凈化排煙通風(fēng)機(jī)的節(jié)能研究與設(shè)計(jì)(下)

1、凈化排煙通風(fēng)機(jī)的節(jié)能研究與設(shè)計(jì)3排煙通風(fēng)機(jī)變速節(jié)能計(jì)算3.1排煙通風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)3.1.1西部凈化系統(tǒng)描述電機(jī)參數(shù)：型 號 YKK710-8額定功率 900kW額定電壓 6.0kV額定頻率 50Hz額定電流 108A功率因數(shù) 0.867額定轉(zhuǎn)速 723r/min數(shù) 量 2臺運(yùn)行方式 2臺同時運(yùn)行，全天24小時不間斷運(yùn)行。啟動方式 直接啟動風(fēng)機(jī)參數(shù)：型 號 Y4-73 NO29.5額定流量 554800m3/h 額定轉(zhuǎn)速 730r/min軸 功 率 900Kw全 壓 4.488kpa3.1.2東、中部凈化系統(tǒng)描述電機(jī)參數(shù)：型 號 Y500-6額定功率 630kW額定電壓 6.0kV額定頻率 50H

2、z額定電流 70.3A功率因數(shù) 0.896額定轉(zhuǎn)速 994r/min數(shù) 量 8臺（中、東部各4臺）運(yùn)行方式 2臺同時運(yùn)行，全天24小時不間斷運(yùn)行啟動方式 直接啟動風(fēng)機(jī)參數(shù)：型 號 Y473NO.23.5額定流量 300900m3/h額定轉(zhuǎn)速 960r/min軸 功 率 630 kW全 壓 4.43kpa3.2 排煙通風(fēng)機(jī)節(jié)能計(jì)算目前我們采用調(diào)節(jié)風(fēng)門開度的辦法來節(jié)能。西部凈化900kW風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度100時電機(jī)電流為92A，目前滿足生產(chǎn)要求的實(shí)際風(fēng)門開度是60，電機(jī)電流為72A；東、中部630 kW風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度100時電機(jī)電流為68A，目前實(shí)際開度是90，電機(jī)電流為67A。3.2.1 900kW排

3、煙通風(fēng)機(jī)變速節(jié)能計(jì)算風(fēng)門開度為100時（假定系統(tǒng)總效率0.97）：風(fēng)機(jī)輸出軸功率2：P100UIcos·×6000×92×0.867×0.97/1000804（kW）風(fēng)門開度為60時：風(fēng)機(jī)輸出軸功率：P60UIcos· ×6000×72×0.867×0.97/1000 629（kW）綜合前面的分析，將A1.4，Q11，H11代入以及H=A-(A-1)Q2式中得到：P60804×0.60×（1.40.4×0.602）/0.97624.6（kW）可見根據(jù)近似經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

4、出的功率比根據(jù)實(shí)際電流測算出的功率數(shù)值小4.4kW，誤差非常小。如果采用變速調(diào)節(jié)，將風(fēng)機(jī)的風(fēng)量減小到60，則根據(jù)前面敘述的比例定律“流量與轉(zhuǎn)速成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比”可知，功率也與流量的立方成正比，此時風(fēng)機(jī)軸輸出功率： P60804×0.603/0.97 179（kW）變速調(diào)節(jié)后節(jié)約的功率：P60P60629179450（kW）由以上計(jì)算可知采用變速調(diào)節(jié)比采用節(jié)流調(diào)節(jié)減少450kW的功率，如果速度降低后風(fēng)機(jī)的效率損失以及變頻器和傳動系統(tǒng)的損耗總和按50計(jì)算，則變速調(diào)節(jié)后節(jié)約的實(shí)際軸輸出功率為225kW（450×0.5），節(jié)電效率為35.7（225/629），效益十分

