变频技术在节能领域的应用.doc

变频技术在节能领域的应用一、什么是变频技术？电气传动一般分为调速与不调速两大类，调速又分为交流调速和直流调速两种方式。目前60%的中国发电量用于驱动各类电动机。不调速电动机直接由电网供电，频率为50赫兹。变频技术，通俗来讲就是改变转动设备（内部自带电机或者驱动电机）的励磁频率来调节设备的转速。比如风机、泵、搅拌机、压缩机以及大量由电机驱动的传送带、提升机、卷扬机等设备。具体变频机理不赘述。二、变频技术为什么会节能？还有什么其它好处？因为设备启动、过载需求以及安全等原因，往往设备选型都会过大，一般而言，目前所有领域的设备都是大马拉小车状态，区别就在于这个马与车匹配性差异大小。因此平时运行都在额定功率之下运行，则导致不必要的能源消耗。应用变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速下运行。以风机水泵为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果非常可观。与此类似，许多变动负载电机一般按最大需求来生产电动机的容量，故设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。所以使用变频器就等于落实了节能措施，可大大提高轻载运行时的工作效率。因此，变动负载的节能潜力巨大。以生活给水泵举例，对于普通家庭而言晚上需水量大于白天。而为了满足晚上的需水量，则泵的选型以晚上的需求为基准，则白天过载运行，而在变频技术没有出现之前，一般采取泵出口强行阀门关小（堵水）的办法解决，而泵依旧按部就班工频运行，则导致了不必要的能源消耗。而通过变频技术的应用，则可以通过调整转速改变供水量，降低能源消耗。变频技术还可以使设备软启动、软停车，也就是缓慢启动与停车，降低设备损耗，提高设备寿命。当然启动情况下，也降低了启动电流，有一定的节能潜力。三、变频技术应用在什么领域？变频技术应用的本质在于调节转速，调节转速的目的在于调节量（物流，包括气体、液体和固体）。只要存在输送的量变化的领域，则存在变频技术应用的空间。后续将举例进行说明：（1）变频调速节能在石油化工行业的应用 九江石化公司，投入资金5000万元，改造项目：风机、水泵变频调速，平均回收期2年。如：液氨输送泵。通过控制电动机转速控制氨流量，使泵出口阀处于全开状态，扬程与管网特性曲线相吻合，电动机降速运行，电动机运行电流明显降低，并实现软启动。如：炼油装置的鼓风机。原鼓风机通过调节风门挡板实现风量调节，通过风机变频改造，调节风机转速而改变风量，降低能耗。如：化肥装置的渣油进料泵。原有控制方式通过调节泵出口阀调节流量，节流量已接近泵流量50%，电力严重浪费，变频之后节能70%。（2）变频调速节能电力行业的应用 汕头万丰热电厂。改造项目：供水泵变频调速。原有水泵功率过高（原因是锅炉蒸汽量改变，导致水泵不匹配），一般出口阀门开度在60%，变频改造之后，开度90%，该项目节能率22.85%。备注：水泵一般调节方式有三种：节流调节、回流调节、变频调节。 金牛股份蒸汽锅炉。改造项目：鼓风机、引风机、给水泵变频控制。鼓风机、引风机采用传统工频控制方式，鼓引风机是根据满负荷工作量来选型的，实际应用中大部分时间并非工作于满负荷状态，运行过程中，必须根据用汽情况不断调整锅炉负荷及燃烧室的运行，以保证锅炉汽压的稳定。改造前通过开大或关小鼓风机或引风机调节风门满足。水泵调节方式与此大致相同。总体节能率27%。袁店二矿。改造项目：锅炉鼓风机、引风机。通过调节电动机转速和风量，精确调节锅炉送风量及引风量，节能30-40%。备注：控制策略（方便理解，供参考）1）鼓风机：在锅炉运行时,必须不断供给炉膛中燃料燃烧所需的空气，那样燃料才能得到充分燃烧。