石立峰,耿宏霞
(黑龍江昊華化工有限公司,黑龍江 齊齊哈爾161033)
變頻技術(shù)從上世紀80 年代開始迅速發(fā)展,并日趨成熟,因其節(jié)省效果而得到廣泛應(yīng)用。 黑龍江昊華化工有限公司于2009 年新建 “30 萬t/a 燒堿裝置、30 萬t/a 聚氯乙烯裝置”, 并新建75 t/h 流化床鍋爐, 由于原35 t/h 鍋爐耗電量較大, 決定對3 臺35 t/h 鍋爐進行變頻改造。
從流體力學的原理得知, 使用感應(yīng)電動機驅(qū)動的風機、水泵負載,軸功率P 與流量Q,揚程H 的關(guān)系為:
當電動機的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時,Q、H、P 與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下:
可見, 流量Q 和電機的轉(zhuǎn)速n 成正比關(guān)系,而所需的軸功率P 與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。 所以,當需要80%的額定流量時,通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%,即調(diào)節(jié)頻率到40 Hz 即可,這時所需功率僅為原來的51.2%。從圖1 所示的風機、水泵運行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。
圖1 風機、水泵(設(shè)靜壓為零)的運行曲線圖
當所需風流量從Q1減小到Q2時, 如果采用調(diào)節(jié)閥門的辦法,管網(wǎng)阻力將會增加,管網(wǎng)特性曲線上移,系統(tǒng)的運行工況點從A 點變到新的運行工況點B 點運行,所需軸功率與H2×Q2成正比;如果采用調(diào)速控制方式,風機、水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2,其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變, 但風機、 水泵的特性曲線將下移,因此其運行工況點由A 點移至C 點。此時,所需軸功率P3與HB×Q2成正比。 從理論上分析,所節(jié)約的軸功率△P 與(H2-HB)×Q2的面積成正比。 考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗, 通過實踐的統(tǒng)計, 風機泵類通過調(diào)速控制可節(jié)能20%~50%,有些風機負載節(jié)能達60%以上。
2.1.1 改造原因
鍋爐運行負荷根據(jù)生產(chǎn)的需要而變化, 鼓風機的風量也隨之變化, 傳統(tǒng)的風量調(diào)節(jié)都是通過調(diào)節(jié)風門擋板實現(xiàn)的, 這種風量調(diào)節(jié)方式不但使風機的效率降低,也使很多能量白白消耗在擋板上。為了節(jié)約電能,提高鍋爐燃燒控制水平,增加經(jīng)濟效益,采用變頻調(diào)速系統(tǒng)取代低效高能耗的風門擋板, 鼓風機風量變化范圍為30%~90%, 配套鼓風機(1#、2#、3#爐)均為90 kW 電機,都是按冬季最大負荷配置,低負荷時鼓風機能源浪費較大,因此,使用變頻器進行節(jié)能技術(shù)改造。
2.1.2 采取措施及投資
將鼓風機現(xiàn)有的自耦降壓起動器拆除, 更換成變頻器,通過改變頻率,調(diào)整電機轉(zhuǎn)速,使之達到鍋爐低負荷時所需的鼓風量,轉(zhuǎn)速與軸功率下降,節(jié)能效果良好。
90 kW 變頻器3 臺,約需24 萬元(西門子變頻器報價),其他材料可以利用原啟動柜的。
2.1.3 節(jié)能效果
當變頻調(diào)速后電機轉(zhuǎn)速為未調(diào)速的60%時,鼓風機消耗功率為額定功率的21.6%, 空載損耗為0.15。
全速狀態(tài)下的功率:p1=90-90×0.15=76.5(kW);變頻狀態(tài)下功率:p2=0.216×76.5+90×0.15≈30.1(kW);節(jié)約的功率:pj=76.5-30.1=46.4(kW)。
每年按運行180 天,每天按24 h 計,則全年節(jié)能:Q=pj×24×180=200 448(kW·h)
按每度電0.6 元/kW·h 計, 則每年節(jié)約的電費為:200 448×0.6=120 268.8(元)。
3 臺配套爐鼓風機通過變頻改造, 每年可節(jié)約電費:120 268.8×3=360 806.4(元)≈36(萬元)。
變頻器投入使用后,不但節(jié)約了電能,還可以實現(xiàn)大的電動機的軟停軟起, 避免了啟動時的電壓沖擊,減少電動機故障率,延長使用壽命,同時降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗。
2.2.1 改造原因
鍋爐引風機的變化范圍為70%~90%,配套引風機1# 爐為110 kW、2#、3# 爐均為132 kW 電機,都是按冬季最大負荷配置, 低負荷時引風機能源浪費較大,因此使用變頻器進行節(jié)能技術(shù)改造。