5、顯著。3.2.2 630 kW排煙通風(fēng)機(jī)變速節(jié)能計(jì)算和上面的計(jì)算方法相同，風(fēng)門開度為100時：風(fēng)機(jī)輸出軸功率：P100UIcos·×6000×68×0.896×0.97/1000614（kW）風(fēng)門開度為90時：風(fēng)機(jī)輸出軸功率：P90UIcos· ×6000×67×0.896×0.97/1000 605.1（kW）采用變速調(diào)節(jié)時：P90614×0.903/0.97 461.4（kW）變速調(diào)節(jié)后節(jié)約的功率：P90P90605.1461.4 143.6（kW）由以上計(jì)算可知，如果對東中部凈化

6、630 kW的排煙通風(fēng)機(jī)也采用調(diào)速調(diào)節(jié)，則實(shí)際產(chǎn)生的節(jié)能效果將十分有限，僅為143.6kW，如果再把速度降低后風(fēng)機(jī)的效率損失以及變頻器和傳動系統(tǒng)的損耗加進(jìn)去，則節(jié)約的電功率變?yōu)?1.8 kW，就完全沒有投資改造的必要。3.2.3 變速節(jié)能計(jì)算的結(jié)論通過3.2.1和3.2.2的比較計(jì)算可知，如果在滿足正常生產(chǎn)和環(huán)保要求的前提下風(fēng)機(jī)的入口風(fēng)門開度較?。?0）以下，則風(fēng)機(jī)的富裕風(fēng)量比較多，適合采用變速調(diào)節(jié)的方法來節(jié)能。這是因?yàn)椴捎米兯僬{(diào)節(jié)后把浪費(fèi)在克服管道阻力的一部分能量給節(jié)省了出來；如果在滿足正常生產(chǎn)和環(huán)保要求的前提下風(fēng)機(jī)的入口風(fēng)門開度較大（80）以上，則風(fēng)機(jī)的富裕風(fēng)量很少，即使采用變速調(diào)節(jié)后也不

7、能取得較大的節(jié)能效益。因此便得出了一個結(jié)論：西部凈化2臺900kW排煙通風(fēng)機(jī)比較適合變速調(diào)節(jié)改造，而中、東部凈化6臺630kW排煙通風(fēng)機(jī)不宜進(jìn)行變速調(diào)節(jié)的改造。3.2.4 排煙通風(fēng)機(jī)變速節(jié)能效益估算根據(jù)3.2.1的分析計(jì)算，如果采用變速調(diào)節(jié)，則第三電解廠西部凈化在線24小時使用的2臺900 kW排煙通風(fēng)機(jī)每年可節(jié)約動力電量為：2×225×24×30×123888000（度）如果每度電按0.35元計(jì)算，則每年所節(jié)約的電費(fèi)為：3888000×0.351360800（元）4 排煙通風(fēng)機(jī)變速節(jié)能設(shè)計(jì)4.1 變速方法的選擇：變頻調(diào)速選擇變頻調(diào)速的原因：

8、變頻調(diào)速技術(shù)日趨成熟，采用變頻器直接控制風(fēng)機(jī)是使用較多、最科學(xué)的控制方法，高壓變頻技術(shù)也逐步在各行業(yè)得到應(yīng)用。 采用變頻器直接控制風(fēng)機(jī)節(jié)能效果良好, 當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的80%運(yùn)行時，理論上其消耗的功率為額定功率的80%,即64%，除去機(jī)械損耗、電機(jī)銅、鐵損等影響，節(jié)能效率也接近35%。 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)恒壓控制，節(jié)能效率將進(jìn)一步提高。由于變頻器可實(shí)現(xiàn)大功率電動機(jī)的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機(jī)故障率，延長使用奉命，同時也降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗。4.2 變頻器控制方式的選擇從安全角度考慮，對于大容量的電機(jī)不能采用“一拖二”的控制模式，所以我們對西部凈化系統(tǒng)所配2臺900kW電動

