第1个回答 2006-11-22
锅炉改造中应用时代变频调速器的节能效果
风机水泵是应用量大、应用面广的通用性机械，与风机水泵配套用的电动机约占电动机总容量的一半，其用电量约占全国耗电量的30%。因此，搞好风机水泵的节能，使这些传动电动机处于经济运行状态，挖掘电力潜力，对国民经济的发展具有重要意义。
一般使用的风机、水泵，选用的设备额定风量流量，通常都超过实际需要的风量流量，又因为工艺要求在运行中变更风量流量。而目前，采用档板或阀门来调节风量的节流调节方式应用还较普遍，虽然方法简单，但实际上是通过认为增加阻力的办法达到调节风量流量的目的。这种节流调节方法浪费大量电能，回收着部分电能损耗会收到很大的节能效果。
一、 风机水泵采用变频调速的节能原理
从流体力学原理知道，风机风量与转速及功率的关系，用下述关系式表示：
式中，Q代表风量，H代表风压，P代表轴功率，n代表转速。
当风量减少风机转速下降时，其电动机输入功率迅速降低。例如风量下降到80%，转速也下降到80%时，其轴功率则下降到额定功率的51%；若风量下降到50%，轴功率将下降到额定功率的13%。当然还需要考虑由于转速低引起效率下降及附加控制装置的效率等的影响。即使这样，其节电潜也是很大的。
上述原理也基本适用于水泵。因此，对风量流量调节范围较大的风机水泵，采用调速控制来代替风门或阀门调节，是实现节能的有效途径。
风机水泵的原动机大多是交流异步电动机，异步电动机的调速方法有很多种。近年来，由于电子技术、大功率半导体器件、大规模集成电路以及计算机技术的发展，使得变频调速越来越广泛地应用于交流电动机的调速和节能方面。
我们知道，异步电动机的转速与电源频率f成正比，改变定子供电频率就改变了电动机的转速，这就是变频调速。交流电动机的变频调速就是利用变频装置，将电网50Hz交流电整流为直流电，再将直流电能逆变为频率可调、电压可调的交流电，去驱动交流电动机实现调速。
变频调速的特点是效率高，没有因调速带来的附加转差损耗；调速范围大、精度、无级调速；容易实现协调控制和闭环控制。由于可以利用原鼠笼式电动机，所以特别适合于对设备的技术改造，它既保持了原电动机结构简单、可靠耐用、维护方便的优点，又能达到节能显著的效果，式风机水泵交流调速节电的较理想方法。
二、时代变频调速器改造锅炉及其节能效果
广州某有机化工厂生产过程中的蒸汽用量变化比较大，小流量时每小时用汽量只有1吨多，大流量时用汽量达到4.8~5.5t/h,由于用汽量变化比较大，风量和进煤量就需要经常调节，而该厂锅炉的操作室远离鼓、引风机，操作十分不方便，也不可能调节得当。风量调节过大，空气含氧量超标，浪费了热能，风量调节过小，煤渣残留碳份超标，又浪费了煤。因此，为了提高控制水平，保证空气含氧量和煤渣残留碳份达标，必须对风量进行有效的调节，调节方式必须方便、灵敏、可靠。过去，风量的调节是通过调节风门大小来实现的，这种调节方式不管是采用人工调节还是采用自动化仪表的执行机构调节，都有相当部分电能转为机械能消耗在风门的阻力上，无法达到节能的目的。
为了提高锅炉风量的控制水平，又能达到节电的效果，广州某有机化工厂与时代集团合作，采用了变频调速方式对风量进行调节。改造对象包括锅炉鼓风机（22kw）、引风机（15kw）和炉排电机（3.7kw），改造工作于2002年初进行。经过半年多时间实现正常运行，效益十分显著。下面通过未使用时代变频器的2001年7月份的情况与使用了时代变频器的2002年7月份的情况的比较，可以看出使用变频调速技术的节能效果。
1. 节电效果
从下表可以看出，使用时代变频器调节风机后，每吨蒸汽可节电5kw.h,吨蒸汽耗电量下降38.5%（这是综合节电率，如果是单机计算，引风机、鼓风机单机耗电节电率还不止这个数字），全月共节电=13.14*1651.5-13480=8220.71（kw.h）,全年蒸汽总耗量为18720.81吨（2001年数据），以此推算，全年可节电93604.45kw.h，所以时代变频器应用在锅炉风机上，特别是在需要经常调节的工作状况下，节能效果是明显的。
对比时间 全月蒸汽产量
（t） 锅炉全月总耗电量 （kw.h） 每吨蒸汽耗电
（kw.h）
