黃善云 栗晉杰

(1.赤峰中色鋅業(yè)有限公司, 內(nèi)蒙古 赤峰 024000； 2.江蘇力普科技有限公司, 江蘇 南通 226100)

大功率風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與實(shí)踐

黃善云1栗晉杰2

(1.赤峰中色鋅業(yè)有限公司, 內(nèi)蒙古 赤峰 024000； 2.江蘇力普科技有限公司, 江蘇 南通 226100)

企業(yè)大功率風(fēng)機(jī)電機(jī)“大馬拉小車”現(xiàn)象比較普遍。通過對(duì)鋅冶煉企業(yè)焙燒鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)、SO2鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及實(shí)踐證明，企業(yè)對(duì)大功率風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行變頻改造，將節(jié)約大量的電能，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

大功率風(fēng)機(jī)電機(jī); 變頻改造; 節(jié)能

1 風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造的必要性

1.1 風(fēng)機(jī)節(jié)能簡介

風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速是我國重點(diǎn)推廣的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。《中華人民共和國節(jié)約能源法》已將變頻調(diào)速列入通用節(jié)能技術(shù)加以推廣。

高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)，主要用于交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，其技術(shù)和性能勝過其它任何一種調(diào)速方式(如：降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速和液力耦合調(diào)速)。變頻調(diào)速以其節(jié)能效益顯著、調(diào)速精度高、調(diào)速范圍寬、電力電子保護(hù)功能完善，以及自動(dòng)通信功能易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣大用戶和市場的認(rèn)可。在運(yùn)行的安全可靠、安裝使用、維修維護(hù)等方面，也給使用者帶來了極大的便利和快捷的服務(wù)，使之成為企業(yè)采用電機(jī)節(jié)能方式的首選。

1.2 調(diào)速方式的選擇

目前，大功率高壓異步電動(dòng)機(jī)的主要調(diào)速方式有串級(jí)調(diào)速、液力耦合器調(diào)速和高壓變頻調(diào)速等。

1.2.1 串級(jí)調(diào)速

優(yōu)點(diǎn)是可以回收轉(zhuǎn)差功率，所以調(diào)速效率比較高。但也存在諸多問題：它不適合于鼠籠型異步電機(jī)，必須更換電機(jī)；不能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)過程非常復(fù)雜，啟動(dòng)電流大；調(diào)速范圍有限，響應(yīng)慢，不易實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；功率因數(shù)和效率低，并隨轉(zhuǎn)速的調(diào)低急劇下降，很難實(shí)現(xiàn)同PLC、DCS等控制系統(tǒng)的配合，對(duì)提高裝置的整體自動(dòng)化水平和實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制無益。同時(shí)因控制裝置比較復(fù)雜、諧波污染大對(duì)電網(wǎng)干擾較大，進(jìn)一步限制了它的使用，屬落后技術(shù)。

1.2.2 液力耦合器調(diào)速

屬低效調(diào)速方式，調(diào)速范圍有限，高速丟轉(zhuǎn)約5%～10%，低速轉(zhuǎn)差損耗大,最高可達(dá)額定功率的15%。因效率與速度成正比，低速時(shí)效率極低，精度低、線性度差、響應(yīng)慢、啟動(dòng)電流大、裝置大，必須加裝在設(shè)備與電機(jī)之間，不適合改造，無法軟啟動(dòng)，維護(hù)復(fù)雜。耦合器故障時(shí)，無法切換運(yùn)行，只能停車檢修，且檢修周期長、費(fèi)用高，不能滿足提高裝置整體自動(dòng)化水平的需要。另外，由于設(shè)備本身的缺欠或維修安裝不當(dāng)，經(jīng)常漏油，現(xiàn)場環(huán)境很差。

1.2.3 高壓變頻器調(diào)速

由于應(yīng)用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機(jī)拖動(dòng)等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù)，具有其它調(diào)速方式無法比擬的技術(shù)優(yōu)勢。

