简论风机风机变频改造节能技术学术

摘要:论述了变频调速控制的节能原理,并根据变频改造前后对比证明通过变频改造后的变频调速技术,性能更稳定可靠,更具显著经济效益.
关键词:风机变频；变频调速；节能

引言：
风机是水泥厂运行的主要设备,耗电量占厂用电的30%左右,其运行调节方式通常是通过调节挡板、阀门开度来调节风量,由于在挡板上产生了附加的压力损失,浪费了大量能源。采用变频调速技术改造风机系统，不仅可以节约能源，而且使系统运行更加合理可靠。

1.节能分析

变频调速是近代电气工程中发展最快的一种电机调速方式，其转速方程式为：n=60f(1-s)/p,只要改变f，就可实现n的变化而达到无级调速的目的。其中：f-电源频率；p-电机极对数；s-电机转差率；n-电机转速。从流体力学原理得知,风量与转速成正比,风压与转速平方成正比,轴功率与转速立方成正比。根据贵方提供挡风在75%-80%，不需用风量25%-20%被放调，按最保守情况估计,使用变频器后电机最高运行频率为43HZ，根据轴功率与转速三次方成正比例，即P´/P=(43/50)3 =63.61%,即节电率为(1-63.61%)=36.39%。风机率效因素及外界管路损耗影响外，保守估计节电率不低于20%。此外还没有考虑软启动和对电机及机械系统保护发生的修理而节约的费用。根据贵方工况情况一年可节电如下:
132KW电机的变频改造电额为：
132KW*24（小时/天）*30（天/月）*12（月/年）*0.87（功率因数）*（节电率）*0.7电费（元/度）
附表风机/泵类负载应用变频器的节电率

2.风机调速的节能原理

根据流体力学原理，风量正比于风机转速，而轴功率正比于风机转速的三次方。具体举例说明如下:
2.1当风机的转速下降到原来的80％时，风量也下降到原来的80％。而此时轴功率下降到原来的(80％)3=51.2％。这样在风量Q仅下降到80％(实际下降2喘)的情况下，轴功率则下降到满负荷的51.2％(实际下降48.8％)，即理论节能48.8％。
2.2而实际上由于改造水封闭设施等因素，绝大多数锅炉的实际用风量会下降到80％以下。

3.调速方式的选取

一般水泥厂用的较多的电机调速方式有电磁滑差离合器调速、液力耦合器调速和液力离合器调速。这几种调速方式的优点是投资少,节能效果较好,缺点是存在转差损失,效率较低,运行可靠性低,维修量大。近些年来电力电子技术

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、计算机控制技术和自动控制技术飞速发展,交流变频调速技术已进入大功率、高性能的发展阶段,这项技术具有优异的调速和启、制动性能,且调节精度高,控制灵活,节能效果显著。

4.变频调速节能原理

异步电机的转速n与电源频率f、转差率S、电机极对数P的关系由下式决定,可用以下表示:
可以看出,转速n与电源频率f成正比,即改变f就可改变n。基于这一原理,制成变频器作为变频电源来调节电动机的转速。变频调速不存在励磁滑差损耗和挡板、阀门节流功率损耗,不存在转差损耗,因此节能效果良好。变频调速的调速范围大,电机可在0%～100%频率转速下运行,可以实现无级调速。采用变频调速对引风机改造无需更换电动机。这项技术可使控制方式更加灵活,便于集中调控,提高了自动化水平。

5.改造前设备工况

由于设备是通过调节挡风板和阀门的开启角度的机械调节方法来满足不同的用风量，这种操作方式的缺点是:

5.1电机及风机的转速高，负荷强度重，电能浪费严重；

5.2调节精度差，控制不精确；

5.3电气控制直接起动，启动时电流对电网冲击大，需要的电源（电网）容量大，功率因素较低；

5.4起动时机械冲击大,设备使用寿命低；

5.5电气保护特性差，当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备等。采用变频器可实现大的电动机的软停、软起，避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。

6.变频改造方案

变频柜具有工/变频切换功能，系统各台电机均由相应变频器驱动，在变频器出现故障时可自动切换到工频启动，以保证生产的连续性。能远程控制起动、停止。

7.节能效果分析

按一台收尘风机计算
引风机功率：132KW
改造前每天耗电量：132X24=3168KWH
每年耗电量：3168X300=950400KWH(按每年运行300天计算)
改造后每天耗电量： 132X24X5

1.2％=1622.016KWH

每年耗电量：1622.016X300X5

1.2=486604.8KWH (按每年运行150天计算)

改造前后每年节省电能：950400—486604.8=46379

5.2KWH

按每KWH电0．7元计算
每年节电：46379

5.2X0．7=324656.64元

实际使用中，再考虑到现场的其它诸多因素，一台132千瓦收尘风机可节省电费30万元左右，设备投资约100000元左右。这样半年左右便可收回设备投资。同时由于风量调节比较合理，提高了风机收尘效率。最重要的由于降低了风机转速，因而大幅度的降低了噪音，对环保方面也有很大改善。
对于罗茨风机，虽然节能比率低一些（10%以上），由于罗茨风机运行时间较长节能效果也同样非常可观。
8.采用变频器控制将有以下诸多优点
8.1采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障率，节电效果显著；
8.2采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿命，避免了对电网的冲击；
8.3电机在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响；
8.4具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能；
8.5变频具有工/变频自动切换功能，能够保证生产的连续性。
9.结束语
实践证明，变频改造具有显著的节电效果，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且还大大减少了设备维护、维修费用，另外当采用变频调速时，由于变频装置内的直流电抗器能很好的改善功率因数，也可以为电网节约容量。直接和间接经济效益十分明显。
参考文献：
黄元培,张学.变频器应用技术及电动机调速.人民邮电出版社,1998.
齐义禄.节能降耗技术手册.中国电力出版社,1998.
[3]王贺芩,邹文华等.风机变频改造节能技术在水泥厂的应用.中国电力,2002(2).