變頻器在風機控制系統(tǒng)中應用的經(jīng)濟性分析

　　摘要：采用變頻器對風機類機械進行調(diào)速來調(diào)節(jié)風量的方法，對節(jié)約能源，建設節(jié)約型社會，提高經(jīng)濟效益具有重要意義。文章通過對變頻器在風機控制系統(tǒng)中應用的經(jīng)濟性分析，進一步明確了風機變頻控制節(jié)能的巨大潛力，指明了風機節(jié)能改造的方向。
　　關鍵詞：節(jié)約；經(jīng)濟效益；變頻調(diào)速節(jié)能
　　
　　變頻調(diào)速是交流電動機調(diào)速方法中最理想的方案，采用變頻器對風機類機械進行調(diào)速來調(diào)節(jié)風量的方法，對節(jié)約能源，建設節(jié)約型社會，提高經(jīng)濟效益具有重要意義。但是，過去由于各種原因，如變頻器的價格、質(zhì)量、容量等因素的約束，沒有得到廣泛應用。近年來隨著IC產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，變頻器的價格大幅下降，可靠性增強，容量增大（已達到400KW），變頻器的使用已成倍增長。
　　
　　一、變頻調(diào)速節(jié)能理論
　　
　　風機，是傳送氣體裝置。就其結(jié)構和工作原理，現(xiàn)先以風機為例加以說明。采用變頻器對風機進行控制，屬于減少空氣動力的節(jié)電方法，它和一般常用的調(diào)節(jié)風門控制風量的方法比較，具有明顯的節(jié)電效果。由圖1可以說明其節(jié)電原理：
　　
　　圖1中，曲線（1）為風機在恒定轉(zhuǎn)速n1下的風壓一風量（H―Q）特性，曲線（2）為管網(wǎng)風阻特性（風門全開）。假設風機工作在A點效率最高，此時風壓為H2，風量為Q1，軸功率N1與Q1、H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH2OQ1表示。如果生產(chǎn)工藝要求，風量需要從Q1減至Q2，這時用調(diào)節(jié)風門的方法相當于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線（3），系統(tǒng)由原來的工況點A變到新的工況點B運行。從圖1中看出，風壓反而增加，軸功率與面積BH1OQ2成正比。顯然，軸功率下降不大。如果采用變頻器調(diào)速控制方式，風機轉(zhuǎn)速由n1降到n2，根據(jù)風機參數(shù)的比例定律，畫出在轉(zhuǎn)速n2風量（Q―H）特性，如曲線（4）所示。可見在滿足同樣風量Q2的情況下，風壓H3大幅度降低，功率N3隨著顯著減少，用面積CH3OQ2表示。節(jié)省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面積BH1H3C表示。顯然，節(jié)能的經(jīng)濟效果是十分明顯的。
　　由流體力學可知，風量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，風壓H與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率N與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。采用變頻器進行調(diào)速，當風量下降到80%時，轉(zhuǎn)速也下降到80%，而軸功率N將下降到額定功率的51.2%，如果風量下降到60%，軸功率N可下降到額定功率的21.6%，當然還需要考慮由于轉(zhuǎn)速降低會引起的效率降低及附加控制裝置的效率影響等。即使這樣，這個節(jié)能數(shù)字也是很可觀的，因此在裝有風機水泵的機械中，采用轉(zhuǎn)速控制方式來調(diào)節(jié)風量或流量，在節(jié)能上是個有效的方法。
　　
　　二、應用案例
　　
　　在單位鍋爐房擴建工程中，新增一臺20T鍋爐。原設計采用軟啟動控制，未設變頻調(diào)速裝置，根據(jù)目前的發(fā)展現(xiàn)狀及工程應用采用變頻控制技術實現(xiàn)該工程的引風及鼓風控制，下面說明變頻器應用在工程鍋爐采暖系統(tǒng)上的節(jié)能效果。20T蒸汽鍋爐所用電機容量如下：引風機：110KW。鼓風機：37KW。本變頻控制柜可保證在供熱鍋爐正常工作的基礎上，同時達到節(jié)電、節(jié)煤以及環(huán)保的目的。電機總?cè)萘?110+37=147KW。鍋爐用于供暖條件下每天工作24小時、每月30天、每年6個月，變頻控制柜在起爐高額區(qū)和恒溫運行區(qū)的綜合節(jié)電率約在35%左右，由此：1、每月節(jié)電總量=147KW×35%×24×30=37044度。按每度電以0.75元計算，則：10T爐的節(jié)電資金：0.75×37044度=27783元/每月。2、每月用煤量約為1500噸，按5%節(jié)能率計算：（1）每月節(jié)煤量：1500T×5%=75噸。現(xiàn)按每噸煤280元計算。（2）每月節(jié)煤資金：280元×75噸=21000元。每月節(jié)電節(jié)煤總額：27783+21000=48783元安裝20T鍋爐的鼓、引風和安裝監(jiān)測儀表所需投入200，000元，收回投資時間：200，000元÷48783=4.1月。因此，不到一個采暖期就能夠完全回收該部分投資，投資的回收是非常快的，其經(jīng)濟及環(huán)保效益也很明顯。
　　目前，國內(nèi)外許多電力拖動場合已將矢量控制的變頻器廣泛應用于通用機械、紡織、印染、造紙、軋鋼、化工等行業(yè)中交流電動機的無級調(diào)速，已明顯取得節(jié)能效果并滿足工藝和自動調(diào)速要求。但在風機、水泵應用領域仍沒有得到充分應用。其主要原因是對風機、水泵類負載可大量節(jié)能了解不夠。我國風機、水泵用電量占工業(yè)用電的60%以上，如果能在這個領域進行風機節(jié)能改造，充分使用變頻器進行變頻無級調(diào)速，對節(jié)約用電、降低能耗、促進環(huán)保、提高經(jīng)濟效益都具有積極意義，同時也極大地降低企業(yè)電力成本，提高企業(yè)競爭力。
　　（作者單位：哈爾濱工程大學基建處）