2 企業(yè)大功率風(fēng)機(jī)電機(jī)基本情況及存在的問題

2.1 基本情況

赤峰中色鋅業(yè)有限公司是年產(chǎn)21萬t鋅產(chǎn)品，副產(chǎn)硫酸40萬t的鋅冶煉企業(yè)，目前有3套焙燒制酸系統(tǒng)運(yùn)行。鋅冶煉焙燒制酸系統(tǒng)中焙燒鼓風(fēng)機(jī)、SO2風(fēng)機(jī)電機(jī)功率較大，原設(shè)計(jì)這3套焙燒制酸系統(tǒng)的焙燒風(fēng)機(jī)和SO2風(fēng)機(jī)都是工頻啟動(dòng)和運(yùn)行，風(fēng)量靠風(fēng)門或者耦合進(jìn)行調(diào)節(jié)。該運(yùn)行狀態(tài)下，很多電能浪費(fèi)在風(fēng)門上，很不經(jīng)濟(jì)。設(shè)備在選型時(shí)，為保證其滿足最大運(yùn)行工況的需要，電機(jī)容量均按最大需求選取，風(fēng)機(jī)工作在最大工作需求狀態(tài)下，使得電機(jī)運(yùn)行在大馬拉小車的狀態(tài)。為滿足工況變化的需要，風(fēng)機(jī)采用調(diào)整送風(fēng)擋板和風(fēng)門的開啟來調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法，以及用電動(dòng)機(jī)啟停等手段來調(diào)節(jié)風(fēng)壓、風(fēng)量。電氣控制采用直接啟動(dòng)，頻繁的起停產(chǎn)生5～8倍的啟動(dòng)電流，會(huì)沖擊電網(wǎng)的穩(wěn)定和使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，增加了電機(jī)維修成本，縮短了電機(jī)的使用壽命。同時(shí)，調(diào)節(jié)擋板的頻繁開關(guān)調(diào)節(jié)，也增加了風(fēng)機(jī)和管道的振動(dòng)，產(chǎn)生噪音，供風(fēng)質(zhì)量變差，致使設(shè)備加速老化，大量電能在調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中白白浪費(fèi)。因此很有必要對(duì)現(xiàn)在的設(shè)備進(jìn)行變頻節(jié)能改造。

2.2 系統(tǒng)工頻運(yùn)行存在的問題

(1)采用風(fēng)機(jī)電機(jī)定速運(yùn)行，風(fēng)門調(diào)整節(jié)流損失大、出口壓力高、風(fēng)道磨損嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低，造成能源的浪費(fèi)。

(2)當(dāng)風(fēng)量降低風(fēng)門開度減小時(shí)，風(fēng)門前后壓差增加，工作安全特性變壞，壓力損失嚴(yán)重，能耗增加。

(3)長期的風(fēng)門調(diào)節(jié)加速了風(fēng)門自身磨損，導(dǎo)致風(fēng)門控制特性變差。

(4)風(fēng)道壓力過高威脅系統(tǒng)設(shè)備密封性能，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致風(fēng)門泄漏，不能關(guān)嚴(yán)。

(5)設(shè)備使用壽命短，日常維護(hù)量大，維修成本高，造成各種資源的極大浪費(fèi)。

3 節(jié)能計(jì)算和改造方案

3.1 計(jì)算依據(jù)

3.1.1 能耗- 流量曲線

利用理論計(jì)算結(jié)合長期現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)得到的離心式風(fēng)機(jī)各種調(diào)節(jié)方式的能耗- 流量曲線(在不考慮壓力的情況下)來指導(dǎo)節(jié)能計(jì)算，見圖1。

圖1中的流量是風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的流量與額定流量的比值，功率是風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率與額定功率的比值。

圖1 離心式風(fēng)機(jī)各種調(diào)節(jié)方式的能耗- 流量曲線

3.1.2 離心式風(fēng)機(jī)流量、壓力、軸功率與其轉(zhuǎn)速的關(guān)系

對(duì)于同一臺(tái)風(fēng)機(jī)，當(dāng)輸送的流體密度ρ不變而僅轉(zhuǎn)速改變時(shí)，其性能參數(shù)的變化遵循比例定律：流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比；揚(yáng)程(壓力)與轉(zhuǎn)速的二次方成正比；軸功率則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。

