【壓縮機網】1. 概  述

 

　　據統計,我國的電動機用電量占全國發電量的60%一70%左右,而風機、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:風機、水泵等設備傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量,無論生產的需求大小,風機、水泵都要全速運轉,其輸出功率大量消耗在擋板、閥門的截流過程中,同時也增加了設備的損耗。由于風機、水泵類多數為平方轉矩負載,軸功率與轉速成立方關系,所以當風機、水泵轉速下降時,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來調節流量、風量,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,經濟效益相當可觀。因此大力推廣應用變頻調速技術,不僅是當前提高企業節能降耗、提高產品質量的重要手段,而且也是實現經濟增長方式轉變的必然要求。

 

　　在某400萬噸/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機及其他泵類設備,采用變頻控制節能效果顯著。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機類負荷包括每套空分裝置9臺16OkW的空冷器軸流風機。空冷器軸流風機容量是按照z*熱月平均溫度工況并留有一點余量選擇的,據林德公司實際運行經驗顯示,該風機電動機如采用變頻控制在正常工況下實際運行功率只有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度調速,僅12套空分裝置空冷器軸流風機節省電能就達到約4%×IO7kwh(計算過程詳見“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設備包括每套空分裝置3臺19OkW液氧內循環泵、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.變頻調速技術的基本原理

 

　　變頻調速技術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);通過調節電動機工作電源頻率,同時調節輸入電壓,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機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。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,中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。

 

　　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,轉速N可成比例的下降,而此時軸輸出功率P成立方關系下降。即水泵電機的耗電功率與轉速近似成立方比的關系。

 

　　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,其單位小時內的耗電量為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,其單位小時內的耗電量為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

 

　　無功功率不但增加線損和設備的發熱,更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低,大量的無功電能消耗在線路當中,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,從而減少了無功損耗。

 

　　3.3變頻調速裝置的軟起動節能

 

　　由于大容量電機直接啟動時,起動電流等于( 4一7)倍額定電流,這樣會對機電設備和供電電網造成嚴重的沖擊,而且還會對電網容量要求過高,起動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大,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功能將使起動電流從零開始,平滑的達到額定電流,減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求,延長了設備和閥門的使用壽命,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機、泵類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行計算:

 

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

 

　　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為一臺空冷器風機采用變頻調速裝置調速,頻率為45HZ時每年的節電量；W2為一臺空冷器風機采用變頻調速裝置調速,頻率為25HZ時每年的節電量；Wb為一臺空冷器風機采用變頻調速裝置調速時,每年總的節電量采用擋板開度時一臺空冷器風機的節電量為:

 

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

 

　　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機每年可節約電費2480萬元。

 

　　5.結束語

 

　　本空分裝置項目大功率風機、泵類設備均采用了變頻調速控制技術。實踐證明,變頻調速控制技術用于風機、泵類設備驅動控制場合節電效果顯著。變頻調速技術是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率,又滿足了生產工藝要求,并且因此而大大減少了設備維護、維修費用,還降低了停產周期,應在其他類似項目中大力推廣。