2001年7月 1602.55 21060 13.14
2002年7月 1651.5 13480 8.16
2. 节煤效果
由于采用了时代变频调速器，可以使风量、风压实现无级调节，保证了锅炉能在较佳的燃烧状态下运行，每吨蒸汽的煤耗亦有下降，取得节煤效果，仍以同期数字对比：
对比时间 全月蒸汽产量
（t） 全月耗煤量（t） 每吨蒸汽耗煤（kg） 每吨蒸汽节煤（kg）
2001年7月 1602.55 373.394 233 0
2002年7月 1651.5 336.906 204 29
从上表可见，每吨蒸汽耗煤减少29kg，吨蒸汽耗煤量下降12.5%，每月节煤为47.9吨。经济效益极其显著。
三、 减少了噪音污染
由于应用了变频调速技术，可以根据用汽量的变化，随时调整引风、鼓风机的电机转速。一般情况下，惦记均运行于额定转速，风机的噪音也随之下降。根据厂环保部门和计量部门的现场噪音测试对比，没使用时代变频器前风机房内的噪音为98.5dB，使用后噪音下降到84dB，减少了噪音对环境的污染，对提高工业卫生水平起了一定的作用。
四、 延长鼓（引）风机的使用寿命，减少了维修费用
由于鼓、引风机及炉排电机长期在低于额定转速的状态下运行，电机及风机的轴承不易损坏，延长了使用寿命，电机发热量也减少了。维修量下降，停机时间减少，节约了大量维修经费。
2、2时代变频器在风机上的应用
****
时代变频器在煤矿风机改造上的应用
第 0136 例
一、问题的提出
山东某煤矿的主、副提升机直流主电机功率大（主井2400 kw, 副井2000 kw）。为保持电机温度不超限，需要用专门的风机进行强迫追风冷，冷却风机原电动机为鼠笼式异步电机，主要参数如下：
额定功率 45 kw
电压 380 V
电流 89 A
风机额定风量 750 m³/min
冷却空气压力 3920 Pa
在实际运行中，因冬夏季环境温度不同，为降低主电机温度，需要通过调节风机前导器调节风量，又由于副井绞车采用原设计的半速运行，因而需要的冷却风量大大减少，但该冷却风机又常年运行，故运行效率仅为原来的40%左右，电能浪费十分严重。有必要进行改造，以达到节能降耗的效果。
二、方案的确定
2002年6月，该煤矿参加了时代公司在济南召开的“时代变频节能技术推广会”，学习了先进经验，了解了变频调速技术的发展状况和市场信息，认为变频调速技术发展到今天已达到技术成熟、性能可靠的阶段。国外已经广泛应用于各个行业，国内的很多企业也在批量应用，因而确定先试用一台，取得经验后再进一步推广。该矿选用了时代集团生产的TVF7000-0450G型变频器，其主要参数为
输入电压 380 V
电机功率 45 kw
输出电流 90 A
输出频率 0~400 Hz
变频器电路基本工作原理为：三相交流电源经二级管整流输出恒定的直流电压，由六组大功率晶体管组成逆变器，利用其开关功能，由高频脉宽调制（PWM）驱动器按一定规律输出脉冲信号，控制晶体管的基极，使晶体管输出一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形，其幅值为逆变器直流侧电压Ud而宽度则按正弦规律变化，这一组脉冲可以用正弦波来等效，此脉冲电压用来驱动电机运转，通过控制PWM驱动器输出波形的幅值和频率，即可改变晶体管输出波形的频率和电压，达到变频调速的目的。
采用大功率晶体管与二极管整流实现变频调速与一般交-直-交或交-交变频等可控硅变频方式相比有以下优点：
（1） 简化了主回路和控制回路结构，由于前级采用二级管整流，不需要触发电路，减小了变频器体积。
（2） 提高了变频电源的功率因数。
（3） 改善了系统的动态性能，变频器输出频率和电压都在晶体三极管组成的逆变器内控制和调节，调节速度快，动态性能好。
（4） 有较好的负载波形，输出电压和电流波形接近正弦波，从而解决了由矩形波供电而出现的负载电机发热和转矩降低的问题，改善了电机的运行性能。
三、设备安装
根据该矿情况，时代的技术人员为其设计了启动控制电路，正常时由变频器带动电机运行；出现故障时，切换的工频，保持电机运行，并及时切除变频器回路，处理故障。
2002年8月15日整个系统安装完毕，变频器一次投运成功，经过一年的连续运行，还没有出现任何故障，充分显示了时代变频器的可靠性。