即：

Q/Q′=n/n′

(1)

H/H′=(n/n′)2

(2)

p/p′=(n/n′)2

(3)

P/P′=(n/n′)3

(4)

3.1.3 設(shè)備名稱

改造的主要設(shè)備見表1。

表1 改造的主要設(shè)備

3.2 改造方案

3.2.1 二期焙燒風(fēng)機(jī)

(1)設(shè)備參數(shù)

2臺(tái)，1用1備。電機(jī)型號(hào)JK290- 2，功率290 kW，額定電壓10 kV，額定電流20.1 A，轉(zhuǎn)速2 981 r/min，功率因數(shù)0.88，實(shí)際電流為14 A。閥門開度70%，額定流量為24 000 m3/h，額定出口壓力27.4 kPa。實(shí)際流量為15 000 m3/h，實(shí)際出口壓力14.4 kPa。

(2)節(jié)能分析

工頻運(yùn)行時(shí)消耗的有功功率P1：

P1=1.732I1U1cosφA=

1.732×14×10×0.88×0.85=181 kW

(5)

其中A為功率因數(shù)下降系數(shù)，根據(jù)額定電流同實(shí)際運(yùn)行電流的差值有所變化，一般為0.8～0.95，差值越大系數(shù)越小，下文同此。

變頻運(yùn)行時(shí)消耗的有功功率P2：

安裝變頻器后，將入口風(fēng)門開度調(diào)整為100%，通過變頻調(diào)速控制風(fēng)量。以壓力為準(zhǔn)計(jì)算，風(fēng)機(jī)壓力比為：14.4/27.4=52.55%。

P2=Pe×(H2/H1)3/2=

290×(14.4/27.4)3/2=110 kW

(6)

式中Pe為風(fēng)門全開時(shí)的功率，最大為290 kW。

變頻時(shí)合計(jì)消耗電能：

P3=P2/λ1/λ2=110/96%/95%=121 kW

(7)

λ1為變頻效率；λ2為傳動(dòng)效率。

理論節(jié)電率η理論為：η理論=(P1-P3)/P1=(181-121)/181=33%

(8)

考慮到現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行工況，生產(chǎn)工藝對(duì)出口風(fēng)壓的要求，實(shí)際節(jié)電率可能略低：

η實(shí)際=η理論×0.8 =33%×0.8=26%

(3) 年節(jié)約電量和電費(fèi)

設(shè)備運(yùn)行時(shí)間為8 000 h，電價(jià)按0.55元/kW·h計(jì)，

節(jié)約電量=181 kW×26%×8 000 h=376 480 kW·h

節(jié)約電費(fèi)=376 480×0.55=20.7萬元

(4) 改造后的一次回路

改造后的一次回路見圖2。

圖2 二期焙燒風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速一拖二系統(tǒng)(自動(dòng)旁路，手動(dòng)切換)

圖中兩段高壓母線可為同一路或雙路供電，變頻器可任意拖動(dòng)其一的電機(jī)，同時(shí)保留原工頻系統(tǒng)。

(5) 變頻器的選型和控制方式

根據(jù)現(xiàn)場電機(jī)參數(shù)，負(fù)載特性及環(huán)境因素綜合考慮，選用通用型高壓變頻器，外形尺寸為：

變頻器：寬×高×深=2 150×2 400×1 600 mm，

自動(dòng)旁路柜：寬×高×深=1 600×2 400×1 600 mm，

手動(dòng)切換柜：寬×高×深=800×2 400×1 600 mm。

變頻改造后，可采用原有的遠(yuǎn)程控制方式手動(dòng)設(shè)置變頻器調(diào)速，也可以根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝，通過壓力或流量要求進(jìn)行變頻器的閉環(huán)控制(變頻器自身具備PID調(diào)節(jié)功能)，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)變頻器故障時(shí)，可以自動(dòng)切換到工頻系統(tǒng)。

