【壓縮機(jī)網(wǎng)】1. 概  述

 

　　據(jù)統(tǒng)計(jì),我國的電動(dòng)機(jī)用電量占全國發(fā)電量的60%一70%左右,而風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)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(jī)、水泵等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量,無論生產(chǎn)的需求大小,風(fēng)機(jī)、水泵都要全速運(yùn)轉(zhuǎn),其輸出功率大量消耗在擋板、閥門的截流過程中,同時(shí)也增加了設(shè)備的損耗。由于風(fēng)機(jī)、水泵類多數(shù)為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載,軸功率與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系,所以當(dāng)風(fēng)機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速下降時(shí),消耗的功率也將大幅下降,因此節(jié)能潛力非常大,目前z*有效的節(jié)能措施就是采用變頻調(diào)速技術(shù)來調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量,應(yīng)用變頻器節(jié)電率可以達(dá)到20%一50%,投資回收期1一3年左右,經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。因此大力推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù),不僅是當(dāng)前提高企業(yè)節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段,而且也是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。

 

　　在某400萬噸/年煤炭間接液化項(xiàng)目空分裝置中擁有大量的大功率空冷器軸流風(fēng)機(jī)及其他泵類設(shè)備,采用變頻控制節(jié)能效果顯著。該項(xiàng)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(tǒng)。

 

　　該空分裝置項(xiàng)目采用變頻器控制的風(fēng)機(jī)類負(fù)荷包括每套空分裝置9臺(tái)16OkW的空冷器軸流風(fēng)機(jī)?？绽淦鬏S流風(fēng)機(jī)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(jù)林德公司實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯示,該風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)如采用變頻控制在正常工況下實(shí)際運(yùn)行功率只有75.7kw左右如果按照每年工作333天計(jì)算,采用變頻控制調(diào)速相比采用擋板開度調(diào)速,僅12套空分裝置空冷器軸流風(fēng)機(jī)節(jié)省電能就達(dá)到約4%×IO7kwh(計(jì)算過程詳見“四、變頻調(diào)速裝置節(jié)能計(jì)算”)。

 

　　該空分項(xiàng)目采用變頻控制的泵類設(shè)備包括每套空分裝置3臺(tái)19OkW液氧內(nèi)循環(huán)泵、2臺(tái)110kw液氧流程泵、2臺(tái)75kw液氮內(nèi)壓縮泵以及每套后備系統(tǒng)3臺(tái)19OkW液氧后備泵、3臺(tái)295kw高壓液氮后備泵、3臺(tái)315kw中壓液氮后備泵。根據(jù)林德公司提供數(shù)據(jù)計(jì)算該項(xiàng)目泵類負(fù)荷采用變頻控制在正常工況下每年可節(jié)省電能約1.o×lO7kwh(該數(shù)據(jù)為不計(jì)入后備系統(tǒng)所節(jié)省電能,因后備系統(tǒng)不常用)。

 

　　2.變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理

 

　　變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù));通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)工作電源頻率,同時(shí)調(diào)節(jié)輸入電壓,達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成直流電源,然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、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(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。

 

　　3.變頻調(diào)速裝置的節(jié)能方式

 

　　3.1 變頻調(diào)速裝置的調(diào)速節(jié)能

 

　　由流體力學(xué)可知,P(功率)=Q(流量)×H(壓力),而流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比,壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比,得功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比,如果水泵的效率一定,當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí),轉(zhuǎn)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(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。

 

　　例如:本項(xiàng)目一臺(tái)液氮內(nèi)壓縮泵75kw,當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的45/時(shí),其單位小時(shí)內(nèi)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(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的12/時(shí),其單位小時(shí)內(nèi)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(diào)速裝置的功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能

 

　　無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱,更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低,大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中,設(shè)備使用效率低下,浪費(fèi)嚴(yán)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(shù),可知COSΦ越大,有功功率P越大,普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在0.6一 0.8之間,使用變頻調(diào)速裝置后,由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用,COSΦ≈1時(shí),從而減少了無功損耗。

 

　　3.3變頻調(diào)速裝置的軟起動(dòng)節(jié)能

 

　　由于大容量電機(jī)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(duì)機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊,而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過高,起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門的損害極大,對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻調(diào)速裝置后,利用變頻器的軟起動(dòng)功能將使起動(dòng)電流從零開始,平滑的達(dá)到額定電流,減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求,延長了設(shè)備和閥門的使用壽命,節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

 

　　4.變頻調(diào)速裝置節(jié)能計(jì)算

 

　　對(duì)于本空分裝置項(xiàng)目風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速裝置后的節(jié)能效果,可以采用以下方式進(jìn)行計(jì)算:

 

　　根據(jù)風(fēng)機(jī)、泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載關(guān)系式:P/PO=(n/no)3計(jì)算,式中為PO額定轉(zhuǎn)速n0時(shí)的功率;P為轉(zhuǎn)速n時(shí)的功率。以本項(xiàng)目一臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)16既w為例。運(yùn)行工況以24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行,其中每天16小時(shí)運(yùn)行在90%負(fù)荷(頻率按45Hz計(jì)算,擋板調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)功耗按97%計(jì)算),8小時(shí)運(yùn)行在50%負(fù)荷(頻率按25Hz計(jì)算,擋板調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)功耗按72%計(jì)算),全年運(yùn)行時(shí)間以333天為計(jì)算依據(jù)。則采用變頻調(diào)速裝置時(shí)每年的節(jié)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(tái)空冷器風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速裝置調(diào)速,頻率為45HZ時(shí)每年的節(jié)電量；W2為一臺(tái)空冷器風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速裝置調(diào)速,頻率為25HZ時(shí)每年的節(jié)電量；Wb為一臺(tái)空冷器風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速裝置調(diào)速時(shí),每年總的節(jié)電量采用擋板開度時(shí)一臺(tái)空冷器風(fēng)機(jī)的節(jié)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(tái)空冷器風(fēng)機(jī)采用擋板開度調(diào)速,電機(jī)功耗在97%時(shí),每年的節(jié)電量;W4為一臺(tái)空冷器風(fēng)機(jī)采用擋板開度調(diào)速,電機(jī)功耗在72%時(shí),每年的節(jié)電量;Wd為一臺(tái)空冷器風(fēng)機(jī)采用擋板開度調(diào)速時(shí),每年總的節(jié)電量。相較一臺(tái)空冷器風(fēng)機(jī)每年節(jié)電為:

 

　　W=Wb一Wd=603982.08-144921.6=459060.48kW·h。那么,本項(xiàng)目共12套空分裝置,每套空分裝置有9臺(tái)16OkW的空冷器軸流風(fēng)機(jī),共計(jì)節(jié)省電能約為12×9×5722272=4.96×IJkwll。每度電按0.5元計(jì)算,則采用變頻調(diào)速本項(xiàng)目12套空分裝置僅空冷器軸流風(fēng)機(jī)每年可節(jié)約電費(fèi)2480萬元。

 

　　5.結(jié)束語

 

　　本空分裝置項(xiàng)目大功率風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均采用了變頻調(diào)速控制技術(shù)。實(shí)踐證明,變頻調(diào)速控制技術(shù)用于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制場合節(jié)電效果顯著。變頻調(diào)速技術(shù)是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率,又滿足了生產(chǎn)工藝要求,并且因此而大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用,還降低了停產(chǎn)周期,應(yīng)在其他類似項(xiàng)目中大力推廣。