變頻調速節(jié)能技術在礦山風機、水泵的應用

1、變頻調速節(jié)能技術在礦山風機、水泵的應用前言 能源勢與節(jié)能        能源短缺和環(huán)境污染是人類當前共同面臨的世紀性難題。我國人口眾多，能源資源相對匱乏,節(jié)約能源猶顯重要。        電力資源是資源戰(zhàn)略問題中的重中之重，是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎。通過技術進步，逐步提高電力利用效率，節(jié)省有限的自然資源，保護環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。       “ 十一五”規(guī)劃建設目標是實現(xiàn)單位GD

2、P能耗下降20，主要途徑有三個，包括結構節(jié)能、推進技術節(jié)能及管理節(jié)能。據(jù)資料顯示我國高、低壓電動機總容量在 35000MW以上，大部分為風機泵類負載，它們大多工作在高能耗、低效率狀態(tài)。覆蓋電力、石油、化工、冶金、制造、環(huán)保、市政等行業(yè)，其耗電量占全國總 用電量的40左右。而水泵和風機的一個特點是負載轉矩與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。如可根據(jù)所需的流量調節(jié)轉速，就可獲得很好的節(jié)電 效果，一般可節(jié)電2050。        目前我國大型異步電動機應用變頻調 速剛剛起步，但國外已經(jīng)廣泛使用，而且隨著電力電子器件的發(fā)

3、展，高壓變頻裝置的型式多種多樣。通過他們長期的運行實踐可以發(fā)現(xiàn)：應用高壓大功率變頻調速系 統(tǒng)的經(jīng)濟效益良好、其可靠性也可以得到保證。變頻調速以其優(yōu)異的調速、起動和制動性能、高效率、高功率因數(shù)、良好的節(jié)電效果及廣泛的適用范圍等優(yōu)點被國內(nèi) 外公認為是最有發(fā)展前途的調速方式。        微能公司結合本單位的實際情況，根據(jù)集團公司的要求專門成立了節(jié)能辦公室，使整體能耗下降12%，在風機、水泵上的應用效果猶其明顯。一、節(jié)電原理 調速節(jié)電1.1  改造項目介紹     &#

4、160; 礦石破碎除塵離心風機，取水離心水泵，浮選機組（特性與水泵相似）。1.2  運行工況分析(以風機為例說明       在實際運行時，由于采用進風門擋板調節(jié)，大部分的能量都被消耗在擋板上了，且擋板的開度越小則耗能就更多。在一般情況下 ，采用擋板調節(jié)的風機其實際消耗功率與風量大致成正比，與風門的開度也大致成正比，從上述工況中的風門開度及電流參數(shù)也可以看出這一點。對運行情況進行分析，可以得出以下兩點：（1）風機實際風量約為額定風量的一部分，風機遠離額定點運行，其實際運行效率很低。（2）由于擋板的存在，擋板前后存在

5、壓差，消耗了很大一部分能量。 所以可以從以上兩個方面改善其運行工況，減小損耗，達到節(jié)能的目的。1.3  改造建議       擋板這種調節(jié)方式雖然簡單易行，已成習慣，但它是以增加管網(wǎng)損耗，耗費大量能源為代 價的。對于大功率電機，耗能則更大。當采用變轉速調節(jié)時，其效率最高，因為風量隨轉速的一次方下降，而其軸功率則按轉速的三次方規(guī)律下降，而目前性能最佳 的調速方式則是國際上公認的交流變頻調速技術。對于變頻器的選擇，我們做了詳細的市場調查，經(jīng)過公司領導的慎重考慮，最終選擇了深圳市微能科技生產(chǎn)的 WIN-9P系列風機專用型

6、變頻器和WIN-9GV高性能電流矢量型變頻器，進行破碎除塵風機，湖邊水泵和浮選機的改造。二、變頻改造的節(jié)能分析2.1  變頻調速節(jié)能原理       從流體力學的原理得知，使用感應電機驅動的風機，軸功率P與風量Q，風壓H的關系為:當電動機的轉速由n1變化到n2時, Q、 H、 P與轉速的關系如下:(1：(2：(3：=        可見風量Q和電機的轉速n是成正比關系的，而所需的軸功率P與轉速的立方成正比關系。所以當需要80的額定風量時，通過調節(jié)電機的轉速