9、機(jī)選擇 “一拖一”的變頻器控制模式。4.3 高壓變頻器的技術(shù)要求和主要性能指標(biāo)4.3.1技術(shù)要求3要求變頻器能夠適應(yīng)現(xiàn)有的異步電動機(jī)，無需配用專用電機(jī)要求變頻器可靠性高要求諧波輸出非常小要求有完善的數(shù)字控制功能要求適應(yīng)電解較差的現(xiàn)場環(huán)境調(diào)速范圍大，功率因素和效率高要求變頻器發(fā)熱小、噪音小要求變頻柜結(jié)構(gòu)緊湊，變壓器和變頻器最好并柜，節(jié)約空間4.3.2 高壓變頻器主要性能指標(biāo) 變頻器功率 600900KVA 額定輸出電流 70120A 輸入頻率 45Hz到55Hz 額定輸入電壓 6kV±10 允許電壓波動 ±20% 輸入功率因數(shù) 0.95（20負(fù)載） 輸出頻率范圍 0.5120

10、Hz 變頻器效率 96% 過載能力 120一分鐘，150立即保護(hù)4.4系統(tǒng)供電方式的選擇7因?yàn)榈蛪弘娋W(wǎng)容量一般較小，所以大容量電動機(jī)負(fù)載不宜直接掛在低壓電網(wǎng)上，這是為了避免給低壓電網(wǎng)造成沖擊，引起較大電壓波動。所以大容量設(shè)備往往要采用高壓直接供電，這樣可以不增加低壓電網(wǎng)的容量，電機(jī)啟動時不影響其他低壓設(shè)備的運(yùn)行。所以本設(shè)計(jì)中選擇高壓直接供電方案?？梢赃x擇如圖5所示6的高壓高壓的供電方案，符合優(yōu)先選用高壓電網(wǎng)直接供電的思路，但價格昂貴，投資費(fèi)用大，經(jīng)濟(jì)性較差；也可以選擇高壓低壓的供電方案，這種變頻器（諸如CMKV260型變頻器）由高壓電網(wǎng)直接供電，驅(qū)動中低壓電動機(jī)。設(shè)計(jì)時為了節(jié)約成本，可考慮選擇

11、將原有高壓電機(jī)直接改造成低壓電動機(jī)。高壓電動機(jī)通過繞組改接，直接改造成中低壓電動機(jī)使用，不僅保留了原電動機(jī)的耐高壓、堅(jiān)固耐用等特點(diǎn)，還因電機(jī)的機(jī)座號、中心高、軸徑和對輪大小等物理尺寸沒用變化，不存在更換基座等土建施工問題，所以與更換新的中低壓電動機(jī)相比，改造舊高壓電機(jī)的施工周期最短，投資也最節(jié)省。高壓電動機(jī)改中低壓電動機(jī)的技術(shù)非常成熟，目前國內(nèi)各個大電機(jī)廠和大企業(yè)的電機(jī)修造廠均有能力實(shí)施改造，且改造成本非常低，不足同容量中低壓電動機(jī)價格的三分之一。綜合以上分析，從節(jié)約投資、縮短施工周期角度考慮，優(yōu)先選擇高壓直接供電方案中的高壓低壓的供電方式，其次再選擇高壓高壓的供電方式，這樣可以不必改動電動機(jī)

12、本身以及水泥基礎(chǔ)，節(jié)約投資。4.5 變頻器的控制方式及監(jiān)控風(fēng)機(jī)的控制設(shè)現(xiàn)場、主控制室兩地控制，原有排煙通風(fēng)機(jī)的就地啟停控制繼續(xù)保留。隔離變壓器、變頻器及相關(guān)部件安裝于系統(tǒng)控制柜，控制柜、PLC安裝在現(xiàn)場單獨(dú)的控制室內(nèi)，共需要24臺控制柜。工控機(jī)安裝于煙氣凈化系統(tǒng)主控室，利用組態(tài)軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時監(jiān)控各風(fēng)機(jī)工作狀況4，分現(xiàn)場和控制室兩地顯示，監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)壓、軸承溫度、風(fēng)機(jī)軸承振動、電機(jī)電流的監(jiān)測?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)生產(chǎn)工藝實(shí)際需要調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并且能對風(fēng)機(jī)的所有運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)異常時，能立即停止其運(yùn)行，并進(jìn)行報(bào)警。控制界面可以實(shí)現(xiàn)變頻器的功能設(shè)定、運(yùn)行和監(jiān)控參數(shù)設(shè)定