3.2.2 二期SO2風(fēng)機(jī)

(1) 設(shè)備參數(shù)

2臺(tái)，1用1備。電機(jī)型號(hào) JK- 500，功率500 kW，額定電壓10 kV，額定電流36.5 A，輸入轉(zhuǎn)速2 975 r/min，功率因數(shù)0.87，實(shí)際電流為26 A。額定流量為36 000 m3/h，額定壓力35 kPa，閥門開度50%。

(2) 節(jié)能分析

工頻運(yùn)行時(shí)消耗的有功功率P1：

在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，根據(jù)運(yùn)行電流求出電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)消耗的有功功率：

P1=1.732I1U1cosφ=

1.732×26×10×0.87×0.85=333 kW

(9)

變頻運(yùn)行時(shí)消耗的有功功率P2：

安裝變頻器后，將入口風(fēng)門開度調(diào)整為100%，通過變頻調(diào)速控制風(fēng)量。現(xiàn)風(fēng)門開度值為50%，根據(jù)風(fēng)機(jī)特性，風(fēng)機(jī)實(shí)際風(fēng)量為額定風(fēng)量的82%左右。

P2=Pe×(n2/n1)3=

333/0.75×(0.82)3=245 kW

(10)

式中Pe為風(fēng)門全開時(shí)的功率，為333/0.75 kW。

變頻時(shí)合計(jì)消耗電能：

P3=P2/λ1/λ2=245/96%/95%=269 kW

(11)

λ1為變頻效率；λ2為傳動(dòng)效率。

理論節(jié)電率η理論：η理論=(P1-P3)/P1=(333-269)/333=19%

(12)

考慮到現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行工況及生產(chǎn)工藝對(duì)出口風(fēng)壓的要求，實(shí)際節(jié)電率可能略低：

η實(shí)際=η理論×0.8=19%×0.8=15.2%

(3) 年節(jié)約電量和電費(fèi)

節(jié)約電量=333 kW×15.2%×8 000 h= 404 928 kW·h

節(jié)約電費(fèi)=404 928×0.55=22.3萬元

(4) 改造后的一次回路

同3.2.1二期焙燒風(fēng)機(jī)中(4)。

(5) 變頻器的選型和控制方式:

同3.2.1二期焙燒風(fēng)機(jī)中(5)。

3.2.3 三期焙燒風(fēng)機(jī)

(1) 設(shè)備參數(shù)

2臺(tái)，1用1備。電機(jī)型號(hào)YK630- 2，功率630 kW，額定電壓10 kV，額定電流42 A，轉(zhuǎn)速2 980 r/min，功率因數(shù)0.87，實(shí)際電流為27.8 A，閥門開度30%。額定流量為48 000 m3/h，額定出口壓力29.4 kPa。實(shí)際流量為21 100 m3/h，實(shí)際出口壓力18.6 kPa。

(2) 節(jié)能分析

工頻運(yùn)行時(shí)消耗的有功功率P1：

在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，根據(jù)運(yùn)行電流求出電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)消耗的有功功率：

P1=1.732I1U1cosφ=

1.732×27.8×10×0.87×0.85=356 kW

(13)

變頻運(yùn)行時(shí)消耗的有功功率P2：

安裝變頻器后，將入口風(fēng)門開度調(diào)整為100%，通過變頻調(diào)速控制風(fēng)量。以壓力為準(zhǔn)計(jì)算，風(fēng)機(jī)壓力比為：18.6/29.4=63%。

P2=Pe×(H2/H1)3/2=

356/0.7×(18.6/29.4)3/2=256 kW

(14)

式中Pe為風(fēng)門全開時(shí)的功率，為356/0.7 kW。

變頻時(shí)合計(jì)消耗電能：

P3=P2/λ1/λ2=245/96%/95%=281 kW

(15)

λ1為變頻效率；λ2為傳動(dòng)效率

理論節(jié)電率(η理論)η理論=(P1-P3)/P1=(356-281)/356=21%

(16)

