變頻器在風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性分析

　　摘要：采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)類機(jī)械進(jìn)行調(diào)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法，對(duì)節(jié)約能源，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。文章通過對(duì)變頻器在風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性分析，進(jìn)一步明確了風(fēng)機(jī)變頻控制節(jié)能的巨大潛力，指明了風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的方向。
　　關(guān)鍵詞：節(jié)約；經(jīng)濟(jì)效益；變頻調(diào)速節(jié)能
　　
　　變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法中最理想的方案，采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)類機(jī)械進(jìn)行調(diào)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法，對(duì)節(jié)約能源，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。但是，過去由于各種原因，如變頻器的價(jià)格、質(zhì)量、容量等因素的約束，沒有得到廣泛應(yīng)用。近年來隨著IC產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，變頻器的價(jià)格大幅下降，可靠性增強(qiáng)，容量增大（已達(dá)到400KW），變頻器的使用已成倍增長。
　　
　　一、變頻調(diào)速節(jié)能理論
　　
　　風(fēng)機(jī)，是傳送氣體裝置。就其結(jié)構(gòu)和工作原理，現(xiàn)先以風(fēng)機(jī)為例加以說明。采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，屬于減少空氣動(dòng)力的節(jié)電方法，它和一般常用的調(diào)節(jié)風(fēng)門控制風(fēng)量的方法比較，具有明顯的節(jié)電效果。由圖1可以說明其節(jié)電原理：
　　
　　圖1中，曲線（1）為風(fēng)機(jī)在恒定轉(zhuǎn)速n1下的風(fēng)壓一風(fēng)量（H―Q）特性，曲線（2）為管網(wǎng)風(fēng)阻特性（風(fēng)門全開）。假設(shè)風(fēng)機(jī)工作在A點(diǎn)效率最高，此時(shí)風(fēng)壓為H2，風(fēng)量為Q1，軸功率N1與Q1、H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH2OQ1表示。如果生產(chǎn)工藝要求，風(fēng)量需要從Q1減至Q2，這時(shí)用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法相當(dāng)于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線（3），系統(tǒng)由原來的工況點(diǎn)A變到新的工況點(diǎn)B運(yùn)行。從圖1中看出，風(fēng)壓反而增加，軸功率與面積BH1OQ2成正比。顯然，軸功率下降不大。如果采用變頻器調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1降到n2，根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，畫出在轉(zhuǎn)速n2風(fēng)量（Q―H）特性，如曲線（4）所示?？梢娫跐M足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓H3大幅度降低，功率N3隨著顯著減少，用面積CH3OQ2表示。節(jié)省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面積BH1H3C表示。顯然，節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效果是十分明顯的。
　　由流體力學(xué)可知，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，風(fēng)壓H與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率N與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。采用變頻器進(jìn)行調(diào)速，當(dāng)風(fēng)量下降到80%時(shí)，轉(zhuǎn)速也下降到80%，而軸功率N將下降到額定功率的51.2%，如果風(fēng)量下降到60%，軸功率N可下降到額定功率的21.6%，當(dāng)然還需要考慮由于轉(zhuǎn)速降低會(huì)引起的效率降低及附加控制裝置的效率影響等。即使這樣，這個(gè)節(jié)能數(shù)字也是很可觀的，因此在裝有風(fēng)機(jī)水泵的機(jī)械中，采用轉(zhuǎn)速控制方式來調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量，在節(jié)能上是個(gè)有效的方法。
　　
　　二、應(yīng)用案例
　　
　　在單位鍋爐房擴(kuò)建工程中，新增一臺(tái)20T鍋爐。原設(shè)計(jì)采用軟啟動(dòng)控制，未設(shè)變頻調(diào)速裝置，根據(jù)目前的發(fā)展現(xiàn)狀及工程應(yīng)用采用變頻控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)該工程的引風(fēng)及鼓風(fēng)控制，下面說明變頻器應(yīng)用在工程鍋爐采暖系統(tǒng)上的節(jié)能效果。20T蒸汽鍋爐所用電機(jī)容量如下：引風(fēng)機(jī)：110KW。鼓風(fēng)機(jī)：37KW。本變頻控制柜可保證在供熱鍋爐正常工作的基礎(chǔ)上，同時(shí)達(dá)到節(jié)電、節(jié)煤以及環(huán)保的目的。電機(jī)總?cè)萘?110+37=147KW。鍋爐用于供暖條件下每天工作24小時(shí)、每月30天、每年6個(gè)月，變頻控制柜在起爐高額區(qū)和恒溫運(yùn)行區(qū)的綜合節(jié)電率約在35%左右，由此：1、每月節(jié)電總量=147KW×35%×24×30=37044度。按每度電以0.75元計(jì)算，則：10T爐的節(jié)電資金：0.75×37044度=27783元/每月。2、每月用煤量約為1500噸，按5%節(jié)能率計(jì)算：（1）每月節(jié)煤量：1500T×5%=75噸。現(xiàn)按每噸煤280元計(jì)算。（2）每月節(jié)煤資金：280元×75噸=21000元。每月節(jié)電節(jié)煤總額：27783+21000=48783元安裝20T鍋爐的鼓、引風(fēng)和安裝監(jiān)測儀表所需投入200，000元，收回投資時(shí)間：200，000元÷48783=4.1月。因此，不到一個(gè)采暖期就能夠完全回收該部分投資，投資的回收是非?？斓模浣?jīng)濟(jì)及環(huán)保效益也很明顯。
　　目前，國內(nèi)外許多電力拖動(dòng)場合已將矢量控制的變頻器廣泛應(yīng)用于通用機(jī)械、紡織、印染、造紙、軋鋼、化工等行業(yè)中交流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速，已明顯取得節(jié)能效果并滿足工藝和自動(dòng)調(diào)速要求。但在風(fēng)機(jī)、水泵應(yīng)用領(lǐng)域仍沒有得到充分應(yīng)用。其主要原因是對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載可大量節(jié)能了解不夠。我國風(fēng)機(jī)、水泵用電量占工業(yè)用電的60%以上，如果能在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行風(fēng)機(jī)節(jié)能改造，充分使用變頻器進(jìn)行變頻無級(jí)調(diào)速，對(duì)節(jié)約用電、降低能耗、促進(jìn)環(huán)保、提高經(jīng)濟(jì)效益都具有積極意義，同時(shí)也極大地降低企業(yè)電力成本，提高企業(yè)競爭力。
　?。ㄗ髡邌挝唬汗枮I工程大學(xué)基建處）