【壓縮機網(wǎng)】1. 概  述

 

　　據統計,我國的電動(dòng)機用電量占全國發(fā)電量的60%一70%左右,而風(fēng)機、水泵設備年耗電量占全國電力消耗的13%左右。造成目前這種狀況的主要因素就是:風(fēng)機、水泵等設備傳統的調速方法是通過(guò)調節入口或出口的擋板、閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調節給風(fēng)量和給水量,無(wú)論生產(chǎn)的需求大小,風(fēng)機、水泵都要全速運轉,其輸出功率大量消耗在擋板、閥門(mén)的截流過(guò)程中,同時(shí)也增加了設備的損耗。由于風(fēng)機、水泵類(lèi)多數為平方轉矩負載,軸功率與轉速成立方關(guān)系,所以當風(fēng)機、水泵轉速下降時(shí),消耗的功率也將大幅下降,因此節能潛力非常大,目前z*有效的節能措施就是采用變頻調速技術(shù)來(lái)調節流量、風(fēng)量,應用變頻器節電率可以達到20%一50%,投資回收期1一3年左右,經(jīng)濟效益相當可觀(guān)。因此大力推廣應用變頻調速技術(shù),不僅是當前提高企業(yè)節能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段,而且也是實(shí)現經(jīng)濟增長(cháng)方式轉變的必然要求。

 

　　在某400萬(wàn)噸/年煤炭間接液化項目空分裝置中擁有大量的大功率空冷器軸流風(fēng)機及其他泵類(lèi)設備,采用變頻控制節能效果顯著(zhù)。該項目包含12套101500Nm3小O2的空分裝置、一套空壓站以及兩套后備系統。

 

　　該空分裝置項目采用變頻器控制的風(fēng)機類(lèi)負荷包括每套空分裝置9臺16OkW的空冷器軸流風(fēng)機?？绽淦鬏S流風(fēng)機容量是按照z*熱月平均溫度工況并留有一點(diǎn)余量選擇的,據林德公司實(shí)際運行經(jīng)驗顯示,該風(fēng)機電動(dòng)機如采用變頻控制在正常工況下實(shí)際運行功率只有75.7kw左右如果按照每年工作333天計算,采用變頻控制調速相比采用擋板開(kāi)度調速,僅12套空分裝置空冷器軸流風(fēng)機節省電能就達到約4%×IO7kwh(計算過(guò)程詳見(jiàn)“四、變頻調速裝置節能計算”)。

 

　　該空分項目采用變頻控制的泵類(lèi)設備包括每套空分裝置3臺19OkW液氧內循環(huán)泵、2臺110kw液氧流程泵、2臺75kw液氮內壓縮泵以及每套后備系統3臺19OkW液氧后備泵、3臺295kw高壓液氮后備泵、3臺315kw中壓液氮后備泵。根據林德公司提供數據計算該項目泵類(lèi)負荷采用變頻控制在正常工況下每年可節省電能約1.o×lO7kwh(該數據為不計入后備系統所節省電能,因后備系統不常用)。

 

　　2.變頻調速技術(shù)的基本原理

 

　　變頻調速技術(shù)的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系:n=60f(l一S)/p,(式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數);通過(guò)調節電動(dòng)機工作電源頻率,同時(shí)調節輸入電壓,達到調節電機轉速的目的。我們使用的變頻器主要采用交一直一交方式(VvvF變頻或矢量控制變頻),先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉換成直流電源,然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器,逆變部分為I G B T三相橋式逆變器,且輸出為PWM波形,中間直流環(huán)節為濾波、直流儲能和緩沖無(wú)功功率。

 

　　3.變頻調速裝置的節能方式

 

　　3.1 變頻調速裝置的調速節能

 

　　由流體力學(xué)可知,P(功率)=Q(流量)×H(壓力),而流量Q與轉速N的一次方成正比,壓力H與轉速N的平方成正比,得功率P與轉速N的立方成正比,如果水泵的效率一定,當要求調節流量下降時(shí),轉速N可成比例的下降,而此時(shí)軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關(guān)系。

 

　　例如:本項目一臺液氮內壓縮泵75kw,當轉速下降到原轉速的45/時(shí),其單位小時(shí)內的耗電量為75×(4/5)3二38.4KW·h,可省電(75一38.4)/75一48.8%,當轉速下降到原轉速的12/時(shí),其單位小時(shí)內的耗電量為75×(l/2)3=9.375KW·h,可省電(75一9.375)/75=87.5%。

 

　　3.2變頻調速裝置的功率因數補償節能

 

