采用變頻技術 推動節約能源

周鴻雁

(唐山三友化工股份有限公司 給排水車間,河北 唐山 063305)

采用變頻技術 推動節約能源

周鴻雁

(唐山三友化工股份有限公司 給排水車間,河北 唐山 063305)

針對車間渣漿泵、風機的運行現狀,提出運用變頻技術節能的方法,不僅降低車間的生產成本,而且推動企業科技節能的進步。

控制方式;渣漿泵;風機;變頻技術

隨著我國工業生產的迅速發展,能源的浪費卻是相當驚人。就我們給排水車間來說,由于許多泵、風機的拖動電機處于恒速運轉狀態,在進行系統設計時,容量選擇得較大,系統匹配不合理,往往是“大馬拉小車”,造成大量的能源浪費。因此,運用科技手段搞好泵、風機的節能工作是降低給排水車間生產成本,推動企業科技節能進步的一項重要內容。

1 現狀分析

給排水車間的耗電量占股份公司總耗電量的60%多,而電動機是給排水車間主要的耗電設備。電動機作為風機、泵、壓縮機等各種設備的動力實際運行效率僅為30%～40%,其用電量已經占到車間總用電量的90%多。目前,車間泵的控制方式采用兩種:一種是出口閥門的調節;另一種是改變葉輪直徑調節。采用出口閥門調節在實際運行中大部分泵的閥門開度僅達到40%,電機就滿負荷甚至會超流,耗電量高,因而泵的運行效率較低。用閥門控制時,當流量要求從Q減小到Q′,必須關小閥門。這時閥門的摩擦阻力變大,揚程上升,造成能源浪費。比如:為了減少堿渣泵流量,采用出口閥門調節渣量時造成閥門的損壞而增加備件費用合計25.16萬元(到目前為止已更換出口閥門34臺,出口閥門7 400元/臺);采用改變葉輪直徑的方法,比如:對于200ZGB-89渣漿泵,現有直徑從680～740 mm 10幾種型號的葉輪;200ZGB-120渣漿泵,現有直徑從745～840 mm三種型號的葉輪在生產波動時滿足不同渣量的排放,但用這種方法不僅增加人工檢修維護費用,而且消耗大量檢修時間,影響生產廢渣的排放有利時機。

2 采取措施及經濟分析

在實際生產中,為了達到提高生產效率和節約能量的目的,對所有設備都選擇合適的電動機型式和匹配的技術參數,使它能在各種狀態下穩定地工作,提高電動機的運行效率,降低電動機的能量損耗;其次是根據生產情況及時開、停設備,盡可能地減少電能的消耗,提高設備的利用效率:自2010年元月份開始將“噸堿耗電”作為職工獎金考核指標,對4個化工班組進行橫向比較,不僅提高職工節電的意識,而且通過切身操作體會節能帶來的快樂。節能措施如下所述:

采用變頻調速控制時,閥門處于全開狀態,當流量要求從Q減小到Q′,由于阻力不變,泵的特性取決于轉速。如果把速度下降20%,揚程也會下降。也就是說,用閥門控制流量時,有ΔP功率被損耗浪費掉了,按照:

式中:P——水泵使用工況軸功率,kW;

Q——使用工況點的水壓或流量,m3/s;

H——使用工況點的揚程,m;

r——輸出介質單位體積重量,kg/m3;

η——使用工況點的泵效率,%。

ΔP=Q1(H1-H2)r/102η

在這里效率基本沒有變化。且隨著閥門不斷關小,這個損耗還要增加。而用轉速控制時,根據流量Q、揚程 H、功率 P和轉速n之間的關系有:Q′= (n′/n)Q;H′=(n′/n)2H;P′=(n′/n)3P。Q′、H′、P′、n′分別為調速后的流量、揚程、軸功率、轉速;Q、H、P、n分別為水泵的額定流量、揚程、軸功率、轉速;如果不是用關小閥門的方法,而是把電機轉速降下來,那么在同樣流量的情況下,原來消耗在閥門的功率就可以全避免,從而達到節能效果,這就是泵的變頻調速節能原理。