考慮到現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行工況，生產(chǎn)工藝對(duì)出口風(fēng)壓的要求，實(shí)際節(jié)電率可能略低：

η實(shí)際=η理論×0.8=21%×0.8=16.8%

(3)年節(jié)約電量和電費(fèi)

節(jié)約電量=356 kW×16.8%×8 000 h= 478 464 kW·h

節(jié)約電費(fèi)=478 464×0.55=26.3萬元

(4) 改造后的一次回路

同3.2.1二期焙燒風(fēng)機(jī)中(4)。

(5) 變頻器的選型和控制方式

同3.2.1二期焙燒風(fēng)機(jī)中(5)。

3.2.4 三期SO2風(fēng)機(jī)

(1) 設(shè)備參數(shù)

2臺(tái)，1用1備。電機(jī)型號(hào) JK1250- 2，功率1 250 kW，額定電壓10 kV，額定電流85 A，輸入轉(zhuǎn)速2 986 r/min，功率因數(shù)0.89，實(shí)際電流為76 A。額定流量為84 000 m3/h，額定壓力129 kPa，實(shí)際壓力34 kPa。液耦調(diào)速，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速1 650 r/min。

(2) 節(jié)能分析

在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，根據(jù)運(yùn)行電流求出電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)消耗的有功功率P1：

P1=1.732I1U1cosφ=

1.732×76×10×0.89×0.9=1 054 kW

(17)

計(jì)算節(jié)電率的方法同上，流量比=1 650/3 000=0.55，

據(jù)此，在圖1中找到液耦調(diào)速功率比與變頻調(diào)速的功率比的差值為21%，此值即為拆除液耦情況下變頻改造后系統(tǒng)的節(jié)電率，如果要保留液耦，節(jié)電率約為16%。

(3) 年節(jié)約電量和電費(fèi)

保留液耦時(shí)：

節(jié)約電量=1 054 kW×16%×8 000 h= 1 349 120 kW·h

節(jié)約電費(fèi)=1 349 120×0.55=74.2萬元

可根據(jù)現(xiàn)場情況決定是否拆除液耦，如果液耦工作狀態(tài)良好，變頻改造后可保留液耦，將其設(shè)為滿開度，作為備用。若液耦頻發(fā)故障，拆除液耦加裝聯(lián)軸器也是較好的選擇，節(jié)省了液耦維護(hù)費(fèi)用的同時(shí)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(4) 改造后的一次回路

改造后的一次回路同3.2.1中的(4)。

(5) 變頻器的選型和控制方式

根據(jù)現(xiàn)場電機(jī)參數(shù)，負(fù)載特性及環(huán)境因素綜合考慮可選用通用型高壓變頻器，外形尺寸為：

變頻器：寬×高×深=2 500×2 100×1 585 mm，

自動(dòng)旁路柜：寬×高×深=1 600×2 100×1 585 mm，

手動(dòng)切換柜：寬×高×深=800×2 100×1 585 mm。

變頻改造后，可采用原有的遠(yuǎn)程控制方式手動(dòng)設(shè)置變頻器調(diào)速，也可以根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝，通過壓力或流量要求進(jìn)行變頻器的閉環(huán)控制(變頻器自身具備PID調(diào)節(jié)功能)，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)變頻器故障時(shí)，可以自動(dòng)切換到工頻系統(tǒng)。

3.2.5 四期焙燒風(fēng)機(jī)

(1) 設(shè)備參數(shù)

2臺(tái)，1用1備。電機(jī)型號(hào)YKS5003- 2，功率900 kW，額定電壓10 kV，額定電流62.2 A，轉(zhuǎn)速2 985 r/min，功率因數(shù)：0.88，實(shí)際電流為35 A。液力耦合器調(diào)速，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速2 270 r/min，額定流量為84 000 m3/h，額定壓力2 700 Pa。

(2) 節(jié)能分析

在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，根據(jù)運(yùn)行電流求出電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)消耗的有功功率P1：