　　無(wú)功功率不但增加線(xiàn)損和設備的發(fā)熱,更主要的是功率因數的降低導致電網(wǎng)有功功率的降低,大量的無(wú)功電能消耗在線(xiàn)路當中,設備使用效率低下,浪費嚴重,由公式P=S×COSΦ,Q=S×SINΦ,其中S一視在功率,P一有功功率,Q一無(wú)功功率,COSΦ一功率因數,可知COSΦ越大,有功功率P越大,普通水泵電機的功率因數在0.6一 0.8之間,使用變頻調速裝置后,由于變頻器內部濾波電容的作用,COSΦ≈1時(shí),從而減少了無(wú)功損耗。

 

　　3.3變頻調速裝置的軟起動(dòng)節能

 

　　由于大容量電機直接啟動(dòng)時(shí),起動(dòng)電流等于( 4一7)倍額定電流,這樣會(huì )對機電設備和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊,而且還會(huì )對電網(wǎng)容量要求過(guò)高,起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對擋板和閥門(mén)的損害極大,對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻調速裝置后,利用變頻器的軟起動(dòng)功能將使起動(dòng)電流從零開(kāi)始,平滑的達到額定電流,減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求,延長(cháng)了設備和閥門(mén)的使用壽命,節省了設備的維護費用。

 

　　4.變頻調速裝置節能計算

 

　　對于本空分裝置項目風(fēng)機、泵類(lèi)設備采用變頻調速裝置后的節能效果,可以采用以下方式進(jìn)行計算:

 

　　根據風(fēng)機、泵類(lèi)平方轉矩負載關(guān)系式:P/PO=(n/no)3計算,式中為PO額定轉速n0時(shí)的功率;P為轉速n時(shí)的功率。以本項目一臺軸流風(fēng)機16既w為例。運行工況以24小時(shí)連續運行,其中每天16小時(shí)運行在90%負荷(頻率按45Hz計算,擋板調節時(shí)電機功耗按97%計算),8小時(shí)運行在50%負荷(頻率按25Hz計算,擋板調節時(shí)電機功耗按72%計算),全年運行時(shí)間以333天為計算依據。則采用變頻調速裝置時(shí)每年的節電量為:

 

　　W1＝160×16×[l一(45/50)3]×333=23102208kw.h

 

　　W2=160×8×[ 1一(25/50)3]×333=37296OkW·h

 

　　Wb=W1+W2=231022.08+372960=603982.O8skW·h

 

　　Wl為一臺空冷器風(fēng)機采用變頻調速裝置調速,頻率為45HZ時(shí)每年的節電量；W2為一臺空冷器風(fēng)機采用變頻調速裝置調速,頻率為25HZ時(shí)每年的節電量；Wb為一臺空冷器風(fēng)機采用變頻調速裝置調速時(shí),每年總的節電量采用擋板開(kāi)度時(shí)一臺空冷器風(fēng)機的節電量為:

 

　　W3=160×(1一97%)×16×333=25574.4kw·h

 

　　W4=160×(l一72% )×8×333=119347.2kw·h

 

　　Wd=W3+W4=25574.4+119347.2=144921.6kw·h

 

　　W3為一臺空冷器風(fēng)機采用擋板開(kāi)度調速,電機功耗在97%時(shí),每年的節電量;W4為一臺空冷器風(fēng)機采用擋板開(kāi)度調速,電機功耗在72%時(shí),每年的節電量;Wd為一臺空冷器風(fēng)機采用擋板開(kāi)度調速時(shí),每年總的節電量。相較一臺空冷器風(fēng)機每年節電為:

 

　　W=Wb一Wd=603982.08-144921.6=459060.48kW·h。那么,本項目共12套空分裝置,每套空分裝置有9臺16OkW的空冷器軸流風(fēng)機,共計節省電能約為12×9×5722272=4.96×IJkwll。每度電按0.5元計算,則采用變頻調速本項目12套空分裝置僅空冷器軸流風(fēng)機每年可節約電費2480萬(wàn)元。

 

　　5.結束語(yǔ)

 

　　本空分裝置項目大功率風(fēng)機、泵類(lèi)設備均采用了變頻調速控制技術(shù)。實(shí)踐證明,變頻調速控制技術(shù)用于風(fēng)機、泵類(lèi)設備驅動(dòng)控制場(chǎng)合節電效果顯著(zhù)。變頻調速技術(shù)是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率,又滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝要求,并且因此而大大減少了設備維護、維修費用,還降低了停產(chǎn)周期,應在其他類(lèi)似項目中大力推廣。