采用變頻技術(shù) 推動(dòng)節(jié)約能源

周鴻雁

(唐山三友化工股份有限公司 給排水車間,河北 唐山 063305)

采用變頻技術(shù) 推動(dòng)節(jié)約能源

周鴻雁

(唐山三友化工股份有限公司 給排水車間,河北 唐山 063305)

針對(duì)車間渣漿泵、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)狀,提出運(yùn)用變頻技術(shù)節(jié)能的方法,不僅降低車間的生產(chǎn)成本,而且推動(dòng)企業(yè)科技節(jié)能的進(jìn)步。

控制方式;渣漿泵;風(fēng)機(jī);變頻技術(shù)

隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,能源的浪費(fèi)卻是相當(dāng)驚人。就我們給排水車間來說,由于許多泵、風(fēng)機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)處于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),容量選擇得較大,系統(tǒng)匹配不合理,往往是“大馬拉小車”,造成大量的能源浪費(fèi)。因此,運(yùn)用科技手段搞好泵、風(fēng)機(jī)的節(jié)能工作是降低給排水車間生產(chǎn)成本,推動(dòng)企業(yè)科技節(jié)能進(jìn)步的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

1 現(xiàn)狀分析

給排水車間的耗電量占股份公司總耗電量的60%多,而電動(dòng)機(jī)是給排水車間主要的耗電設(shè)備。電動(dòng)機(jī)作為風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等各種設(shè)備的動(dòng)力實(shí)際運(yùn)行效率僅為30%～40%,其用電量已經(jīng)占到車間總用電量的90%多。目前,車間泵的控制方式采用兩種:一種是出口閥門的調(diào)節(jié);另一種是改變?nèi)~輪直徑調(diào)節(jié)。采用出口閥門調(diào)節(jié)在實(shí)際運(yùn)行中大部分泵的閥門開度僅達(dá)到40%,電機(jī)就滿負(fù)荷甚至?xí)?耗電量高,因而泵的運(yùn)行效率較低。用閥門控制時(shí),當(dāng)流量要求從Q減小到Q′,必須關(guān)小閥門。這時(shí)閥門的摩擦阻力變大,揚(yáng)程上升,造成能源浪費(fèi)。比如:為了減少堿渣泵流量,采用出口閥門調(diào)節(jié)渣量時(shí)造成閥門的損壞而增加備件費(fèi)用合計(jì)25.16萬(wàn)元(到目前為止已更換出口閥門34臺(tái),出口閥門7 400元/臺(tái));采用改變?nèi)~輪直徑的方法,比如:對(duì)于200ZGB-89渣漿泵,現(xiàn)有直徑從680～740 mm 10幾種型號(hào)的葉輪;200ZGB-120渣漿泵,現(xiàn)有直徑從745～840 mm三種型號(hào)的葉輪在生產(chǎn)波動(dòng)時(shí)滿足不同渣量的排放,但用這種方法不僅增加人工檢修維護(hù)費(fèi)用,而且消耗大量檢修時(shí)間,影響生產(chǎn)廢渣的排放有利時(shí)機(jī)。

2 采取措施及經(jīng)濟(jì)分析

在實(shí)際生產(chǎn)中,為了達(dá)到提高生產(chǎn)效率和節(jié)約能量的目的,對(duì)所有設(shè)備都選擇合適的電動(dòng)機(jī)型式和匹配的技術(shù)參數(shù),使它能在各種狀態(tài)下穩(wěn)定地工作,提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率,降低電動(dòng)機(jī)的能量損耗;其次是根據(jù)生產(chǎn)情況及時(shí)開、停設(shè)備,盡可能地減少電能的消耗,提高設(shè)備的利用效率:自2010年元月份開始將“噸堿耗電”作為職工獎(jiǎng)金考核指標(biāo),對(duì)4個(gè)化工班組進(jìn)行橫向比較,不僅提高職工節(jié)電的意識(shí),而且通過切身操作體會(huì)節(jié)能帶來的快樂。節(jié)能措施如下所述:

采用變頻調(diào)速控制時(shí),閥門處于全開狀態(tài),當(dāng)流量要求從Q減小到Q′,由于阻力不變,泵的特性取決于轉(zhuǎn)速。如果把速度下降20%,揚(yáng)程也會(huì)下降。也就是說,用閥門控制流量時(shí),有ΔP功率被損耗浪費(fèi)掉了,按照:

式中:P——水泵使用工況軸功率,kW;

Q——使用工況點(diǎn)的水壓或流量,m3/s;

H——使用工況點(diǎn)的揚(yáng)程,m;

r——輸出介質(zhì)單位體積重量,kg/m3;

η——使用工況點(diǎn)的泵效率,%。

ΔP=Q1(H1-H2)r/102η

在這里效率基本沒有變化。且隨著閥門不斷關(guān)小,這個(gè)損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時(shí),根據(jù)流量Q、揚(yáng)程 H、功率 P和轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系有:Q′= (n′/n)Q;H′=(n′/n)2H;P′=(n′/n)3P。Q′、H′、P′、n′分別為調(diào)速后的流量、揚(yáng)程、軸功率、轉(zhuǎn)速;Q、H、P、n分別為水泵的額定流量、揚(yáng)程、軸功率、轉(zhuǎn)速;如果不是用關(guān)小閥門的方法,而是把電機(jī)轉(zhuǎn)速降下來,那么在同樣流量的情況下,原來消耗在閥門的功率就可以全避免,從而達(dá)到節(jié)能效果,這就是泵的變頻調(diào)速節(jié)能原理。