2.2.2 采取措施及投資
將鼓風機現(xiàn)有的自耦降壓起動器拆除, 更換成變頻器,通過改變頻率,調(diào)整電機轉(zhuǎn)速,使之達到鍋爐低負荷時所需的鼓風量,轉(zhuǎn)速與軸功率下降,節(jié)能效果良好。
110 kW 變頻器一臺, 需8.5 萬元;132 kW 變頻器2 臺,需18 萬元;共計投資26.5 萬元;其他材料可以利用原啟動柜的。
2.2.3 節(jié)能效果
當變頻調(diào)速后電機轉(zhuǎn)速為未調(diào)速的80%時,引風機消耗功率為額定功率的51%,空載損耗為0.15。
1#35 t 爐(110 kW)全速狀態(tài)下的功率:p1=110-110×0.15=93.5(kW);變頻狀態(tài)下功率:p2=0.51×93.5+110×0.15≈64.2(kW);節(jié)約的功率:pj=93.5-64.2=29.3(kW)。
每年運行按180 天,每天按24 h 計,則全年節(jié)能:Q=pj×24×180=126 576(kW·h)。
按0.6 元/kW·h 計, 則每年節(jié)約的電費為:126 576×0.6=75 945.6(元)。
2#、35 t 爐 (132 kW) 全速狀態(tài)下的功率:p1=132-132×0.15=112.2(kW);變頻狀態(tài)下功率:p2=0.51×112.2+132×0.15≈77 (kW); 節(jié)約的功率:pj=112.2-77=35.2(kW)。
每年按運行180 天,每天按24 h 計,則全年節(jié)能:Q=pj×24×180=152 064(kW·h)。
按每度電0.6 元/kW·h 計, 則每年節(jié)約的電費為:Md=152 064×0.6 元=91 238.4(元)。
3#爐同2#爐。
1#、2#、3#爐引風機通過變頻改造,每年可節(jié)約電費:75 945.6+91 238.4×2=258 422.4(元)≈25.8(萬元)。
現(xiàn)有的24 臺各種工業(yè)高壓(10 kV)電機開工率僅為40%,為了節(jié)約能源,擬進行變頻電氣了自動化節(jié)能改造。
24 臺高壓電機合計總功率為26 069 kW, 年總消耗電量為26 069 kW×8 000 h=20 855 200 kW·h=2 085.5 萬kW·h。根據(jù)生產(chǎn)負荷情況,擬按照合同能源管理模式分三期實施。
(1)一期改造。改造公用循環(huán)水泵(1 000 kW)2臺;聚合循環(huán)水泵(1 400 kW)1 臺。
表1 一期改造后預計年節(jié)電量及電費預測表
(2)二期改造。改造5 ℃冷凍水機組(1 303 kW)2 臺;-35 ℃冷凍水機組(820 kW)1 臺;75 t 爐給水泵(280 kW)1 臺、引風機(560 kW)1 臺、二次風機(220 kW)1 臺、一次風機(450 kW)1 臺;鼓風機(710 kW)1 臺、(355 kW)1 臺;雨水泵(185 kW)1臺。
(3)三期改造。 改造空氣壓縮機(1 050 kW)1 臺、(370 kW)1 臺; 氯氣壓縮機 (450 kW)1 臺、(220 kW)2 臺;水環(huán)壓縮機(250 kW)3 臺;VCM 壓縮機(500 kW)3 臺。
3.2.1 測量裝置及測量范圍
根據(jù)用戶配電系統(tǒng)的具體情況, 在被控對象的電源進線處安裝三相電度表計量裝置 (含電流互感器),所安裝計量設(shè)備的計量范圍能覆蓋全部被控對象,但不應(yīng)包含可能運行的非被控對象。
3.2.2 測量方法及條件
采用HCS 系列節(jié)能控制系統(tǒng)在節(jié)能工況下運行和在原模式(即工頻運行)工況下運行的能耗進行對比的測試方法,即系統(tǒng)在相鄰兩天中,采用節(jié)能模式和原模式(即工頻運行) 交替在相同時間段上運行,對其能耗進行測試、記錄和對比。
使用HCS 負荷動態(tài)自動跟蹤智能控制系統(tǒng)后,系統(tǒng)運行管理的自動化程度得到大大提高,可減輕操作人員的勞動強度。 同時,系統(tǒng)將實現(xiàn)在低頻狀態(tài)下啟、停,可大大減少對電網(wǎng)的沖擊和對電機的磨損,減少設(shè)備的故障率,延長設(shè)備的使用壽命,降低設(shè)備的維修成本。
現(xiàn)階段, 節(jié)能減排已成了每個企業(yè)可持續(xù)發(fā)展必須考慮的問題, 而高壓變頻器的廣泛應(yīng)用可以很好地節(jié)約電能,減少能源消耗。建議有關(guān)企業(yè)積極推行高壓電機變頻改造, 對經(jīng)常不需要在工頻狀態(tài)下滿負荷運行就可滿足工藝要求的風機、 水泵類電機進行變頻改造, 自有資金不足的可以利用節(jié)能返款發(fā)承包模式,這樣,既不用業(yè)主單位直接投資,又節(jié)約了電能,降低了能源消耗。新建項目也應(yīng)該在設(shè)計時就充分考慮變頻器的節(jié)能作用,工況經(jīng)常變動的,有時不需要在滿負荷條件下運行的電機都盡量加裝變頻器,以達到節(jié)能的目的。