變頻調速節能實例

錢伯章

(上海擎督信息科技有限公司金秋能源石化工作室)

變頻調速節能實例

錢伯章*

(上海擎督信息科技有限公司金秋能源石化工作室)

在風機、水泵、壓縮機和空調等設備上采用變頻調速技術可節約電能。分析了一些石油、化工企業采用變頻調速節電的成功實例。

變頻器電機風機泵節能

變頻調速可節電。針對企業大馬拉小車情況，可采用幾種不同方式的調節：檔板調節、風機動葉可調調節、液力偶合器調節、水電阻調節、高壓變頻器調節等。變頻調速分為低壓變頻調速和高壓變頻調速。低壓變頻調速技術作為成熟技術早已經過市場的檢驗。高壓變頻器的使用經歷了兩個階段：第一階段是高-低-高模式；第二階段為高-高模式。解決大馬拉小車問題也可以使用更換電動機的辦法。

電動機廣泛用于風機、泵、壓縮機等設備，用電量約占全國用電量的60%。但由于目前我國工礦企業所使用的電動機和被傳動設備效率低；設計思想落后，選型上考慮安全系數偏大，“大馬拉小車”現象嚴重；系統調節方式落后，運行中存在大量的截流損失，造成我國各類電動機平均效率比發達國家低3～5個百分點，電機傳動系統整體運行效率比發達國家低20個百分點。

變頻技術能實時改變用電設備的供電頻率，進而達到控制設備輸出功率的目的。該技術通過變頻調速改變軸輸出功率，使電動機能根據實際需要輸出功率，達到了減少輸入功率節省電能的目的，是感應式異步電動機節能的重要技術手段之一。變頻傳動調速的特點是：不用改動原有設備包括電機本身；可實現無級調速，滿足傳動設備要求；變頻器軟啟、軟停功能，可以避免啟動電流沖擊對電網的不良影響，減少電源容量的同時還可減少機械慣動量，減少機械損耗；不受電源頻率的影響，可以開環、閉環手動/自動控制；低速時，定轉矩輸出和低速過載能力較好；電機的功率因數隨轉速增高、功率增大而提高。

我國目前石化工業系統電機的變頻器使用率為10%，節能潛力十分可觀，如果每臺電機使用變頻器，可提高能效20%～30%。

在石油和化工行業，風機、水泵和壓縮機等電機傳動設備的用量很大，理論上都能采用變頻技術進行節能改造，節能潛力巨大。以注塑機為例，將注塑機上傳統的定量泵改造成變頻變量泵，能使溢流閥的回油流量降到最小，避免了高壓節流能量損失，進而將傳統有高壓節流的“耗能型”注塑機升級為無高壓節流的“節能型”注塑機，節電率可達20%～30%甚至更大。

中央空調是大廈里的耗電大戶，每年的電費中空調耗電占60%左右，因此中央空調的節能改造顯得尤為重要。由于設計時，中央空調系統必須按天氣最熱、負荷最大時設計，并且留10%～20%設計余量，然而實際上絕大部分時間空調是不會運行在滿負荷狀態下，存在較大的富余，所以節能的潛力就較大，其中，冷凍主機可以根據負載變化隨之加載或減載，冷凍水泵和冷卻水泵卻不能隨負載變化作出相應調節，存在很大的浪費。水泵系統的流量與壓差是靠閥門和旁通調節來完成，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量、高壓力、低溫差的現象，不僅大量浪費電能，而且還造成中央空調最末端達不到合理效果的情況。為了解決這些問題需使水泵隨著負載的變化調節水流量并關閉旁通。為了節約能源和費用，需對水泵系統進行改造，可采用成熟的變頻器來實現，以便達到節能和延長電機、接觸器及機械散件、軸承、閥門、管道的使用壽命。

一種新型節能矩陣變頻環保電梯在山東百斯特電梯公司研制成功。該產品是矩陣變頻拖動與永磁同步無齒輪曳引系統相結合的機電一體化產品，配置具有反饋功能（帶逆變器）的“矩陣變頻器”（調速器），具有電源反饋功能（可控制輸入功率因數）；輸入電源高次諧波少，可減少電污染；主回路無電解電容；具有交流-直流直接變換等特點。大轉距、低轉速的永磁同步曳引機具有機械效率高、噪音低、無需加油的特點。試驗數據顯示，采用該項技術的電梯與傳統電梯相比，節能效果可達77.2%。

