變頻器在球團礦生產(chǎn)中的節(jié)能應(yīng)用

趙士杰+劉欣

摘要：萊鋼集團礦建公司60萬噸球團廠自2004年建廠來，一直使用調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板、調(diào)節(jié)閥的方法，控制風(fēng)量和水量，運行成本較高。2015年將廠內(nèi)水泵和部分風(fēng)機改成變頻器控制，降低了運行成本，取得了較好的績效。

關(guān)鍵字： 變頻器 節(jié)能 風(fēng)機 泵

一、引言

在工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品加工制造業(yè)中，風(fēng)機、泵類設(shè)備應(yīng)用范圍廣泛；其電能消耗和諸如閥門、擋板相關(guān)設(shè)備的節(jié)流損失以及維護、維修費用占到生產(chǎn)成本的7%～25%，是一筆不小的生產(chǎn)費用開支。隨著經(jīng)濟改革的不斷深入，市場競爭的不斷加??；節(jié)能降耗已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一。

二、綜述

通常在氧化球團礦的生產(chǎn)中風(fēng)機設(shè)備主要用于烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)及除塵系統(tǒng)等場合，根據(jù)生產(chǎn)需要對鏈篦機內(nèi)壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標進行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機都要全速運轉(zhuǎn)，而運行工況的變化則使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護、維修費用高居不下。

同樣，泵類設(shè)備在球團礦的生產(chǎn)中也有著廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用在工業(yè)水循環(huán)系統(tǒng)。而且，根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)備進行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費，管路、閥門等密封性能的破壞；還加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴重時損壞設(shè)備、影響生產(chǎn)、危及產(chǎn)品質(zhì)量。

風(fēng)機、泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動機直接驅(qū)動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設(shè)備，時常出現(xiàn)風(fēng)機、泵損壞，同時電機也被燒毀的情況。

近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用變頻調(diào)速器（簡稱變頻器）易操作、免維護、控制精度高，并可以實現(xiàn)高功能化等特點；因而采用變頻器驅(qū)動的方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案。

三、變頻器調(diào)速技術(shù)簡述：

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術(shù)，電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。

四、節(jié)能計算

對于風(fēng)機、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，通常采用以下兩種方式進行計算： 1、根據(jù)已知風(fēng)機、泵類在不同控制方式下的流量-負載關(guān)系曲線和現(xiàn)場運行的負荷變化情況進行計算。

以一臺IS150-125-400型離心泵為例，額定流量200.16m3/h，揚程50m；配備Y225M-4型電動機，額定功率 45kW。根據(jù)運行要求，水泵連續(xù)24小時運行，其中每天11小時運行在90%負荷，13小時運行在 50%負荷；全年運行時間在300天。

則每年的節(jié)電量為：W1=45×11×（100%-69%）×300=46035kW·h

W2=45×13×（95%-20%）×300 =131625kW·h

W = W1+W2=46035+131625=177660kW·h

每度電按0.5元計算，則每年可節(jié)約電費8.883萬元。

2、根據(jù)風(fēng)機、泵類平方轉(zhuǎn)矩負載關(guān)系式：P / P0=（n / n0）3計算，式中為P0額定轉(zhuǎn)速n0時的功率；P為轉(zhuǎn)速n時的功率。

以一臺成品系統(tǒng)的22 kW除塵風(fēng)機為例。運行工況仍以 24小時連續(xù)運行，其中每天11小時運行在90%負荷（頻率按46Hz計算，擋板調(diào)節(jié)時電機功耗按98%計算），13小時運行在50%負荷（頻率按 20Hz計算，擋板調(diào)節(jié)時電機功耗按70%計算）；全年運行時間在300天為計算依據(jù)。

則變頻調(diào)速時每年的節(jié)電量為：W1=22×11×[1-（46/50）3]×300=16067kW·h

W2=22×13×[1-（20/50）3]×300=80309kW·h

Wb = W1+W2=16067+80309=96376 kW·h

采用擋板開度調(diào)節(jié)時的節(jié)電量為：W1=22×（1-98%）×11×300=1452kW·h

W2=22×（1-70%）×11×300=21780kW·h

Wd = W1+W2=1452+21780=23232 kW·h

相比較節(jié)電量為：W= Wb-Wd=96376-23232=73144 kW·h

每度電按0.5元計算，則采用變頻調(diào)速每年可節(jié)約電費3.657萬元。理論節(jié)電率達42.1%，通過測算變頻器節(jié)能實際節(jié)電率約為30%（詳見實際運行情況測算）。

四、實際運行情況測算：

經(jīng)過實際測算某泵站4臺水泵及1臺除塵風(fēng)機運行參數(shù)如下：

經(jīng)過實際測算，此泵站與除塵風(fēng)機使用變頻器后節(jié)電率約為29%。

五、結(jié)束語

風(fēng)機、泵類等設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能運行是我國節(jié)能的一項重點推廣技術(shù)，受到國家政府的普遍重視，《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39 條就把它列為通用技術(shù)加以推廣。萊鋼礦建公司60萬噸球團廠自2015年6月，將水泵、部分風(fēng)機改為變頻器控制后，使用效果良好，設(shè)備運行穩(wěn)定，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且因此而大大減少了設(shè)備維護、維修費用，還降低了停產(chǎn)周期。直接和間接經(jīng)濟效益十分明顯，值得大力推廣。endprint