比如,200ZGB-120堿渣泵,Q=700 m3/h;H =120 m;P=45 kW;n=980 r/min,采用變頻調(diào)速技術(shù)后,設(shè)定泵的轉(zhuǎn)速下降20%(變頻調(diào)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速50%,最好處于75%～100%),提高了電機(jī)的功率因數(shù),減少了無功功率消耗,則其流量降低為784 m3/h;揚(yáng)程降低為76.8 m;軸功率消耗: P′=(n′/n)3;P=0.83×450=230.4 kW,可以降低能耗51%。1臺(tái)渣泵機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速設(shè)備后月可節(jié)電16.5萬(wàn)kW·h,按照0.46元/kW·h實(shí)際電價(jià)計(jì)算,月可節(jié)約電費(fèi):16.5×0.46=7.6萬(wàn)元。如果在一級(jí)泵站和二級(jí)泵站分別增設(shè)1臺(tái)變頻調(diào)速裝置,那么按照上述計(jì)算方法年可節(jié)約電費(fèi)182.4萬(wàn)元。

車間循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)共有10組,其中有3組裝有變頻調(diào)節(jié)方式,采用變頻調(diào)速技術(shù)后,通過2年的實(shí)際運(yùn)行,風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況明顯改善,延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命,降低了設(shè)備的維修費(fèi)用,參數(shù)超調(diào)波動(dòng)范圍小,能及時(shí)進(jìn)行溫度控制。變頻器的加速和減速可根據(jù)工藝要求手動(dòng)調(diào)節(jié),控制精度高,不僅減少了風(fēng)機(jī)的開、停臺(tái)數(shù),而且通過對(duì)變頻的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),滿足供水水溫的要求,保證生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。尤其是冷季,節(jié)能效果非常顯著,每組風(fēng)機(jī)額定電流289 A,變頻調(diào)節(jié)后電流為190 A,則每組節(jié)約電量 54 kW·h,3組風(fēng)機(jī)年可節(jié)電35萬(wàn)kW·h(變頻使用期為3個(gè)月),按目前工業(yè)電價(jià)0.46元/kW·h計(jì),年可以產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益16.1萬(wàn)余元,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)以上成功經(jīng)驗(yàn),2010年新增2組開路冷卻塔風(fēng)機(jī)中其中1組將增加變頻設(shè)施。

3 變頻調(diào)速裝置特點(diǎn)分析

3.1 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

1)具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2)采用變頻調(diào)速技術(shù)后,電機(jī)定子電流下降64%,電源頻率下降40%,電機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速下降,電機(jī)水泵運(yùn)行狀況明顯改善,延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命,降低了設(shè)備的維修費(fèi)用。同時(shí),由于變頻器啟動(dòng)和調(diào)速平穩(wěn),減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

3)采用變頻調(diào)速技術(shù)后,由于渣泵出口閥全開,消除了閥門因節(jié)流而產(chǎn)生的噪音,改善了工人的工作環(huán)境。同時(shí),克服了平常因調(diào)節(jié)閥故障對(duì)生產(chǎn)帶來的影響,具有顯著的社會(huì)效益。

3.2 缺點(diǎn)和注意的問題

由于我車間排渣系統(tǒng)是多臺(tái)渣泵并聯(lián)排渣,并且變頻調(diào)速設(shè)備投資較大,不可能將所有泵全部調(diào)速,所以采用調(diào)速泵、定速泵混合供水。在這樣的系統(tǒng)中,應(yīng)注意確保調(diào)速泵與定速泵都能在高效段運(yùn)行,并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。此時(shí),定速泵就對(duì)與之并列運(yùn)行的調(diào)速泵的調(diào)速范圍產(chǎn)生了較大的影響。主要分以下兩種情況:

1)同型號(hào)泵1調(diào)1定并列運(yùn)行時(shí),雖然調(diào)度靈活,但由于無法兼顧調(diào)速泵與定速泵的高效工作段,因此,此種情況下調(diào)速運(yùn)行的范圍是很小的。

2)不同型號(hào)泵1調(diào)1定并列運(yùn)行時(shí),若能達(dá)到調(diào)速泵在額定轉(zhuǎn)速時(shí)高效段右端點(diǎn)揚(yáng)程與定速泵高效段左端點(diǎn)揚(yáng)程相等。則可實(shí)現(xiàn)最大范圍的調(diào)速運(yùn)行。但此時(shí)調(diào)速泵與定速泵絕對(duì)不允許互換后并列運(yùn)行。

3)在工況相似的情況下,一般有功率與轉(zhuǎn)速的比值立方成正比,因此隨著轉(zhuǎn)速的下降,軸功率會(huì)急劇下降,但若電機(jī)輸出功率過度偏移,額定功率或者工作頻率過度偏移,都會(huì)使電機(jī)效率下降過快,最終都影響到整個(gè)水泵機(jī)組的效率。

綜上所述,變頻調(diào)速技術(shù)用于渣泵、風(fēng)機(jī)系統(tǒng),具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、運(yùn)行工藝安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。在大力提倡節(jié)約能源的今天,推廣使用這種集現(xiàn)代先進(jìn)電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高科技節(jié)能裝置,對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低能耗具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。可以說,變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)利國(guó)利民、有廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。

TM 761.2

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1005-8370(2010)04-31-02

2010-04-07