兴永焦化技术方案.doc

陕西动力源节能环保科技有限公司低压变频器节能改造可行性技术方案项目名称： 低压变频器节能改造时 间： 一 项目简介 神木县兴永兰炭有限责任公司由2008年永兴办事处12家小型兰炭企业整合而成。公司位于神木县神木镇永兴办事处前店工业园区。公司注册资本6000万人民币，总投资1.3亿，占地303亩。年产兰炭60万吨、煤焦油6万吨、粉煤11万吨、干馏炉煤气6亿Nm、年消耗原煤110万吨。二 节能技术分析依据节能分析主要根据下列原则进行2.1设计误差我国现行的某些设计规程规定风机风量裕度为510，风压裕度为1015。设计人员考虑到长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总是把系统的最大风量和风压富裕量作为选择风机型号的设计值。但风机的型号和系列是有限的，往往在选用不到合适的风机型号时，只好往大机号上靠。这样，风机的风量和风压富裕度达2030是比较常见的。不仅转动机械在设计时留有相当大的余量，其配用电动机也都留有很大的余量，如某行业转动机械配用电机的导则如下：电动机容量选择电动机的容量按机械所需轴功率选择，可按下式计算：PeK Ki Kh Pz其中 Pe电动机的额定功率（kw）K 机械的储备系数 ，见表1.2.1Ki 温度修正系数，见表1.2.2Kh 海拔修正系数，当电动机用于海拔1000m以上时，如使用地点的温度随海拔增高而递减，并满足下式时，容量不作修正，若不满足下式要求，则每超过1电动机降容1%：（h-1000）/100-（40-） 0式中 h使用地点海拔高度（m）海拔高度每升高100m电动机温升的递增值，其职位电动机额定温升的1%（）。使用地点的最高环境温度。Pz机械需要轴功率（kw）表1.2.1 机械的储备系数 机械性质水泵启动困难的风机较易启动的鼓风机输送粉状物质的风机可能带负载启动的运输机械储备系数1.21.261.151.31.2表1.2.2 温度修正系数冷却空气温度t253035404550温度系数Kt1.11.081.051.00.950.875拟合函数Kt = -1E-06t - 0.0001t + 0.0055t + 1.0598风机和水泵和电机的选型误差和变负荷风机和水泵的运行工况点的变动使运行工况点与设计高效点相偏离，对此，一般情况下，采用风机挡板和泵出口门调节的风机和水泵的工作点，从而使风机和水泵的运行效率大幅度下降。对于采用风门挡板调节风量的风机和出口门调节流量或压头的水泵这是一个固有的不可避免的问题。这种机械的用电量中，很大一部分是因风机和水泵的型号与管网系统的参数不匹配及调节方式不当而被调节机构消耗掉的。因此，改进离心风机的调节方式是提高风机效率，降低风机耗电量的最有效途径。2.2变负载调整误差风机和水泵基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的风机和水泵，如果需要调节服务点的压力或流量，只好采用流到上的阀门，对于泵采用出口阀，风机则采用入口风门调节流量，都存在严重的节流损耗。尤其在机组变负荷运行时，由于风机和水泵的运行偏离高效点，使运行效率降低。调查表明：我国发电企业50MW以上机组锅炉风机运行效率低于70的占一半以上，低于50的占1/5左右。由于目前普遍的机组负荷偏低，风机的效率就更低，有的甚至不到30，结果是白白地浪费掉大量的电能。离心式风机在变速调节的过程中，如果不考虑管道系统阻力R的影响，且风压H随流量Q成平方规律变化，则风机的效率可在一定的范围内保持最高效率不变（只有在负荷率低于80时才略有下降）。图3给出了某风机采用风门挡板调节和变速调节方式时，风机的效率流量曲线。 由图3可知：在风机的风量由100下降到50时，变速调节与风门挡板调节方式相比，风机的效率平均高出30以上。因而，从节能的观点来看，变速调节方式为最佳调节方式。另外，采用定速驱动时，风机靠风门挡板，水泵则靠阀门开度来调节流量，除产生大量的节流损耗外，反应速度慢，甚至可导致靠它作为调节手段的自动调节装置无法投入，影响整个工业过程的总体协调控制无法投入。采用调速驱动后，过程的可控性提高了，响应速度加快，控制精度也提高了。从而进一步节约能源。同时，采用变速调节以后，可以有效地减轻机械叶轮和轴承的磨损，延长设备使用寿命，降低噪声，大大改善起动性能。工艺条件的改善也能够产生巨大的经济效益。图3 风机采用风门挡板调节和变速调节方式时，风机的效率流量曲线。图4给出了离心式风机不同负荷下不同调节方式的轴功率（以相对额定轴功率的百分比给出），图中最下一条曲线为理想的轴功率曲线。