P1=1.732I1U1cosφ=

1.732×35×10×0.88=533 kW

(18)

圖1中橫軸處的流量即為現(xiàn)場液耦輸出轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值。根據(jù)液耦輸出轉(zhuǎn)速得到對(duì)應(yīng)的流量，然后在圖中對(duì)應(yīng)找到液耦調(diào)速和變頻調(diào)速消耗的功率，相減后即為變頻改造后的節(jié)電率。(該節(jié)電率是拆除液耦后的節(jié)電率，如果保留液耦，節(jié)電率會(huì)下降6%左右。)

通過上述方法，首先得到風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速比n2/n1=流量比=2 270/3 000=76%，據(jù)此在圖1中找到液耦調(diào)速功率比與變頻調(diào)速的功率比的差值為24%，此值即為拆除液耦情況下變頻改造后系統(tǒng)的節(jié)電率，如果要保留液耦，節(jié)電率約為18%。

(3) 年節(jié)約電量和電費(fèi)

保留液耦時(shí)：

節(jié)約電量=533 kW×18%×8 000 h= 767 520 kW·h

節(jié)約電費(fèi)=767 520×0.55=42.21萬元

可根據(jù)現(xiàn)場情況決定是否拆除液力耦合器，如果液耦工作狀態(tài)良好，變頻改造后可保留液耦，將其設(shè)為滿開度，作為備用。若液耦頻發(fā)故障，拆除液耦加裝聯(lián)軸器也是一個(gè)較好的選擇，在節(jié)省了液耦維護(hù)費(fèi)用的同時(shí)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(4) 改造后的一次回路

改造后的一次回路見圖3。

圖3 四期焙燒風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速一拖二系統(tǒng)(自動(dòng)旁路，手動(dòng)切換)

圖中兩段高壓母線可為同一路或雙路供電，變頻器可任意拖動(dòng)其一的電機(jī)，同時(shí)保留原工頻系統(tǒng)。

(5) 變頻器的選型和控制方式

根據(jù)現(xiàn)場電機(jī)參數(shù)，負(fù)載特性及環(huán)境因素綜合考慮可選用通用型高壓變頻器，外形尺寸為：

變頻器：寬×高×深=2 500×2 100×1 585 mm，

自動(dòng)旁路柜：寬×高×深=1 600×2 300×1 585 mm，

手動(dòng)切換柜：寬×高×深=800×2 300×1 585 mm，

變頻改造后，可采用原有的遠(yuǎn)程控制方式手動(dòng)設(shè)置變頻器調(diào)速，也可以根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝，通過壓力或流量要求做變頻器的閉環(huán)控制(變頻器自身具備PID調(diào)節(jié)功能)，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)變頻器故障時(shí)，可以自動(dòng)切換到工頻系統(tǒng)。

3.2.6 四期SO2風(fēng)機(jī)

(1)設(shè)備參數(shù)

2臺(tái)，1用1備。電機(jī)型號(hào) YKS7102- 2，功率2 800 kW，額定電壓10 kV，額定電流188.8 A，輸入轉(zhuǎn)速2 895 r/min，功率因數(shù)：0.89，實(shí)際電流為70 A。液力耦合器調(diào)速，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min，實(shí)際轉(zhuǎn)速2 400 r/min。有增速器，風(fēng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)速4 450 r/min，額定流量為135 000 m3/h，額定壓力5 000 Pa。

(2) 節(jié)能分析

在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，根據(jù)運(yùn)行電流求出電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)消耗的有功功率P1：

P1=1.732I1U1cosφ=

1.732×70×10×0.89=1 079 kW

(19)

計(jì)算節(jié)電率的方法同上，流量比=2 400/3 000=0.8

據(jù)此，在圖1中找到液耦調(diào)速功率比與變頻調(diào)速的功率比的差值為22%，此值即為拆除液耦情況下變頻改造后系統(tǒng)的節(jié)電率，如果要保留液耦，節(jié)電率約為16%。