目前，電梯節能的主要途徑是提高電動機的運行效率。如永磁同步無齒輪曳引機在解決機械損耗、提高負載運行效率方面取得了突破；同時通過變頻調速技術及其優化控制方案，在滿足電梯運行過程中的速度、轉距于系統動態響應等要求的前提下可實現“按需供能”。如果能夠通過這兩個成熟技術的整合，并且進行進一步延伸，利用電梯運行固有特性——位能負載，將電機已轉換到負載上的位能變換成電能，回饋再生利用，將會大大降低電梯運行的電能消耗。百斯特節能型矩陣變頻環保電梯就是基于這樣的創新思想研發而成的。這為消費者提供了更具價值的創造性產品。

巨化合成氨廠在對電氣設備實施電機變頻技術改造后，節電效果顯著。僅此一項該廠每天就可節電2萬kW·h多，年節省電費300多萬元。巨化合成氨廠是一家老中氮企業。近年來，隨著產品結構的調整和生產經濟運行模式的完善，在生產過程中，該廠許多大功率的設備經常出現“大馬拉小車”的現象，造成了電力資源的浪費。為此，該廠把目光投向了投資回報率較高的電機變頻改造。2006年，該廠在對主要機泵的工藝及運行效率調查后，新增了9臺變頻器，對甲醇富液泵、造氣污水泵等9臺低壓設備進行了第一階段變頻改造。經過動力系統技術人員近半年的努力，設備順利完成了全部改造。在富液泵改造后，不僅每天可以節電1 000 kW·h多，而且大大降低了工人的勞動強度。化肥車間的二氧化碳壓縮機使用的是6 kV高壓同步電動機，這種電動機的變頻改造技術在國內還是一片空白。2006年3月份，該廠與某電氣技術公司合作，共同對二氧化碳壓縮機實施變頻改造。該廠與變頻器提供廠家緊密協作，克服工藝復雜、邊生產邊試車等困難，不斷改進技術參數，完善試車方案，通過十多次調試，成功完成了高壓同步電動機的變頻改造。據測算，改造后1臺二氧化碳壓縮機每年可以節電約30萬kW·h，而且還可延長設備的使用壽命和保養周期，降低檢修維護費用。

雙星輪胎斜交胎一廠針對動力站供水壓力不穩及兩臺超級“電耗子”展開攻關，實現了變頻自動恒壓節能供水，每年可節約電能近20萬元。以前該廠成型車間動力站水泵房2臺水泵同時運行，不但供水壓力和供水量無法設定，而且造成了水力和電力的巨大浪費。現在該廠可任意設定供水壓力，實現了自動恒壓供水，提高了供水靈活性和供水質量，并達到了節能降耗的目的，日平均節電約800 kW·h。

安徽六國化工公司熱電車間對2號鍋爐鼓風機的電機進行了技術改造，將電機原來的繼電器控制系統改造為變頻器控制系統，以提供更精準的工藝參數，提高了操作的自動化和數控化，大大降低了員工的勞動強度。據悉，此次技改選用了ACS-800-07型變頻器，其控制的關鍵程序直接轉矩控制（DTC）為目前國際上最先進的交流異步電機控制方式。此次技改完成后，六國化工公司熱電車間電機變頻器的運行效率達到97%以上。

滄州煉化公司采用西門子無諧波高壓變頻技術，在450 kW循環水泵電動機上成功應用了首套高壓變頻裝置，獲得了異常顯著的節電效果。在項目實施過程中，該公司采用變頻器內置的PID調節器，通過泵出口壓力變送器，實現了系統的恒壓自動控制方式。這項技術的應用，可使企業每天節電3 800 kW·h，全年節電138.7萬kW·h，預計18個月以內即可收回全部投資。