13、及顯示、實(shí)時波形顯示、運(yùn)行記錄打印、故障查詢，通過控制界面可以對變頻器直接進(jìn)行軟件啟動、設(shè)定運(yùn)行頻率、停機(jī)、急停和復(fù)位等操作，還可設(shè)定變頻器開環(huán)或閉環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)方式。4.6變頻器規(guī)格的初步選擇變頻調(diào)速裝置根據(jù)輸出電壓的調(diào)節(jié)方法分為2種: 改變脈沖寬度比例的調(diào)節(jié)方法，稱為PWM脈寬調(diào)制方法 。 改變輸出電壓幅值的調(diào)節(jié)方法，稱為PAM脈沖幅值調(diào)制方法。最近十幾年來隨著高電壓、全控型器件的發(fā)展，在風(fēng)機(jī)水泵類的調(diào)速應(yīng)用上脈寬調(diào)制方法的變頻調(diào)速裝置已基本占據(jù)了主導(dǎo)地位。目前市場上幾個主要的變頻器產(chǎn)品的性能比較如下表：SIEMENSABB利德華福TMdriveMV技術(shù)原理三電平PWM三電平PWM多段電平PWM多

14、段電平PWM逆變功率單元HV-IGBTIGCTIGCTIGBT功率因素96%95%95%95%變頻器效率98.5%98%95%97%諧波輸出有低諧波分量諧波含量極小諧波含量極小諧波含量極小最高輸出頻率150Hz122 Hz120 Hz50/60 Hz逆變器電平數(shù)33多電平多電平適配電機(jī)西門子電機(jī)最佳，其它廠商的電機(jī)需加輸出濾波器可與標(biāo)準(zhǔn)鼠籠電機(jī)配用可與任意廠商鼠籠電機(jī)配用可與標(biāo)準(zhǔn)鼠籠電機(jī)配用電機(jī)電壓（kV)2.3，3.3，4.16，62.3，3.3，4.16，63，6，103,6,10電機(jī)功率8004000kW3155000kW3004000kW3155000kW初期投資價格高高低高由表中的比

15、較可以看出西門子變頻器的輸出有低的諧波分量，而IGCT元件需要的觸發(fā)電路要比IGBT元件所需要的觸發(fā)電路復(fù)雜、觸發(fā)功率大，當(dāng)適配電機(jī)功率較大時，變頻裝置需要采用水冷，整套設(shè)備占地面積比較大。綜合以上的分析，我們認(rèn)為日本東芝三菱電機(jī)產(chǎn)業(yè)的TMdriveMV系列變頻器各項(xiàng)性能優(yōu)良，可參考選擇。TMdriveMV可驅(qū)動原有標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)，輸入變壓器和變頻器柜同列構(gòu)造，不需要外接電纜，采用風(fēng)冷卻方式使IGBT部件得到有效的冷卻，工程施工簡單，維護(hù)方便。TMdriveMV利用專用變壓器次級多重化（相當(dāng)于18脈沖整流）將流入電源的高次諧波電流降低到最低值，所以高次諧波輸出量極少。4.7變頻調(diào)速節(jié)能改造投資回報(bào)期概算 高壓變頻器：選用變頻器必須為與電動機(jī)配套，考慮高原海拔因素后，900 kW電動機(jī)可選1000 kW配用變頻器，國外產(chǎn)品約170萬元左右，2臺需340萬元。 電纜及空調(diào)： 30萬元。 控制和采樣系統(tǒng)： 20萬元。 設(shè)備安裝及其它：10萬元。 土建及其它：10萬元。 投資合計(jì)： 410萬元。投資回報(bào)期為：410/136.1=3.01年，保守估計(jì)，在4年內(nèi)可收回投資。5 結(jié)束語采用變速調(diào)節(jié)比節(jié)流調(diào)節(jié)能產(chǎn)生更大的節(jié)能效益，如果對現(xiàn)有在線使用的2臺900kW排煙通風(fēng)機(jī)全部進(jìn)行高壓變頻改造，則節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益是非常巨大的，可在4年內(nèi)收回投資。參 考 文 獻(xiàn)1 上海市經(jīng)委節(jié)能辦公室