上海與鑫機(jī)電科技有限公司

引言

在能源日益緊張的現(xiàn)代社會(huì)，“節(jié)能降耗”是企業(yè)未來發(fā)展的重點(diǎn)工作。我廠是一個(gè)具有25年生產(chǎn)歷史的風(fēng)機(jī)制造廠。近年來，我們不斷向管理要效益，通過生產(chǎn)組織合理配置、采取生產(chǎn)過程能源消耗與職工收益掛鉤、制定能源消耗管理辦法等措施，使我廠的節(jié)能降耗工作取得了顯著的成績。但是，由于工藝流程已經(jīng)形成了固定的生產(chǎn)模式，僅僅依靠潛力的挖掘，已難以滿足“節(jié)能降耗”這一大氣候的需要，在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝流程模式下，只有依靠節(jié)能技術(shù)來達(dá)到降低能耗的目的。我們通過對我廠耗能設(shè)備的摸底分析，認(rèn)為高壓變頻技術(shù)在高壓風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，其節(jié)能效果非?？捎^。

 高壓風(fēng)機(jī)使用現(xiàn)狀

我公司實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有高壓風(fēng)機(jī)4臺(tái)，運(yùn)行方式為兩開兩備，主要任務(wù)是給充氣式浮選級進(jìn)行充氣，從目前風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況來看，風(fēng)機(jī)是通過調(diào)節(jié)擋板來達(dá)到控制風(fēng)量的目的，并且擋板一般僅調(diào)節(jié)在1/3處；此種調(diào)節(jié)方式屬恒速調(diào)節(jié)方式，從理論上講，就是依靠改變風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)特性來達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的，這種調(diào)節(jié)方式很不經(jīng)濟(jì)，人為增大了管網(wǎng)的阻力，相當(dāng)于增大了每立方米空氣所消耗的電能。一般來說，風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法可分為恒速調(diào)節(jié)和調(diào)速調(diào)節(jié)兩大類，而在目前所有的調(diào)速調(diào)節(jié)方法之中，采用變頻調(diào)速方式是節(jié)能效果的一種方法。

今年一季度，我公司對高壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與壓力進(jìn)行了多次測試。測試條件：10臺(tái)球磨機(jī)全部運(yùn)行，在滿足正常生產(chǎn)的情況下，將單臺(tái)浮選機(jī)及每組浮選機(jī)總閥門開在合理位置。測試情況如表1~表3所列。

點(diǎn)擊看原圖

這里需要說明的是，由于1、2風(fēng)機(jī)與3、4風(fēng)機(jī)分別在三組浮選機(jī)系統(tǒng)的兩端，輸送風(fēng)向相反，存在相互干擾現(xiàn)象，故測試有一定誤差；盡管如此，從測試情況來看，對風(fēng)機(jī)配電系統(tǒng)采用變頻調(diào)速，節(jié)能效果是非常顯著的。

高壓變頻技術(shù)說明

從交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式

點(diǎn)擊看原圖式中：n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r／min；f為電源頻率Hz；s為轉(zhuǎn)差率；P為極對數(shù)。

　我們知道，改變異步電動(dòng)機(jī)的電源頻率就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這是目前zui簡單、zui有效的交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法，可以很容易做到無極變速。而且交流變頻調(diào)速技術(shù)是上世紀(jì)90年代后期迅速發(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)和性能在交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制方面勝過其它任何一種調(diào)速方式。變頻調(diào)速裝置以系統(tǒng)效率高、節(jié)能*、調(diào)速精度高、調(diào)速范圍寬、機(jī)械特性硬、起制動(dòng)能耗小、電力電子保護(hù)功能完善、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及通信功能，得到了越來越廣泛的應(yīng)用；并且在運(yùn)行安全可靠性、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，使之成為企業(yè)采用電動(dòng)機(jī)節(jié)能方式的設(shè)備。

可行性分析

風(fēng)機(jī)、水泵均屬于典型的平方減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如圖1所示，為風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與流量的關(guān)系曲線，圖2表示了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線，下面以風(fēng)機(jī)的工作特性來分析其節(jié)能原理。

風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)軸功率P與其流量Q，風(fēng)壓p之間的關(guān)系為P∝Qxp。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)分別在轉(zhuǎn)速為n1、n2下運(yùn)行時(shí)，流量由Q1變化到Q2，此時(shí)Q、p、P相對于轉(zhuǎn)速的關(guān)系如式(2)～式(4)所列。

點(diǎn)擊看原圖

　由式(2)～式(4)可以看出，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，風(fēng)機(jī)的軸功率(功率輸出)與轉(zhuǎn)速的立方成正比，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)流量。從理論上講，速度降低lO％時(shí)會(huì)帶來27％左右的功率下降，由于功率的大幅度降低，可獲得顯著的節(jié)能效果。

風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口閥門調(diào)節(jié)節(jié)能計(jì)算：

　基本計(jì)算公式為

點(diǎn)擊看原圖式中：PW為風(fēng)機(jī)消耗的電功率；η為風(fēng)機(jī)效率；cosφ為功率因數(shù)；U為電壓；I為電流；P為壓力；Q為流量；K為常數(shù)。

　系統(tǒng)在工頻運(yùn)行情況下，由于系統(tǒng)在工頻運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)電壓不變，因此由式(5)、式(6)可知

