大型屋顶风机_优利康变频器应用于风机、水泵变频调速节能效果明

             目前，国内外很多电力拖动场合已将矢量控制的变频器广泛应用于通用机械、纺织、印染、造纸、轧钢、化工等行业中交流电动机的无级调速，已明显取得节能效果并满足工艺和自动调速要求。但在风机、水泵应用领域仍没有得到充分应用。其主要原因是对风机、水泵类负载可大量节能了解不够。故此，我们将风机、水泵的节能原理和应用状况向客户介绍。

             全国风机、水泵用电量占产业用电的60%以上，假如能在这个领域充分使用变频器进行变频无级调速，对我们发展加工制造业又严重缺电的国家，是兴国之策。

             风机，是传送气体装置。水泵，是传送水或其它液体的装置。就其结构和工作原理而言，两者基本相同。现先以风机为例加以说明。

             采用优利康变频器对风机进行控制，属于减少空气动力的节电方法，它和一般常用的调节风门控制风量的方法比较，具有明显的节电效果。

             由图可以说明其节电原理：

             假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。假如生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图中看出，风压反而增加，轴功率与面积BH1OQ2成正比。显然，轴功率下降不大。假如采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到 n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（Q?H）特性，如曲线（4）所示。可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3随着明显减少，用面积CH3OQ2表示。节省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面积BH1H3C表示。显然，节能的经济效果是十分明显的。

             由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率N与转速的三次方成正比。采用变频器进行调速，当风量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%,假如风量下降到60%,轴功率N可下降到额定功率的21.6%,当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等.即使这样,这个节能数字也是很可观的,因此在装有风机水泵的机械中,采用转速控制方式来调节风量或流量,在节能上是个有效的方法。

             同理，水泵的节能原理由下图说明：

             很多用泵场合都需在维持恒压的情况下改变给水量（流量Q）从左图可知：当流量Q1降至Q2若不改变水泵转速,扬程将升至B工作点，其功率可用H2＊Q2来计算，对应面积BH20Q2。原A工作点功率Q1＊HT图上面积AHTOQ1，两者所耗功率变化不大，假如我们降低转速至（2）即可节能Q2＊H2－Q2＊HT=Q2（H2－HT），图DBH2HT的面积即是节能值。再如流量变至Q3若仍以额定转速运行，所需功率Q3＊H1，浪费能量为FCH1HT.

             与风机节能原理相同水泵电机输出功率正比于转速三次方关系，用变频器进行调速，流量下降，可保持恒压HT 若转速下降至额定转速的80%，轴功率下降至额定功率的51.2%,流量下降至Q3,若使扬程恒定,可使转速下降到额定转速的70%,此时 轴功率是额定值的34.3%,节能达65.7%,经济效益十分明显。

             下面举例说明优利康变频器应用在锅炉采热系统上的节能效果。

             10T蒸汽锅炉所用电机容量如下：
    引风机：55KW 鼓风机：18.5KW
    炉 排：1.5KW 给水泵：11KW （一用一备）

             本变频控制柜可保证在供热锅炉正常工作的基础上,同时达到节电、节煤以及环保的目的。

             电机总容量=55+18.5+1.5+11=86KW

             本锅炉视为即供热和供空调及24小时 供热水的条件下天天工作24小时、每月30天，本变频控制柜在起炉高额区和恒温运行区的综合节电率约在35%左右，由此：
一、每月节电总量=86KW×35%×24×30=21672度

             按每度电以0.75元计算，则：

         10T炉的节电资金：0.75×21672度 =16,254 元/每月 

         二、每月用煤量约为750吨，按5%节能率计算：

             1、 每月节煤量：750T×5%=37.5吨

             现按每吨煤280元计算

             2、 每月节煤资金：280元×37.5吨=10,500元

             每月节电节煤总额：16,254 +10,500=26,754元

             安装10T锅炉的鼓、引风、给水、炉排变频设备和安装监测仪表所需投进 220,000元

             收回投资时间：220,000元÷26,754=8.22月。

         　　高压交流变频调速技术是上世纪90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于交流电动机的变频调速，其技术和性能胜过其它任何一种调速方式（如降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力耦合调速）。变频调速以其明显的节能效益、高精确的调速精度、宽范围的调速范围、完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通讯功能，得到了广大用户的认可和市场的确认，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利和快捷的服务，使之成为企业采用电机节能方式的首选。