比如,200ZGB-120堿渣泵,Q=700 m3/h;H =120 m;P=45 kW;n=980 r/min,采用變頻調速技術后,設定泵的轉速下降20%(變頻調速不宜低于額定轉速50%,最好處于75%～100%),提高了電機的功率因數,減少了無功功率消耗,則其流量降低為784 m3/h;揚程降低為76.8 m;軸功率消耗: P′=(n′/n)3;P=0.83×450=230.4 kW,可以降低能耗51%。1臺渣泵機應用變頻調速設備后月可節電16.5萬kW·h,按照0.46元/kW·h實際電價計算,月可節約電費:16.5×0.46=7.6萬元。如果在一級泵站和二級泵站分別增設1臺變頻調速裝置,那么按照上述計算方法年可節約電費182.4萬元。

車間循環水冷卻塔風機共有10組,其中有3組裝有變頻調節方式,采用變頻調速技術后,通過2年的實際運行,風機運行狀況明顯改善,延長了設備的使用壽命,降低了設備的維修費用,參數超調波動范圍小,能及時進行溫度控制。變頻器的加速和減速可根據工藝要求手動調節,控制精度高,不僅減少了風機的開、停臺數,而且通過對變頻的轉速調節,滿足供水水溫的要求,保證生產工藝穩定。尤其是冷季,節能效果非常顯著,每組風機額定電流289 A,變頻調節后電流為190 A,則每組節約電量 54 kW·h,3組風機年可節電35萬kW·h(變頻使用期為3個月),按目前工業電價0.46元/kW·h計,年可以產生直接經濟效益16.1萬余元,具有明顯的經濟效益。根據以上成功經驗,2010年新增2組開路冷卻塔風機中其中1組將增加變頻設施。

3 變頻調速裝置特點分析

3.1 變頻調速的優點

1)具有明顯的經濟效益。

2)采用變頻調速技術后,電機定子電流下降64%,電源頻率下降40%,電機水泵的轉速下降,電機水泵運行狀況明顯改善,延長了設備的使用壽命,降低了設備的維修費用。同時,由于變頻器啟動和調速平穩,減少了對電網的沖擊。

3)采用變頻調速技術后,由于渣泵出口閥全開,消除了閥門因節流而產生的噪音,改善了工人的工作環境。同時,克服了平常因調節閥故障對生產帶來的影響,具有顯著的社會效益。

3.2 缺點和注意的問題

由于我車間排渣系統是多臺渣泵并聯排渣,并且變頻調速設備投資較大,不可能將所有泵全部調速,所以采用調速泵、定速泵混合供水。在這樣的系統中,應注意確保調速泵與定速泵都能在高效段運行,并實現系統最優。此時,定速泵就對與之并列運行的調速泵的調速范圍產生了較大的影響。主要分以下兩種情況:

1)同型號泵1調1定并列運行時,雖然調度靈活,但由于無法兼顧調速泵與定速泵的高效工作段,因此,此種情況下調速運行的范圍是很小的。

2)不同型號泵1調1定并列運行時,若能達到調速泵在額定轉速時高效段右端點揚程與定速泵高效段左端點揚程相等。則可實現最大范圍的調速運行。但此時調速泵與定速泵絕對不允許互換后并列運行。

3)在工況相似的情況下,一般有功率與轉速的比值立方成正比,因此隨著轉速的下降,軸功率會急劇下降,但若電機輸出功率過度偏移,額定功率或者工作頻率過度偏移,都會使電機效率下降過快,最終都影響到整個水泵機組的效率。

綜上所述,變頻調速技術用于渣泵、風機系統,具有調速性能好、節能效果顯著、運行工藝安全可靠等優點。在大力提倡節約能源的今天,推廣使用這種集現代先進電力電子技術和計算機技術于一體的高科技節能裝置,對于提高勞動生產率、降低能耗具有重大的現實意義。可以說,變頻調速技術是一項利國利民、有廣泛應用前景的高新技術。

TM 761.2

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1005-8370(2010)04-31-02

2010-04-07