控制回路是根据实际的炉膛温度数值进行调节的。其目的是为了保持合适的炉膛温度，在温度发生变化时，感应装置通过变送器，将测出的炉膛温度信号转换成电信号，经过PID控制算法后输出给变频器，变频器再通过输出不同电压及频率控制鼓风机电动机转速，控制鼓风机风量的大小。2）引风机：连续不断地将炉膛内燃烧产生的烟气通过烟道、烟囱排出，如果风量过大，排烟温度过高，会造成浪费；如果风量过小会影响锅炉的效率。通过感应装置采集炉膛负压信号，经过变送器反馈至变频器，通过变频器内置的PID参数调整，调整引风机电动机转速，以任意调节引风量大小。（3）中央空调领域的应用空调系统中环境温度逐时变化，简单而言，早上、中文、晚上室外温度不一样，室内空气调节需要的冷热量是不同的，因此如果将冷热风量进行变风量控制，可以大大节能。同理，在冷却水侧，环境温度不同，所以在冷热需求一定情况下，冷却水的水量也是需要逐时变化的，存在一定的节能空间。因此，根据理论与实践验证，如果按照冷却水进出口温差对冷却水泵进行变频，冷却塔风机采用启停控制。研究认为，当冷却水泵占主机的电功率为14.5%时，与采用调节阀控制冷却水流量相比，该方法可节电29.7%（基准是冷却水泵耗电），12年可以收回初投资。（4）矿山领域应用 空气压缩机。空压机是矿山生产的重要设备之一，它生产压缩空气，用以带动风动凿岩机、风动装岩机等设备以及其它风动工具，其耗电量约占全矿总电耗的8%11%，随着矿井的延深，耗电量还将进一步增加。空气压缩机气量的供求关系主要表现为排气压力的变化，当排气量正好满足生产用气量要求时，储气压力保持不变，但由于矿山生产用风量的不均衡，而装机容量需根据矿井最大用风量并留有余量设计，故实际运行中空气压缩机供风量远大于实际用风量。若空气压缩机仍恒速运转，则储气罐内的气体压力越来越大，当罐内压力上升达到设定压力时，一般采用两种办法：一种是空气压缩机卸荷运行，不产生压缩气体，电动机处于空载运转，其用电量仍为满负载的30% 60%，这部分电能被白白浪废掉；另外一种办法是停止空气压缩机运行，但将会带来电动机的频繁启动。空气压缩机的空载启动电流大约是额定电流的5 7倍，对电网及其它用电设备冲击较大，同时使空气压缩机的使用寿命也会缩短。为满足生产设备用气要求，储气罐内空气运行压力通常设为0.550.65MPa，目前大多数空气压缩机均采用切断进气的调节方式来改变排至储气罐的气量。随着电力电子技术的发展，目前最佳解决方案是对空气压缩机实行变频调速节能控制。 神东煤炭分公司。改造项目：煤矿井下带式输送机（刮板输送机、主运带式输送机），结合煤量大小自动调整带式输送机的速度。节能空间不低于15%。（5）冶炼厂窑炉等领域 冶炼厂干燥窑举例：干燥窑是湿法炼锌的主要设备。生产过程中，干燥窑排放出大量粉尘和烟气，所以必须设置收尘排风系统。某厂原来的收尘系统中，排风机设计轴功率为54.9KW，而实际选配电动机功率为75KW；设计排风量为3331m3/h，实际所选排风机烟气量为7000-13000 m3/h。原系统利用调节管道阀门的开度来控制排风量，能量损失很大，不利于节能。对干燥窑收尘排风系统中排风机进行了技术改造，以求达到节能，提高系统性能的目的。（6）其他领域其他很多具备大型泵、风机等流体输送设备领域均可以根据实际情况进行变频改造。四、变频技术领域如此之多，共性特点是什么？（1）初装置选型过大。设备选型过大，工作则在额定功率下，则可以通过变频提高效率。（老旧设备一般都存在此问题）（2）存在温度的调节。流体受外界温度影响较大，调节时一般控制热平衡，则可以调节流量的方式节能。（利用环境水或空气冷却系统均存在此问题）（3）变流量运行频繁。受工艺影响，流体输送（压力维