7、至額定轉速的80，即調節(jié)頻率到40赫茲即可，這時所需功率將僅為原來的51.2。        如下圖所示，從風機的運行曲線圖來分析采用變頻調速后的節(jié)能效果。         當所需風量從Q1減小到Q2時，如果采用調節(jié)風門的辦法，管網(wǎng)阻力將會增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需 軸功率P2與面積H2×Q2成正比；如果采用調速控制方式，風機轉速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風機的特性曲

8、線將下移，因此其運行工況 點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt(P與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比。        考慮減速后效率下降和調速裝置的附加損耗，通過實踐的統(tǒng)計，風機類通過調速控制可節(jié)能達2050。2.2  變頻改造節(jié)能分析改造前工頻運行功率計算公式,其中：電機電壓，kV；電機電流，A；單一負荷下工頻運行功率，；單一負荷下運行功率因數(shù)，小于額定功率因數(shù)。,其中：全年平均運行時間，；單一負荷下的運行功率，；這種負荷下的全

9、年運行時間比例；改造前總耗電量，。改造后變頻運行預計功率計算公式：利用公式：計算出的比。其中：工頻運行功率，KW；額定軸功率，KW；運行工況與額定工況下的效率、壓力比，小功率電機取1，大功率電機取0.9根據(jù)改造風量不變的原則，有，其中為改造后的風量。所以。再根據(jù)，即計算出。其中是變頻改造后預計運行功率，為變頻裝置的效率。，其中：改造后總耗電量，。2.3  節(jié)能對照表：風機、水泵變頻調速時的能耗比較 轉速n%流量Q%風壓H%軸功率P%節(jié)電率%100100100100090908172.927.180806451.248.870704934.365.760603621.678.45050

10、2512.587.5        上述均為百分比，100%流量為風機的額定流量，100%功率為工頻額定工況運行時消耗功率（即電機輸入功率 = 風機額定軸功率/電機效率，電機效率一般為93-96%，額定功率較大者效率較高）。變頻調速時的節(jié)能量即為兩種調節(jié)方式的能耗差值（百分比乘額定消耗功 率）。2.4 破碎除塵風機技改前后能耗對照表設備名稱 功率(KW技改前電流(A技改后電流(A運行頻率(HZ節(jié)電率(%除塵風機1111412508除塵風機21113104814除塵風機31111.59.74816除塵風機41113.28472

11、1除塵風機51112.29.24624除塵風機6111410.44528三、變頻調速其他附加好處（1） 網(wǎng)側功率因數(shù)提高：原電機直接由工頻驅動時，滿載時功率因數(shù)為0.85左右，實際運行功率因數(shù)遠低于0.8。采用變頻調速系統(tǒng)后，電源側的功率因數(shù)可提高到0.9以上，無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進一步節(jié)約上游設備的運行費用。 （2） 設備運行與維護費用下降：采用變頻調節(jié)后，由于通過調節(jié)電機轉速實現(xiàn)節(jié)能，在負荷率較低時，電機、風機轉速也降低，主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前 減輕，維護周期可加長，設備運行壽命延長；并且變頻改造后風門開度可達100，運行中不承受壓力，可顯

12、著減少風門的維護量。變頻器運行中，只需定期對變 頻器除塵，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。隨著生產(chǎn)的需要，調節(jié)風機的轉速，進而調節(jié)風機風量，既滿足生產(chǎn)工藝的要求，工作強度又大大降低。采用變頻技術 調速后，減少了機械磨損，維護工作量降低，檢修費用下降。（3） 用變頻調速裝置后，可對電機實現(xiàn)軟啟動，啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網(wǎng)無任何沖擊，電機使用壽命延長。在整個運行范圍內(nèi)，電機可保證運行平穩(wěn)，損耗減小，溫升正常。風機啟動時的噪音和啟動電流非常小，無任何異常振動和噪音。（4） 與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能，更完善地保護了電機。（5） 操作簡單，運行方便?？赏ㄟ^計算機遠程給定風量或壓力等參數(shù)，實現(xiàn)智能調節(jié)。（6） 適應電網(wǎng)電壓波動能力強，電壓工作范圍寬，電網(wǎng)電壓在-15%+10%之間波動時，系統(tǒng)均可正常運