四、节能效果
我们于2002年8月20日对风机进行测定，测量了工作状态下的和时代变频器投运后的数据，如下表所示：
项目 风量
（m³/min） 温度
（ºc） 前导器（º） 频率
（Hz） 电流
（A） 转速
（r/min） 有功
（kw） 无功
（kVA）
全投 380 46 40 50 68.2 750 40.7 4.29
变频 400 42 90 40 36.8 600 23 2.17
节约总功率 ： 17.83 kw
风机按一年运行360天，每天运行24小时计算，年节电
17.83 x 24 x 360 = 154051 (kw.h)
节约价值 （按该矿平均电价 1.212元/kw.h计算）
1.212 x 154051 = 186709.812 （元）
即一年节电价值近18.7万元，两个月即可回收投资，经济效益十分可观。
通过一年的运行，表明时代变频器具有以下优点：
（1） 节能效果显著。
（2） 安装简单、使用方便、维修量小，所需数据可以通过键板设定，所设定的数据有保护功能，即使出现意外，也不会丢失数据。若采用温控仪，还可实现自动调节输出频率，使风机的运行更经济可靠。
（3） 降低了机房噪音，转速平均降低150r/min,环境噪声明显减少。
（4） 一旦发生故障能自动显示故障内容并报警。
（5） 可广泛应用在需调速的鼠笼式电机上。
基于以上优点，加上使用中的经验，于同年12月该矿又购置了五台时代变频器，分别安装在主副井的风机上，实现了所有风机节能运行，运行后全年节电约62万kw.h
2、3时代变频器在泵类负载中的应用
****
时代变频器在石化公司炼油厂中的应用情况
第0286例
我厂（山东东营胜华炼油厂）是年设计能力量850万吨的大型企业，目前拥有机泵900多台，其电能消耗约占全厂能耗的17%。从2000年开始，我厂逐步在部分机泵上推广应用变频调速技术，到现在为止，我厂已在155台机泵上安装了时代变频调速器，总容量8963.8kW。从近几年的使用效果来看，时代变频调速器具有节电效果显著，减少机泵运行故障，改善机泵运行状态，延长机泵运行周期等优点。目前，变频调速技术已成为我厂节能降耗的重要措施之一。
一、时代低压变频调速器在三蒸馏装置上的应用
1．延长机泵运行周期，减少检修
三蒸馏装置1999年建成投产，设计能力250万t/a，主要加工进口高含硫原油，共有机泵62台，全部采用交流鼠笼电机。从2000年开始，三蒸馏装置先后在23台电机上安装了时代低压变频调速器，采用闭环自动控制为主要控制方式，调节阀控制作为辅助手段，在一般情况下采用变频调速控制，异常情况下采用调节阀控制。应用时代变频调速器之后，由于时代变频调速装置可以通过其变频功能来快速改变电机的转速，转速的调速直接改变电机的工作特性曲线，使机泵处于最佳运行状态。由于电机实现了软起动，起动时没冲击电流，延长了机泵的使用寿命。我们对24号常底泵（额定电流240A，额定功率132kW）和34号渣油泵（额定电流194.7A，额定功率110kW）应用时代变频调速器前后情况进行了测试，测试结果如表1。
机泵名称 变频调速器投用情况 功率（kW） 转速（r/min） 电机噪音（dB） 电机温度（℃） 泵出口压力（MPa） 阀门开度
24号泵 投用前 102．4 2950 107 45 1．4 3/5
投用后 38．1 1980 54 31 0．5 全开
34号泵 投用前 75．8 2950 103 39 1．8 2/5
投用后 21．2 1680 49 29 0．5 全开
由于电机低速运转，延长了机泵运行周期，减少了设备维修次数。两泵应用时代变频调速器前后机泵情况如表2所示。
机泵名称 统计时间 运行天数 电机维修次数 泵维修次数 密封油次数
24号泵 2000 227 2 6 3
2002 351 0 2 0
34号泵 2000 73 0 2 1
2002 347 1 3 1
安装时代变频速器后，机泵振动明显减弱，如表3所示。
机泵名称 统计时间 泵前轴承（mm/s） 泵后轴承（mm/s）
24号泵 2000 7 6．0
2002 2．9 2．8
34号泵 2000 5．7 4．5
