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(shù) 推動節(jié)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(xiàn)狀,提出運用變頻技術(shù)節(jié)能的方法,不僅降低車間的生產(chǎn)成本,而且推動企業(yè)科技節(jié)能的進步。

控制方式;渣漿泵;風機;變頻技術(shù)

隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)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(zhuǎn)狀態(tài),在進行系統(tǒng)設(shè)計時,容量選擇得較大,系統(tǒng)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(jié)能工作是降低給排水車間生產(chǎn)成本,推動企業(yè)科技節(jié)能進步的一項重要內(nèi)容。

1 現(xiàn)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(shè)備。電動機作為風機、泵、壓縮機等各種設(shè)備的動力實際運行效率僅為30%～40%,其用電量已經(jīng)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(diào)節(jié);另一種是改變?nèi)~輪直徑調(diào)節(jié)。采用出口閥門調(diào)節(jié)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(guān)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(diào)節(jié)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?nèi)~輪直徑的方法,比如:對于200ZGB-89渣漿泵,現(xiàn)有直徑從680～740 mm 10幾種型號的葉輪;200ZGB-120渣漿泵,現(xiàn)有直徑從745～840 mm三種型號的葉輪在生產(chǎn)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(chǎn)廢渣的排放有利時機。

2 采取措施及經(jīng)濟分析

在實際生產(chǎn)中,為了達到提高生產(chǎn)效率和節(jié)約能量的目的,對所有設(shè)備都選擇合適的電動機型式和匹配的技術(shù)參數(shù),使它能在各種狀態(tài)下穩(wěn)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(jù)生產(chǎn)情況及時開、停設(shè)備,盡可能地減少電能的消耗,提高設(shè)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(jié)電的意識,而且通過切身操作體會節(jié)能帶來的快樂。節(jié)能措施如下所述:

采用變頻調(diào)速控制時,閥門處于全開狀態(tài),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(zhuǎn)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(zhì)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(guān)小,這個損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制時,根據(jù)流量Q、揚程 H、功率 P和轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系有:Q′= (n′/n)Q;H′=(n′/n)2H;P′=(n′/n)3P。Q′、H′、P′、n′分別為調(diào)速后的流量、揚程、軸功率、轉(zhuǎn)速;Q、H、P、n分別為水泵的額定流量、揚程、軸功率、轉(zhuǎn)速;如果不是用關(guān)小閥門的方法,而是把電機轉(zhuǎn)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(jié)能效果,這就是泵的變頻調(diào)速節(jié)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(diào)速技術(shù)后,設(shè)定泵的轉(zhuǎn)速下降20%(變頻調(diào)速不宜低于額定轉(zhuǎn)速50%,最好處于75%～100%),提高了電機的功率因數(shù),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(diào)速設(shè)備后月可節(jié)電16.5萬kW·h,按照0.46元/kW·h實際電價計算,月可節(jié)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(shè)1臺變頻調(diào)速裝置,那么按照上述計算方法年可節(jié)約電費182.4萬元。

車間循環(huán)水冷卻塔風機共有10組,其中有3組裝有變頻調(diào)節(jié)方式,采用變頻調(diào)速技術(shù)后,通過2年的實際運行,風機運行狀況明顯改善,延長了設(shè)備的使用壽命,降低了設(shè)備的維修費用,參數(shù)超調(diào)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(jù)工藝要求手動調(diào)節(jié),控制精度高,不僅減少了風機的開、停臺數(shù),而且通過對變頻的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),滿足供水水溫的要求,保證生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。尤其是冷季,節(jié)能效果非常顯著,每組風機額定電流289 A,變頻調(diào)節(jié)后電流為190 A,則每組節(jié)約電量 54 kW·h,3組風機年可節(jié)電35萬kW·h(變頻使用期為3個月),按目前工業(yè)電價0.46元/kW·h計,年可以產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益16.1萬余元,具有明顯的經(jīng)濟效益。根據(jù)以上成功經(jīng)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(shè)施。

3 變頻調(diào)速裝置特點分析

3.1 變頻調(diào)速的優(yōu)點

1)具有明顯的經(jīng)濟效益。

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

3)采用變頻調(diào)速技術(shù)后,由于渣泵出口閥全開,消除了閥門因節(jié)流而產(chǎn)生的噪音,改善了工人的工作環(huán)境。同時,克服了平常因調(diào)節(jié)閥故障對生產(chǎn)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(tǒng)是多臺渣泵并聯(lián)排渣,并且變頻調(diào)速設(shè)備投資較大,不可能將所有泵全部調(diào)速,所以采用調(diào)速泵、定速泵混合供水。在這樣的系統(tǒng)中,應注意確保調(diào)速泵與定速泵都能在高效段運行,并實現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)。此時,定速泵就對與之并列運行的調(diào)速泵的調(diào)速范圍產(chǎn)生了較大的影響。主要分以下兩種情況:

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

2)不同型號泵1調(diào)1定并列運行時,若能達到調(diào)速泵在額定轉(zhuǎn)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(xiàn)最大范圍的調(diào)速運行。但此時調(diào)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(zhuǎn)速的比值立方成正比,因此隨著轉(zhuǎn)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(diào)速技術(shù)用于渣泵、風機系統(tǒng),具有調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、運行工藝安全可靠等優(yōu)點。在大力提倡節(jié)約能源的今天,推廣使用這種集現(xiàn)代先進電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的高科技節(jié)能裝置,對于提高勞動生產(chǎn)率、降低能耗具有重大的現(xiàn)實意義?？梢哉f,變頻調(diào)速技術(shù)是一項利國利民、有廣泛應用前景的高新技術(shù)。

TM 761.2

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