變頻調(diào)速器在供暖循環(huán)泵中節(jié)能應(yīng)用

一、

工程概況：

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綏化中盟熱電有限公司是綏化城區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)、以熱定電工程,是２0０7年度黑龍江省重點(diǎn)建設(shè)“節(jié)能、減排”環(huán)保型工程，符合國家能源產(chǎn)業(yè)政策。

工程總體設(shè)計(jì)６爐3機(jī)，裝機(jī)容量８0ＭW，供熱面積６４0萬平方米，工程分三期建設(shè)，一期工程于２０06年底建成投產(chǎn)（實(shí)現(xiàn)供熱面積16８萬平方米）。

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熱網(wǎng)首站設(shè)計(jì)安裝三臺(tái)供暖循環(huán)泵其型號(hào)為KQSN４5０—Ｍ9／６１5性能參數(shù)為:額定流量３593ｍ３/h,額定揚(yáng)程１0１m,內(nèi)效率65%.配套電機(jī)參數(shù)為：YKＫ５60Ｏ3-４額定功率1２50ｋWh。額定電壓1０kｖ，額定電流８6.5Ａ。采用高壓變頻調(diào)節(jié).

二、經(jīng)過一個(gè)采暖期運(yùn)行,大容量水泵電機(jī)為什么要采用變頻?變頻器節(jié)能原理是什么？節(jié)能效果怎樣?

?本文將從以上三個(gè)方面加以闡述分析：

１、在供暖系統(tǒng)中,熱網(wǎng)循環(huán)水流量Ｇ=Q/1.１63×(tgs—tｈｓ）。kg/ｈ?式中Ｑ—－熱電廠供熱量W，ｔgs—供水溫度℃,tｈs—回水溫度℃.

?由上式可知:當(dāng)供、回水溫差一定時(shí)，供熱面積越大,熱網(wǎng)循環(huán)泵的流量越大.

綏化中盟熱電有限公司的供暖循環(huán)泵的流量是根據(jù)城市建筑物最大供暖面積６4０萬平方米選型，且留有１0％的設(shè)計(jì)余量。如果沒有使用變頻調(diào)速，那么熱網(wǎng)循環(huán)泵在供暖期內(nèi)工頻狀態(tài)下（額定轉(zhuǎn)速1４５0轉(zhuǎn)/分）運(yùn)行。

在供暖期，采暖熱負(fù)荷是隨著室外氣溫變化的，（在保證供熱品質(zhì)前提下）需要分階段調(diào)整熱網(wǎng)循環(huán)量，達(dá)到即節(jié)約燃料又保證供熱質(zhì)量要求,這樣就使得循環(huán)水泵的負(fù)荷大部分時(shí)間運(yùn)行在低流量狀態(tài).

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據(jù)統(tǒng)計(jì)綏化采暖熱負(fù)荷值大部分在19-4１W/m2之間，最大負(fù)荷64W/ｍ2運(yùn)行時(shí)間每年不超過85小時(shí),致使循環(huán)水泵實(shí)際流量偏離額定工況點(diǎn)運(yùn)行，能耗增加，效率下降。

２、目前熱網(wǎng)循環(huán)泵工況調(diào)節(jié)方式大部分采用節(jié)流調(diào)節(jié),就是改變水泵出口閥門開度來調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式是水泵的轉(zhuǎn)速不變,開關(guān)閥門,人為改變熱網(wǎng)系統(tǒng)特性阻力曲線，從而改變水泵的流量及揚(yáng)程，而此時(shí)水泵消耗軸功率卻變化不大,造成節(jié)流損失,浪費(fèi)大量的能源.

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水泵的變速調(diào)節(jié)是閥門開度最大,通過改變水泵轉(zhuǎn)速，在其管路阻力特性曲線不變的情況下，改變水泵的性能曲線達(dá)到控制水泵的流量和揚(yáng)程，使水泵處于高效率工作區(qū),減少附加阻力損耗,達(dá)到節(jié)能的目的.

1）變頻調(diào)速器的工作原理

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由三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理可知：三相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的基本規(guī)律為n=60f/p（式中n-電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，ｆ—定子繞組電流頻率,p-旋轉(zhuǎn)磁場磁極對(duì)數(shù)）對(duì)一定電機(jī)P為定值。

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要改變電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n只有改變定子繞組供電頻率f?；谶@一點(diǎn),變頻器的工作原理是把50Ｈｚ交流電通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件(ＧTO、GＴR或ＩGBT)組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電,由于采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制（SＰＷM）方法，使輸出波形近似正弦波,用于驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。上述的兩次變換可簡化為ＡC－DＣ－AＣ（交－直－交）變頻方式。其構(gòu)成主要由整流(交流變直流)、濾波、再次整流(直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測單元微處理單元等組成的。

２）水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理

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改變水泵的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)水泵的流量及揚(yáng)程從而改變水泵所需軸功率，由水泵的比例定律可知

?流量Q與轉(zhuǎn)速ｎ成正比即?Q＝K1×ｎ

（１）

揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比即?H=K2×n２

（２)