揚子石化公司中壓加氫裂化裝置反應器加熱爐于2009年6月5日實施鼓風機、引風機增設變頻設備改造。經過精心調節，反應器加熱爐的熱效率從原先的87%提高到了92%，同時通過合理調節鼓風機、引風機的電機轉速，有效降低了風機電能的消耗，每年可節電近10萬元。加氫裝置反應爐在開工時熱量消耗很大，而正常運行時負荷偏低，這種差異造成了反應爐燃料日積月累被白白浪費。揚子煉油廠聯合加氫裝置自開工以來，反應器加熱爐一直處于低負荷運行狀態，設計所用煙氣預熱回收系統的鼓風機、引風機功率較大，出現大馬拉小車的現象，使加熱爐氧含量長期超標，火嘴經常出現結焦、積炭現象，影響裝置長周期運行，既增加了裝置的燃料消耗，又浪費了大量電能。針對反應加熱爐的現狀，揚子石化加氫車間認真計算和分析風量、氧含量之間的關系，查找節能途徑，提出了在反應爐鼓風機、引風機上增加變頻設備的合理化建議。此項目投資小，見效快，又不影響裝置正常生產，施工也十分簡單。通過實施變頻技術改造，使反應爐氧含量從9%降到了5%，僅每年節約燃料費就達到近百萬元。

揚子石化公司煉油廠鼓引風機增設變頻改造已于2009年6月在中壓加氫裂化裝置反應爐上實施，經過精心調試，反應器加熱爐的熱效率從原先的87%提高到92%，同時合理調節了鼓引風機的電機轉速，有效降低了風機電能的消耗，據測算每年可節省電費近10萬元。加氫裝置反應爐的特點在于開工時熱量消耗很大，而正常運行時負荷偏低，這種差異造成了反應爐燃料被浪費。揚子石化煉油廠聯合加氫裝置自開工以來，反應器加熱爐一直處于低負荷運行狀態，設計所用煙氣預熱回收系統的鼓引風機功率較大，出現大馬拉小車的現象，使加熱爐氧含量長期超標，火嘴經常出現結焦、積炭現象，影響裝置長周期運行，既增加了裝置的燃料消耗，又浪費了大量電能。加氫車間在加強現場節能管理的同時，堅持從工藝中發現能耗浪費點，進行創新改進，挖掘節能潛力。他們針對反應加熱爐的現狀，認真計算和分析風量、氧含量之間的關系，查找節能途徑，提出了在反應爐鼓引風機上增加變頻設備的合理化建議。這個項目投資小，見效快，又不影響裝置正常生產，施工也比較簡單。另外通過實施變頻技術改造，也使反應爐氧含量從9%左右降到了5%左右，僅此一項，每年可節約燃料費達百萬元。

全球領先的電力和自動化集團ABB作為推廣節能型產品和技術的代表，與上海焦化有限公司簽署了節能改造項目合作協議。ABB向上海焦化公司提供高效節能的ACS800變頻器，實現對其高壓水煤漿泵的節能控制。項目完成后，預計上海焦化公司年節電量140萬kW·h。上海焦化公司是以煤為主要原料的綜合性大型化工企業，多年來一直致力于對項目進行節能改造，其碳一分公司的高、低壓水煤漿泵，氣體分公司的高壓氧泵和動力分公司的工業水泵、冷卻塔風機等都選用了ABB節能型系列變頻器產品，通過對電機轉速的控制，取得顯著的節能效果。

2009年10月28 日，大慶煉化公司柴油加氫裝置新氫壓縮機無級控制系統改造項目投用，實現正常運行。該項目為中石油2009年節能專項投資項目，共投資800萬元，可以實現正常負荷下氫氣壓縮機回流量基本為零的目標，節電效果顯著。這項技術此前已在國外和中石化等多家煉廠得到成功應用，但在中石油尚未廣泛推廣。據了解，經過初步標定顯示，改造后柴油加氫裝置日節電量達到15 000 kW·h左右，全年可節電450萬kW·h，經濟效益十分可觀。

2010年6月10 日，錦西石化公司新投用的兩臺高壓變頻器節能效果凸顯，經過近兩個月的運行共計節電31萬kW·h，節約電費15.5萬元。照此計算，兩臺機泵一年就會節電186萬kW·h，折合成電費就是93萬元，一年左右就可收回投資。

Cases of Energy-economization of Frequency Control

Qian Bozhang

The application of inverter technique in fans,pumps,compressors and air conditioning can save electric energy.This paper introduces some energy-economization cases of inverter used in petrochemical enterprises.

Inverter;Motor;Fan;Pump;Energy-economization

TM4

*錢伯章，男，1939年10月生，教授級高工。上海市，200127。

2011-03-01)