空壓機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能改造

戴宏偉 司旋坤 陳秀芹 王延敏

（1.河南格瑞特科技有限公司，河南 鄭州 450001；2.河南有色匯源鋁業(yè)有限公司，河南 魯山 467300）

一、改造項(xiàng)目概況

某礦有兩臺(tái)90kW螺桿空壓機(jī)，一備一用，為井下氣動(dòng)設(shè)備供氣，系統(tǒng)工作壓力為0.6～0.78MPa。空壓機(jī)額定供風(fēng)量遠(yuǎn)大于井下用風(fēng)量，空壓機(jī)帶載運(yùn)行和空載運(yùn)行之間有一定時(shí)間間隔，考慮到企業(yè)節(jié)能降耗的需要，決定對(duì)空壓機(jī)電機(jī)實(shí)施變頻器調(diào)速改造。

二、改造前運(yùn)行狀態(tài)分析

空壓機(jī)有兩種工作狀態(tài)：加載和空載。通過(guò)空壓機(jī)控制柜面板設(shè)置空壓機(jī)加載、空載壓力，根據(jù)實(shí)際需要系統(tǒng)壓力設(shè)置為0.6～0.78MPa?？諌簷C(jī)啟動(dòng)，帶載運(yùn)行一段時(shí)間后，當(dāng)系統(tǒng)壓力升至大于0.78MPa時(shí)，空壓機(jī)自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)氣口閥門(mén)，電機(jī)進(jìn)入自動(dòng)空載運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流為72A。當(dāng)井下用風(fēng)一段時(shí)間后，系統(tǒng)壓力降低到小于0.6MPa時(shí)，進(jìn)氣口閥門(mén)打開(kāi)，電機(jī)自動(dòng)投入帶載運(yùn)行，此時(shí)實(shí)際運(yùn)行電流162 A?？諌簷C(jī)以上工作流程循環(huán)往復(fù)，直至手動(dòng)停機(jī)?？紤]到空壓機(jī)帶載運(yùn)行并未達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷，以及空載時(shí)更好的節(jié)能，完全可以把電機(jī)停掉。綜合分析后，決定改裝變頻調(diào)速器控制空壓機(jī)電機(jī)的運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能耗的目的。

三、最初改造實(shí)施方案

根據(jù)空壓機(jī)運(yùn)行情況，初定改造方案如下。

將變頻器串入空壓機(jī)電機(jī)主回路，啟停信號(hào)取自空壓機(jī)進(jìn)氣閥門(mén)，即進(jìn)氣閥門(mén)打開(kāi)時(shí)變頻器啟動(dòng)，進(jìn)氣閥門(mén)關(guān)閉時(shí)變頻器斷掉，電機(jī)停止運(yùn)行。

上述改造理論節(jié)能效果如下。

改造前：

空載功率＝1.732×380×72×0.8＝37.8kW

加載功率＝1.732×380×162×0.8＝85.2kW

改造后：

空載功率＝0kW

加載功率＝1.73×380×162×0.8＝85.2kW

改造后，節(jié)能效率＝37.8/（37.8＋85.2）＝30.8%。其中1.732是電機(jī)功率計(jì)算系數(shù)，0.8是電機(jī)功率因數(shù)理論取值。

四、進(jìn)一步改造實(shí)施方案

根據(jù)上述方案實(shí)施改造后，發(fā)現(xiàn)變頻器由停機(jī)狀態(tài)到最大載狀態(tài)，即頻率升至45Hz的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，需要11s（因?yàn)樽冾l器是帶載啟動(dòng)，啟動(dòng)電流比較大，啟動(dòng)時(shí)間不能太短）。變頻器在啟動(dòng)及初運(yùn)行時(shí)十幾秒內(nèi)，儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力更是下降到0.6MPa以下的，此種壓力又不能滿(mǎn)足供氣需求，說(shuō)明以上方案不可行。

隨即研究對(duì)方案進(jìn)行改進(jìn)：即空壓機(jī)轉(zhuǎn)為空載狀態(tài)時(shí)，把變頻器設(shè)定在允許的低頻狀態(tài)下運(yùn)行，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)不斷的調(diào)試摸索，發(fā)現(xiàn)空載狀態(tài)下電機(jī)以30Hz的頻率運(yùn)行狀態(tài)最佳，也避免了頻率過(guò)低狀態(tài)下運(yùn)行對(duì)電機(jī)的不利影響；當(dāng)系統(tǒng)壓力下降到下限時(shí)，空壓機(jī)加載運(yùn)行，變頻器運(yùn)行頻率設(shè)定為42Hz即可滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，加載時(shí)間在3s之內(nèi)即可完成，此時(shí)運(yùn)行電壓電流分別為319 V、153 A；當(dāng)空壓機(jī)空載時(shí)，電機(jī)在30Hz頻率狀態(tài)下運(yùn)行，其電壓電流值分別為228 V和55 A。與改造前比較，不論是帶載還是空載狀態(tài)下，其運(yùn)行的電壓電流值都有不同程度的降低，節(jié)能效果非常明顯。以上高低頻控制信號(hào)取自空壓機(jī)進(jìn)氣閥門(mén)的關(guān)開(kāi)量。

五、節(jié)能效果

改造后空壓機(jī)空載功率＝1.732×228×55×0.8＝ 16.9kW， 加 載 功 率 ＝ 1.732×319×153×0.8＝68kW。

設(shè)空壓機(jī)加載與空載時(shí)間相等，則改造后理論節(jié)能率＝（85.2＋37.8－68－16.9）/（85.2＋37.8）＝31%

因?qū)嶋H生產(chǎn)中，空壓機(jī)加載時(shí)間比空載時(shí)間長(zhǎng)，加上變頻本身也要消耗一定的能量，實(shí)際節(jié)能效果低于理論值。改造后應(yīng)用3個(gè)月，根據(jù)實(shí)際用電度量抄表數(shù)進(jìn)行前后對(duì)比，實(shí)際節(jié)能效率為21%。

改造后空壓機(jī)實(shí)際節(jié)能情況如下。

理論小時(shí)節(jié)能功率＝85.6＋37.8－68－16.9＝38.5kW

實(shí)際小時(shí)節(jié)能功率＝38.5×21／31＝26.1kW

空壓機(jī)實(shí)際日運(yùn)行15h，年運(yùn)行330天，每臺(tái)空壓機(jī)每年節(jié)約用電量=330×26.1×15=131175kW。每度電按0.75元計(jì)，空壓機(jī)每年實(shí)際節(jié)約用電費(fèi)=131175×0.75=98381元，節(jié)能效果比較明顯。