(3) 年節(jié)約電量和電費(fèi)

保留液耦時(shí)：

節(jié)約電量=1 079 kW×16%×8 000 h= 1 381 120 kW·h

節(jié)約電費(fèi)=1 381 120×0.55=75.96萬元

可根據(jù)現(xiàn)場情況決定是否拆除液耦，如果液耦工作狀態(tài)良好，變頻改造后可保留液耦，將其設(shè)為滿開度，作為備用。若液耦頻發(fā)故障，拆除液耦加裝聯(lián)軸器也是較好的選擇，在節(jié)省了液耦維護(hù)費(fèi)用的同時(shí)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(4) 改造后的一次回路

改造后的一次回路同3.2.1中的(4)。

(5) 變頻器的選型和控制方式

根據(jù)現(xiàn)場電機(jī)參數(shù)，負(fù)載特性及環(huán)境因素綜合考慮可選用通用型高壓變頻器，外形尺寸為：

變頻器：寬×高×深=4 500×2 200×1 585 mm，

自動(dòng)旁路柜：寬×高×深=1 600×2 300×1 585 mm，

手動(dòng)切換柜：寬×高×深=800×2 300×1 585 mm。

變頻改造后，可采用原有的遠(yuǎn)程控制方式手動(dòng)設(shè)置變頻器調(diào)速，也可以根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝，通過壓力或流量要求做變頻器的閉環(huán)控制(變頻器自身具備PID調(diào)節(jié)功能)，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)變頻器故障時(shí)，可以自動(dòng)切換到工頻系統(tǒng)。

4 投資與效益

4.1 節(jié)能量匯總

改造后的設(shè)備節(jié)能量統(tǒng)計(jì)如表4所示。

表4 改造后設(shè)備節(jié)能量

4.2 三期焙燒風(fēng)機(jī)和SO2風(fēng)機(jī)改造的效果及計(jì)劃

公司2013年初對(duì)三期焙燒鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)及SO2風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行了變頻改造，通過幾個(gè)月的運(yùn)行，節(jié)電效果超過預(yù)期，當(dāng)年即可以收回投資。下一步準(zhǔn)備對(duì)二期、四期的焙燒鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)、SO2風(fēng)機(jī)電機(jī)及其它大功率風(fēng)機(jī)電機(jī)、水泵電機(jī)進(jìn)行變頻改造，以達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果。

5 結(jié)束語

目前，企業(yè)大功率風(fēng)機(jī)電機(jī)大馬拉小車的現(xiàn)象比較普遍，為滿足工況變化的需要，風(fēng)機(jī)采用調(diào)整送風(fēng)擋板、風(fēng)門的開啟來調(diào)節(jié)風(fēng)壓、風(fēng)量，造成了電能的嚴(yán)重?fù)p失。通過對(duì)公司三期焙燒鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)及SO2風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造得知，對(duì)大功率風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行變頻改造會(huì)節(jié)約大量電能，并給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。所以，對(duì)大功率風(fēng)機(jī)電機(jī)、水泵電機(jī)進(jìn)行變頻改造勢在必行。

[1] 張燕賓. 變頻器應(yīng)用教程[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2007.

[2] 徐甫榮. 高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐[M]. 中國電力出版社,2007.

[3] 周正剛. 高壓變頻器在高爐風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J]. 電力冶金自動(dòng)化?？?2012.

Techno-economic Analysis and Practice of Variable Frequency Transformation in High Power Fan Motors

HUANG Shan-yun, LI Jin-jie

Electrical idling is a relatively common phenomenon in high power fan motors of enterprise. Through techno-economic analysis and practice in zinc smelting enterprises’ roasting blower motor and SO2blower motor, it proves that variable frequency transformation in high-power fan motors will save a lot of energy and bring considerable economic benefits to the enterprise.

high-power fan motor; variable frequency transformation; energy saving

2013-12-15

黃善云(1961—)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，主要從事企業(yè)技術(shù)及管理工作。

TM921.51

A

1008-5122(2014)04-0041-06