从图中可见各种调节方法能耗区别之大。图4离心式风机不同负荷下不同调节方式的轴功率2.3工艺与管理误差在设计与运行上都存在节能空间的设备，由于大功率电机不允许频繁启动，冷却用设备不随环境温度变化调整，造成大量能源浪费。这其中有工艺流程设计的粗放式原因，也有生产过程精细化管理上的不到位。通过节能技术改造，可以在技术上实现适应性调整，达到节能的目的。14低压变频器改造节电率和选型3.2低压(380V)变频器的选型和节电率 台 单位设备名称电机参数负载额定参数预计节电率运行参数变频器参数数量功率KW电流A压力/扬程m流量m3/h%kWh*ah电流A功率KW开度%压力MPa流量m3/h型号煤气风机90163.617670128.86*ah14073.876.56840HID300-T4-110P12空气风机4583.910250124.8*ah704076.53800HID300-T4-55P4夹套水泵4584.738243103.2*ah62321000.33178HID300-T4-55P4凉水塔水泵3769.944176154.65*ah60311000.26130HID300-T4-45P4冷热环泵4584.738243103.2*ah62321000.33178HID300-T4-55P8合计32项目中以ah=24300=7200小时（除去维修停产时间）计算。节约电量P=（8.86*12+4.8*4+3.2*4+4.65*4+3.2*8）*7200=1314144KWH电价为0.7元，一年节约电费约为：1314144*0.7=919900元四 各分厂节能分析节能分析表1. 离心式风机风门开度与风量、风压和节电率的关系：风门开度（o）风门开度（）风 量（）风 压（）节电率（）10 o11.1 25.0 10.0 95 15 o16.7 35.0 15.0 90 20 o22.2 45.0 22.0 80 25 o27.7 55.0 32.0 70 30 o33.3 61.7 42.0 60 35 o38.9 68.3 50.0 48 40 o44.4 76.7 60.0 31 45 o50.0 81.7 68.0 20 50 o55.6 83.3 75.0 16 55 o61.1 85.5 80.0 13 60 o66.7 88.3 84.0 10 65 o72.2 90.8 87.3 7 70 o77.8 93.1 90.4 5 75 o83.3 95.1 93.3 3 80 o88.9 96.7 95.8 2 85 o94.4 98.8 98.0 0 90 o100.0 100.0 100.0 4 现场数据煤气风机参数风 机 参 数 运行参数 12用6备电动机型号/Y280M-4风机型号 23 Y运行电压 KV0.38额定功率kW90风机类型离心式运行电流 A140额定电压kV0.38额定流量 m3/h17670实际转速r/min额定电流A163.6额定全压 KPa进口风门开度%76.5额定转速r/min1480额定转速 r/min入口压力KPa额定效率 %额定风机效率 %出口流量m3/h6840额定功率因数0.89额定轴功率kW调节方式阀门节能分析煤气风机长期在额定转速下运行,根据目前运行现状,用运行电流可求出各低压电动机在现有运行方式下的功率，根据上表实际测量的数据，可以算出各电机实际消耗的有功功率：煤气风机P1 = 1.732 I2 U2 cos0.9= 1.7320.381400.890.9=73.8(KW)0.9此值为功率因素下降系数，如果实际电流越接近额定电流，此值越接近1，如果越小于额定电流，此值越小，基本为0.8-0.95间。安装变频器后,我们将风门开度调整为100%.风机原先调节方式为通过调节入口风门开度的方式，现改为调节风机的电机运行频率，改变电机的速度来达到调节的目的。根据流量、压力、轴功率与其转速的关系用文字表述为：流量与转速成正比、压力与转速的平方成正比、轴功率与转速的立方成正比。Q2/Q1 = n2/n1H2/H1 = (n2/n1)2 P2/P1= (n2/n1)3节电率计算：煤气风机现有运行出口流量为6840m3/h，根据离心式风机特性，以此作为节能分析标准。