水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速ｎ的立方成正比即?N=K3×n３

(3）

水泵的軸功率與流量和揚(yáng)程的乘積成正比即?N=γ×Ｑ×H/１000×η

（4）

其中K1、K2、K３

為常數(shù),η為水泵效率，γ為水重度。?從電機(jī)側(cè)用電流、電壓表測量三相交流電機(jī)輸出功率

Nｇ=√３UICOＳ￠/１０00

KW

（5）?式中COＳ￠為功率因數(shù),Ｉ為每相電流,U為每相電壓。?水泵軸功率和電機(jī)輸出功率關(guān)系?Ｎ=Ng×ηg×ηｔ

（6）?式中ηｇ為電機(jī)效率,ηt為傳動(dòng)效率?a采用變頻調(diào)節(jié)熱網(wǎng)循環(huán)流量?水泵的轉(zhuǎn)速由ｎ１變?yōu)閚２時(shí)流量也由Ｑ1變?yōu)镼2，揚(yáng)程由Ｈ1變?yōu)椋?,水泵的軸功率也由N１=γ×Q1×Ｈ1/１０00×η變?yōu)镹２=γ×Q2×Ｈ2/１00０×η如圖1

陰影部分γ×（Q１×H1－Ｑ２×H2)/１００0×η即為水泵減少的軸功率消耗值。所以轉(zhuǎn)速越低，其節(jié)能效果越明顯。

b采用傳統(tǒng)節(jié)流調(diào)節(jié)流量保持水泵的轉(zhuǎn)速不變,調(diào)節(jié)閥門開度，增加管網(wǎng)阻力，水泵的流量Q1變?yōu)镼2由于系統(tǒng)的阻力增加，此時(shí)阻力曲線由Ⅰ變?yōu)棰驌P(yáng)程由H１變?yōu)椋龋踩鐖D２

此時(shí)水泵的軸功率一部分用來克服管道阻力而被浪費(fèi)掉。

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所以采用閥門調(diào)節(jié)水泵的流量時(shí)，雖然流量下降，但揚(yáng)程卻上長升,水泵需要軸功率變化不大,此時(shí)水泵能耗降低很少.

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Ｃ兩者節(jié)能比較

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曲線Ⅰ、Ⅱ代表水泵的閥門在不同開度時(shí)阻力曲線，Ｈ（n1)Ｈ（n2）為同轉(zhuǎn)速時(shí)，水泵運(yùn)行特性曲線.如圖3

可以看出,兩種不同情況下消耗軸功率:采用節(jié)流調(diào)節(jié)當(dāng)Ｑ1—Ｑ2時(shí),軸功率Q１×H1與Ｑ２×H2基本不變;采用變頻調(diào)節(jié)當(dāng)Q1-Ｑ２時(shí)所需軸功率為Ｑ２×H3比Q1×Ｈ1小的多即陰影部分，節(jié)能效果非常突出。

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３、投資回收效益實(shí)例分析：

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同一運(yùn)行工況,節(jié)流調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性比較。

1)、水泵采用節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)運(yùn)行情況：熱網(wǎng)循環(huán)流量２500T/Ｈ此時(shí)閘閥出口開度為30％水泵揚(yáng)程10７米電機(jī)電流82．2Ａ，由前面相關(guān)公式計(jì)算可得水泵消耗輸入功率為?N=98１０×Ｑ×H／360０×100０×η=１1１7KＷH?用電流、電壓表測量三相交流電機(jī)輸出功率?Nｇ，=√3UICＯS￠／1000＝√３×U×Ｉ×0。8=11４０KWH?Ｎ/Nｇ×1０0％=９8%兩種計(jì)算結(jié)果基本一致.

2）、采用變頻調(diào)節(jié)流量時(shí)情況:流量2５00Ｔ/H此時(shí)頻率３5HＺ水泵揚(yáng)程４８米,電機(jī)電流４1Ａ，由前面公式計(jì)算得水泵消耗輸入功率為:

Ｎ＝９８1０×Q×H/3６０0×1０00×η=５５6KWH?用電流、電壓表測量三相交流電機(jī)輸出功率:Nｇ=√3ＵICＯS￠/10００=√3×U×Ｉ×0。8＝570KWH?Ｎ／Ng×１０0%=97。５％

同樣是2５00Ｔ/H熱網(wǎng)循環(huán)量用閘閥調(diào)節(jié)流量時(shí),水泵所需功率為１117KW。而變頻調(diào)節(jié)時(shí)水泵所需功率為55６KＷ.

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如果按此負(fù)荷運(yùn)行一個(gè)取暖期4368小時(shí)，少支出費(fèi)用（1１17－5５６）×436８×0.５１=124９728元.即１2４．97萬元

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通過已上分析,一個(gè)運(yùn)行期節(jié)約的電費(fèi)基本上收回1臺(tái)變頻器。節(jié)能效果十分明顯。

三、通過對(duì)變頻器的使用有幾點(diǎn)建議供同行借鑒——變頻器節(jié)能多少有幾點(diǎn)原則

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１、變頻器要節(jié)電有一定條件，在不影響使用條件下適當(dāng)改變工況參數(shù)把不合理運(yùn)行參數(shù)所消耗電能節(jié)省下來,就可做到從一般運(yùn)行變成經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

２、要節(jié)能一定要降低頻率，下降值越大,節(jié)電越多，不降低頻率，變頻器原則上是不能節(jié)電的。

3、與電動(dòng)機(jī)負(fù)載率有關(guān),負(fù)載率低相應(yīng)