2002 1．7 1．3
由于转速降低，泵出口压力降低，管路冲刷腐蚀减轻，我们在2000年及2002年测得的有关数据如表4所示。
测试部位 统计时间 腐蚀率（mm/a）
24号泵泵出口管线弯头 2000 0．13
2002 0．09
34号泵泵出口管线弯头 2000 0．21
2002 0．13
应用时代变频调速器前，由于电机转速高、流量小而造成的泵抽空及密封泄漏、电机发热、轴承温度高容易磨损和烧坏等情况，应用时代变频后由于电机的转速下降而得到有效的改善。我们对2000年和2002年装上时代变频调速器前后装置设备运行状态进行了调查，情况表明，2000年运行中的机泵出现故障为179台/次；2002年运行中的机泵出现故障为93台/次；比利2000年降了48.04%，电机出现故障15台/次，比2000年下降了57.14%。
2．节电
由于鼠笼式电机只能在固定转速下运行，在低负荷运行时效率下降，空载时既浪费电能，又增加了电网的无功损耗。另外，工艺控制过程中采用了大量的调节阀，其压力降损耗了相当大的能量。采用时代变频调速器之后，电机的转速能按工艺要求得到快速的改变，直接调节泵的工作特性曲线，当电动机转速下降时，泵的扬程以二次方关系下降，轴功率以三次方关系下降，从而达到节能目的；同时，由于采用时代变频调速器之后，调节阀和副线阀全开，压降损耗降低到最低程度。2002年5月，我们对三蒸馏装置的9台低压变调速电机进行了对比测试，结果如表5所示。从表5可以看出，在采用调节阀控制时，2000年的电单耗为6.20KWh/t原油，比2000年节约了约1.99kWh/t原油，按装置年加工能力200万t/a计算，2002年可节电398万kWh，按当时保本电价1.163元kWh计，2002年可节约电费462.87万元，而22台时代变频调速器的总投资为50万元，投资回期为2个月。
表5时代变频器调速器节能测试表
项目
机泵 额定功率（kW） 投用前（kW） 投用后
（kW） 节电量
（kW） 节电率
（%）
泵4（软化水泵） 15 14．1 7．0 7．1 50．35
泵7（常顶汽油泵） 30 25 12．2 12．8 51．2
泵13（常—煤油泵） 22 19．2 9．38 9．82 51．5
泵19 30 21．9 8．29 13．61 62．15
泵27（减—泵） 75 45．6 13．2 32．4 71．05
泵34（减底泵） 110 75．8 24．2 51．6 68．07
泵51（水泵） 30 26．5 9．0 17．5 66．04
泵54（减二泵） 22 18．52 8．27 10．25 55．35
泵32 55 38．5 18．1 20．4 52．99
3、武汉金源化工厂各车间电气系统解决方案
3．1燃料车间
该车间电机配备情况：
设备名称 电机功率（KW） 台数（台） 备注
挤煤机 75KW 1
空芯煤棒成型机 55KW 4
粉碎机 30KW/45KW 2
给煤机 5、5KW 1
3、2造气车间
该车间风机、泵配备情况：
设备名称 电机功率（KW） 台数（台） 备注
离心风机 160KW 3
离心风机 250KW 1
离心清水泵 22KW 1
引风机 18．5KW 2
3、3锅炉车间
该车间电机、风机、泵配备情况：
设备名称 电机功率（KW） 台数（台） 备注
给煤机 3KW 4
皮带运输机 4KW 4
斗式提升机 7、5KW 1
粉碎机 30KW 1
给水泵 22KW 4
给水泵 75KW 2
清水泵 7、5KW 3
软水泵 37KW 2
引风机 22KW 1
引风机 37KW 1
引风机 55KW 1
鼓风机 75KW 5
鼓风机 55KW 1
3、4设备总投资与回收期
以造气车间为例：
设备总投资：
其风机总功率为：767KW
节约总功率 ： 230.1 kw
风机按一年运行360天，每天运行24小时计算，年节电
230.1 x 24 x 360 = 1988064 (kw.h)
节约价值 （按该矿平均电价 1.212元/kw.h计算）
1.212 x 1988064 = 2409533.568 （元）
即一年节电价值近241万元， 个月即可回收投资，经济效益十分可观。