安装变频器后根据流体学原理P2 = P1(n2 /n1)3可以求出低速下的实际消耗的有功功率：煤气风机P2 = Pe (n2 /n1)3 = Pe (Q2 /Q1)3 = 90（6840/17670）3 =900.393=5.3KW变频时合计消耗电能：煤气风机P3=P2 /1/2= 5.3/96%/90% =6.2（KW）1为变频效率；2为传动效率理论节电率：煤气风机理论=( P1P3 )/ P1(73.8-6.2)/73.8=91.6%（此数据是按照实际风量和额定风量比值计算，根据经验，不会有这么高的节电率）备注：这是按照阀门开度为76.5%计算出的节电率由给出的风门开度为76.5，其对应的实际风量约为额定风量的90%即17670 m3/h90%=15903 m3/h，其对应的节电量应该为12%空气风机参数风 机 参 数 运行参数 4用4备电动机型号/Y225M-4风机型号运行电压 KV0.38额定功率kW45风机类型离心式运行电流 A70额定电压kV0.38额定流量 m3/h10250实际转速r/min额定电流A83.9额定全压 KPa进口风门开度%76.5额定转速r/min2970额定转速 r/min入口压力KPa额定效率 %额定风机效率 %出口流量m3/h3800额定功率因数0.89额定轴功率kW调节方式阀门节能分析空气风机长期在额定转速下运行,根据目前运行现状,用运行电流可求出各低压电动机在现有运行方式下的功率，根据上表实际测量的数据，可以算出各电机实际消耗的有功功率：煤气风机P1 = 1.732 I2 U2 cos0.9= 1.7320.38700.890.9=40 (KW)0.9此值为功率因素下降系数，如果实际电流越接近额定电流，此值越接近1，如果越小于额定电流，此值越小，基本为0.8-0.95间。安装变频器后,我们将风门开度调整为100%.风机原先调节方式为通过调节入口风门开度的方式，现改为调节风机的电机运行频率，改变电机的速度来达到调节的目的。根据流量、压力、轴功率与其转速的关系用文字表述为：流量与转速成正比、压力与转速的平方成正比、轴功率与转速的立方成正比。Q2/Q1 = n2/n1H2/H1 = (n2/n1)2 P2/P1= (n2/n1)3节电率计算：空气风机现有运行出口流量为3800m3/h，根据离心式风机特性，以此作为节能分析标准。安装变频器后根据流体学原理P2 = P1(n2 /n1)3可以求出低速下的实际消耗的有功功率：空气风机P2= Pe (n2/n1)3=Pe (Q2/Q1)3=45（3800/10250）3=900.393=2.3KW变频时合计消耗电能：煤气风机P3=P2/1/2=2.3/96%/90% =2.7（KW）1为变频效率；2为传动效率理论节电率：空气风机理论=(P1P3)/P1(40-2.7)/40=93.2% （此数据是按照实际风量和额定风量比值计算，根据经验，不会有这么高的节电率）备注：这是按照阀门开度为76.5%计算出的节电率由给出的风门开度为76.5，其对应的实际风量约为额定风量的90%即10250m3/h90%=9225m3/h，其对应的节电量应该为12%夹套泵参数水泵参数运行参数 4用2备电动机型号Y2-225M-4水泵型号运行电压 KV0.38额定功率kW45水泵类型离心式运行电流 A62额定电压kV0.38额定流量 m3/h243实际转速r/min额定电流A84.7扬程M38阀门开度%100额定转速r/min1475额定转速 r/min出口压力MPa0.33额定效率 %额定风机效率 %流量 m3/h178额定功率因数0.87额定轴功率kW调节方式阀门静扬程=0.33/0.38=87%流量比=178/243=73%=转速比轴功率=1.732 I2 U2 cos0.9= 1.7320.38620.870.9=32(KW)轴功率/定功率=32/45=71%查表 水泵系统在不同静扬程和不同流量时转速、轴功率，其节电率：2.2%(估算)由于阀门全开其变频节电率比较低，根据经验，随着生产负荷的变化，安装变频后能根据工艺调节供水压力和流量，一般节电率在10%左右。凉水塔水泵参数水泵参数运行参数 4用2备电动机型号Y2-225M-4水泵型号运行电压 KV0.38额定功率kW37水泵类型离心式运行电流 A60额定电压kV0.38额定流量 m3/h176实际转速r/min额定电流A69.9扬程M44阀门开度%100额定转速r/min1475额定转速 r/min出口压力MPa0.26额定效率 %额定风机效率 %流量 m3/h130额定功率因数0.87额定轴功率kW调节方式阀门静扬程=0.26/0.44=59%流量比=130/176=74%=转速比轴功率=1.732 I2 U2 cos0.9= 1.7320.38600.870.9=31(KW)轴功率/定功率=31/37=84%查表 