         　　山西某发电厂一期两台机组为500MW汽轮发电机组，两台机组锅炉分别装有两台引风机，均为轴流风机，风量调节为进口挡板调节方式;机组运行中，引风机的进口挡板开度最大不到85%左右。由于这样的调节方法仅仅是改变通道的流通阻力，而驱动源的输出功率并没有改变，节流损失相当大，浪费了大量电能。致使厂用电率高，供电标煤耗高，发电本钱不易降低。同时，电机启动时会产生5～7倍的冲击电流，对电机构成损害。锅炉引风机系统自动化水平低，不能及时调节，运行效率低。为此采用变频调节方式对风机系统进行改造，以减少溢流和节流损失，进步系统运行的经济性。

         2.锅炉引风机高压变频调速系统构成

         　　1.锅炉引风机的运行工况及特点

         　　根据目前设备配置和运行状况，风量随机组负荷变动，当需要调节风量时，由于风机的型号在早期已经选定，故只能通过进口挡板开度来解决风量的题目，造成极大浪费，同时由于这些调节装置的响应速度，及与风量的非线性关系，使得同机组DCS系统配合不利，自动化水平大大降低。有鉴于此，将每台炉的引风机改为变频驱动。风量由DCS或手动给定4～20mA信号调节。

         　　2.锅炉引风机高压变频调速系统构成

         　　CHH100-2200-6（适配2200kW/6kV电机）高压变频器1台、系统旁路开关柜（2200kW）1台（手动，用于变频/工频切换）、2台500MW机组配置引风机4台，采用“一拖一”变频控制，共有4套引风机变频调速系统。 CHH100-2200-6变频器参数如下：

        
　　3.锅炉引风机高压变频调速系统特点

         　　风机调速是由电厂操纵职员通过DCS系统的CRT上的模拟操纵器，参照烟气温度、锅炉蒸汽温度、负压等参数，对DCS的输出值进行调节，此输出值为反馈给变频器的4～20mA标准信号，对应不同的频率（速度）给定值，变频器通过比较转速输出量与DCS速度给定之间的大小，自动调节电机的转速，实现风机转速控制，从而达到调节的目的。 在此基础上，经过一段时间的积累，可将不同负荷和温度下的给定值绘制成曲线，定出安全的上下限，制成风机调速专用算法，同时利用热工一次丈量元件，将采集的负荷和温度参数及负压的变化值送到机组DCS系统中，在机组DCS系统中，进行控制运算，将计算结果形成4～20mA的速度给定指令信号，反馈给变频器，变频器通过比较转速输出量与DCS速度给定之间的大小，自动调节电机的转速，实现风机的转速自动控制。 锅炉引风机变频系统具有如下特点：锅炉引风机变频系统，既可以变频调速运行，也可以直接投工频运行;为变频器提供的交流220V控制电源掉电时，由于变频器的控制电源和主电源没有相位及同步要求，变频器可以使用UPS和直流供电继续运行，不会停机;在现场DCS速度给定信号掉线时，变频器提供报警的同时，可按原转速继续运行，维持机组的工况不变;变频器配置单元旁路功能，在局部故障时，变频器可将故障单元旁路，降额继续运行，减少忽然停机造成的损失;保存原电机继续使用，不改变原有风机设备任何基础;和电厂的DCS系统实现无缝连接。

         3.锅炉引风机变频调速节能分析计算

         　　1.风机变频调速的节能原理

         　　当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变风机的性能曲线，使风机的额定参数满足工艺要求，根据风机的相似定律，变速前后风量、风压、功率与转速之间的关系为： Q1/Q2=N1/N2

