接触器KM1和接触器KM6互相闭锁,即KM1和KM6不能同时闭合;接触器KM2和接触器KM5互相闭锁,即KM2和KM5不能同时闭合;
(3)节能效果分析计算。由于在运行过程中,炉侧需根据机组负荷变化的要求调整风机完成过程控制量的调节,且风机运行性能指标一致,可以对引风机运行数据分别合并处理,并且采用流量百分比和挡板开度之间关系的变化趋势曲线对引风机的变频功耗进行计算。Pd:电动机功率;U:电动机输入电压6kV;I:电动机输入电流28 A;COSφ:功率因数0.85。计算公式:Pd=1.732×U×I×COSφ;
①单台工频功耗计算。Pd=1.732×6×28×0.85=247.33(kW)(包含管道缩口及挡板节流损失)。
②单台变频功耗计算。根据流体力学原理,风机风量与电机转速及电机功率存在一定的关系:Q1/Q2=n1/n2;H1/H2=(n1/n2)2;P1/P2=(n1/n2)3。其中:Q1实际流量,Q2额定流量,Q为风量;H为风压;P为电机轴功率;n为电机转速;将现场运行数据代入P1/P2=( Q1/Q2)3,得(85000/188730)3=P1/315,p1=28.67KW;变频器网侧功耗Pb=P1/ηb=28.67/0.92=31.16KW;单台计算节电率:(ΔP/ Pd)*100%=(247.33-31.16/247.33)=87%;单台实现节电率:变频运行时电动机平均电流Ig为12A。1-(Ib/Is)*100%=1-(12/28)=57%;变频改造后的效益:年节约电量=引风机台数*单台变频节电率*单台工频功率*年运行小时=57%*247.33*5400=761281.74(KWh)。按工厂0.5717元/kWh计算,每年可节约电费761281.74*0.5717=435224.7元。
三、结束语
高压变频装置在二甲醇引风机上的应用,可实现电机软启动,延长电机使用寿命,引风机挡板全开,减少风道振动与磨损。2009年对一甲醇转化250KW引风机安装高压变频调速系统后,目前设备运转状况良好,年可节约电能34万元,节能效果明显。
参考文献:
[1] 吴忠智 黄立培.调速用变频器及配套设备选用指南[M].机械工业出版社,2001.
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