水泵系统在不同静扬程和不同流量时转速、轴功率，其节电率：15%(估算)冷热环泵参数水泵参数运行参数 8用4备电动机型号Y2-225M-4水泵型号运行电压 KV0.38额定功率kW45水泵类型离心式运行电流 A62额定电压kV0.38额定流量 m3/h243实际转速r/min额定电流A84.7扬程M38阀门开度%100额定转速r/min1475额定转速 r/min出口压力MPa0.33额定效率 %额定风机效率 %流量 m3/h178额定功率因数0.87额定轴功率kW调节方式阀门静扬程=0.33/0.38=87%流量比=178/243=73%=转速比轴功率=1.732 I2 U2 cos0.9= 1.7320.38620.870.9=32(KW)轴功率/定功率=32/45=71%查表 水泵系统在不同静扬程和不同流量时转速、轴功率，其节电率：2.2%(估算)由于阀门全开其变频节电率比较低，根据经验，随着生产负荷的变化，安装变频后能根据工艺调节供水压力和流量，一般节电率在10%左右。表2 水泵系统在不同静扬程和不同流量时转速、轴功率和节电率： 流量Q/Qe静扬程Hst零流量10203040506070809010转速%31.637.142.848.554.861.368.475.883.391.2轴功率%3.164.277.8411.416.523.132.043.657.875.9节电率%90.586.782.275.570.462.551.238.320.920转速%44.749.554.459.464.569.674.880.185.892.1轴功率%8.9312.116.121.026.833.741.951.463.278.1节电率%79.475.270.865.359.251.542.431.217.030转速%54.858.662.566.570.674.778.983.488.193.0轴功率%16.520.124.429.435.241,749.158.068.480.4节电率%65.662.259.153.449.542.635.025.814.540转速%63.266.269.372.575.879.282.786.390.093.9轴功率%25.229.033.338.143.649.756.664.372.982.8节电率%55.853.549.946.040.534.528.020.912.050转速%70.773.175.678.180.783.486.288.991.894.8轴功率%35.539.143.247.656.758.064.170.377.485.2节电率%43.641.536.032.729.525.821.316.19.460转速%77.579.280.982.684.586.688.891.093.395.7轴功率%46.649.752.956.460.365.070.175.481.287.7节电率%30.128.426.624.522.218.915.511.96.870转速%83.785.086.387.688.990.391.893.394.896.6轴功率%58.661.464.367.270.373.677.481.285.290.2节电率%12.411.410.39.38.37.26.25.14.280转速%89.590.391.191.992.793.694.595.496.497.5轴功率%71.773.675.677.679.782.084.486.889.692.7节电率%5.95.14.33.63.12.62.21.81.5阀门调节功耗737780848790939698注意：1. 表中最左边一栏为水泵系统静扬程与全扬程的百分比；2. 表中最上边一栏为水泵系统的实际流量与额定流量的百分比。3. 本表所列数据系根据某典型水泵特性得出，与实际的泵有一定误差。五、低压控制电缆的实施方案5.1系统控制方案本项目HID300系列变频器配置的控制系统采用一拖一工变频切换方案，变频与工频能够手动切换，其一次系统如下图所示：变频调速系统由断路器、工变频切换旁路、HID300系列低压变频器组成。旁路是由两个低压接触器KM1、KM2组成。闭合断路器QF,二次控制线路中三位钥匙开关打到节能端时，允许电机变频运行，给变频器启动运行信号后， KM1闭合，KM2断开，电机以变频方式运行；闭合断路器QF,二次控制线路中三位钥匙开关打到工频端时，允许电机工频运行，给变频器启动信号后，KM2闭合， KM1断开，电机以工频方式运行。变频与工频之间的切换，