         　　H1/H2=（N1/N2）2

         　　P1/P2= （N1/N2）3

         　　Q1、H1、P1?风机在N1转速时的风量、风压、功率

         　　Q2、H2、P2?风机在N2转速时相似工况下的风量、风压、功率

         　　假如转速降低一半，即：N2/N1=1/2，则P2/P1=1/8，可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。当转速由N1降为N2时，风机的额定工作参数Q、H、P都降低了。但从效率曲线л-Q看，Q2与Q1点的效率值基本是一样的。

         　　也就是说当转速降低时，额定工作参数相应降低，但效率不会降低，有时甚至会进步。因此在满足操纵要求的条件下，风机仍能在同样甚至更高的效率下工作。降低了转速，风量就不再用关小风门来控制，风门始终处于全开状态，避免了由于关小风门引起的风力损失增加，也就避免了总效率的下降，确保了能源的充分利用。 工频50Hz电网直接启动，对电网和机械冲击较大，声响很大，估算其启动一次的损耗： WS=0.5JωO2（1+R1/R2）TM/ TM- TL，离心风机负载的平方转矩特性与异步电动机起动时的机械特性曲线部分相似，可以TM/ TM- TL =1计。而变频软起动损耗很小，只有上述WS的1/10，则每年的起动节能也是很可观的。 当采用变频调速时，50Hz满载时功率因数为接近1，工作电流比电机额定电流值要低很多，这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用，可以为电网节约容量20%左右。

         　　2.锅炉引风机高压变频调速节能分析计算

         　　（1）设备参数

         　　（2）发电机不同负荷下风机运行参数统计

         　　（3）引风机节能效果分析计算

         　　工频情况的功率计算：

         　　由于在运行过程中，炉侧需根据机组负荷变化的要求同时调整A、B风机完成过程控制量的调节，且A、B风机运行性能指标一致;因此可以对A、B引风机运行数据分别合并处理。并且采用流量百分比和挡板开度之间关系的变化趋势曲线对引风机的变频功耗进行推倒。 Pd：电动机功率;U：电动机输进电压;I：电动机输进电流;COSφ：功率因数。计算公式： Pd=1.732×U×I×COSφ。根据公式，由电机的Pdn、I0、U0可计算得出COSφ值。引风机数据处理后得下表

         　　通过对上述数据中总功率和挡板均匀开度之间关系的变化趋势分析，可以看出风门挡板开度和总功率之间略呈线形关系。如下图所示：

         　　现取457、499MW负荷点的均匀开度百分比和电动机总功率数据对100%开度情况下的总耗电功率数据特性趋势进行计算，并且推测出100%开度情况下的总耗电功率值： P100=（3192.30-3142.54）/（73.1-69.5）×（100-73.1）+3192.73=3935.89kW 即：100%挡板开度电动机全速运行情况下的实际总功率为3935.89kW。变频情况下的功率计算及节电率分析：风机设备属平方转矩负载，其转速N与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝N,H∝N2,P∝N3,即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。通过风机数据，依据P//Pdn=（ N // N0）3=（Q//Q0）3公式可依次求得风机在采用变频调速运行时各负荷对应的风机总功耗。Pdn为挡板100%全开情况下的功率值即是P100。对于风机负载，风门开度的比值可近似看成是风量的比值。 则变频运行情况下，较工频运行情况下的节电率：л= （Pd- Pb）/ Pd×100%。根据上述公式可得下表结果：

         4.结束语

         　　随着厂网分开，竞价上网日趋激烈，如何降低发电本钱、进步发电企业竞价上网的竞争能力、加强内部治理、挖潜节能是电厂必须认真研究的一件大事，采用高压变频器对电厂高能耗用电设备如：送风机、引风机、给水泵、循环水泵等技术改造，不仅能收到直接的降低厂用电、降低供电煤耗，增大上电网电量带来的直接经济效益，而且设备乃至机组的安全可靠性进步，减少机组故障带来的隐形经济效益。高压变频器技术在发电厂有值得推广应用的广阔空间。