點(diǎn)擊看原圖式中：Pw為節(jié)流一節(jié)流運(yùn)行時(shí)的電功率；Pwe為電機(jī)額定功率；I2為節(jié)流運(yùn)行時(shí)的電機(jī)電流；Ie為電機(jī)額定電流；Q2為節(jié)流運(yùn)行時(shí)的流量；Qe為額定流量。

系統(tǒng)在變頻運(yùn)行情況下，由于頻率的變化，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化；變頻后出風(fēng)口風(fēng)門全開，只要保證出口流量達(dá)到變頻前的流量即可，這時(shí)當(dāng)頻率變化時(shí)，流量、壓力都在變化。

點(diǎn)擊看原圖由此可得到采用變頻調(diào)速裝置前、后所消耗的電功率比值為

點(diǎn)擊看原圖式中：Pw為變頻一變頻運(yùn)行時(shí)的電功率；Pwe為電機(jī)額定功率；n2為節(jié)流運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速；ne為額定轉(zhuǎn)速；I2為節(jié)流運(yùn)行時(shí)的電機(jī)電流；Ie為電機(jī)額定電流；Q2為節(jié)流運(yùn)行時(shí)的流量；Qe為額定流量。

風(fēng)機(jī)出風(fēng)口閥門調(diào)節(jié)變頻改造后，理論節(jié)電率為

　這里需要說明的是，由于以上計(jì)算未考慮系統(tǒng)損耗等情況，并且不論用那種方式調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)的效率及電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)也有一定的變化，在上述計(jì)算中也沒考慮；所以以上是理論計(jì)算值，實(shí)際工況情況比上述計(jì)算復(fù)雜得多，因此，節(jié)能率要比計(jì)算值低一些。

 變頻技術(shù)應(yīng)用方案

風(fēng)機(jī)的負(fù)載特點(diǎn)是其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，其軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。從理論上講，速度降低10％時(shí)會(huì)帶來27％左右的功率下降。因此，將電動(dòng)機(jī)以定速運(yùn)轉(zhuǎn)、用擋板閥門調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法，改用根據(jù)風(fēng)量需要調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就可獲得較好的節(jié)電效果。即需要多少就提供多少，而不是足量提供多余丟棄。高壓變頻技術(shù)在D450風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用方案是將目前運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)／運(yùn)行方式改為采用變頻裝置起動(dòng)／運(yùn)行方式，利用風(fēng)機(jī)風(fēng)量實(shí)現(xiàn)對變頻器閉環(huán)控制，以達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的目的。由于風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際風(fēng)量比其額定風(fēng)量小得多，所以節(jié)電潛力是非常大的。采用變頻調(diào)速來獲得實(shí)際需要的風(fēng)量，在節(jié)約電能、降低風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)維修費(fèi)用的同時(shí)，還提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平、提高輸出風(fēng)量的穩(wěn)定性、減輕設(shè)備的磨損、降低了系統(tǒng)的噪音、改善了工作環(huán)境、減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

投資與回收說明

單臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻改造投資組成，如表4所列。

點(diǎn)擊看原圖由于“高壓變頻技術(shù)在高壓風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用方案”一次性投資比較大，我們希望先對其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)電氣系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造，在項(xiàng)目實(shí)施完成，系統(tǒng)運(yùn)行3～6個(gè)月后，視變頻裝置運(yùn)行情況，再對另外風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造。

2、3風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)及目前的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表5及表6所列。

點(diǎn)擊看原圖

15)可得：，風(fēng)機(jī)的效率按照70％，電動(dòng)機(jī)效率按照75％考慮，根據(jù)2、3風(fēng)機(jī)目前運(yùn)行參數(shù)，在變頻改造后做節(jié)能估算如下。

風(fēng)機(jī)節(jié)能概算

按照風(fēng)機(jī)年運(yùn)行時(shí)間8640小時(shí)計(jì)算，變頻節(jié)能改造前年消耗電能187．66萬kW·h；年消耗總電費(fèi)：187．66萬kW·hxO．42元／kW·h=78．82萬元。

經(jīng)變頻節(jié)能改造后，節(jié)能率按照36％估算，年可節(jié)約電費(fèi)78．82萬元x36％=28．38萬元。

投資回收期：86．48萬元/28．38萬元=3．0年。

通過對D450風(fēng)機(jī)工況進(jìn)行了解、運(yùn)行參數(shù)測試及節(jié)能分析，對D450風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造后將達(dá)到以下效果：

(1)改善了工況，提高了效率，節(jié)約了電能：

系統(tǒng)投入變頻器后，不需調(diào)節(jié)擋風(fēng)板，也避免了電動(dòng)機(jī)的頻繁起停等現(xiàn)象；

提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，變頻器自動(dòng)根據(jù)需求量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，有效改善了室內(nèi)環(huán)境，節(jié)約了大量電能；

設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)得以改進(jìn)，系統(tǒng)效率大為提高。

(2)系統(tǒng)的維護(hù)維修量大為減少、降低了維修費(fèi)用：

系統(tǒng)投入變頻器后，延長了管道的檢修周期和使用壽命；

系統(tǒng)投入變頻器后，電動(dòng)機(jī)平滑穩(wěn)定地起動(dòng)和減速停止，降低了電動(dòng)機(jī)修理費(fèi)用，有效地延長了設(shè)備的檢修期。

減小了啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊：系統(tǒng)投入變頻器后，電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)、軟停止，相應(yīng)的減小了對電網(wǎng)的沖擊。

　　通過對高壓風(fēng)機(jī)工況摸底與高壓變頻技術(shù)在高壓風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)上應(yīng)用分析，此方案是可行的。

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秦浩成