大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告(WORD版本).DOC

大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造大型固定机械及拖动电动机变频调速改造 可行性研究报告可行性研究报告 目目 录录 1 总论总论 1 1 1 项目概况 1 1 2 可行性研究报告编制依据 编制原则 编制范围内容 1 1 3 项目建设单位概况 3 1 4 项目建设背景 4 1 5 项目建设有利条件 5 1 6 主要原材料 燃料及动力供应 6 1 7 项目主要建设内容 6 1 8 节能效果及主要技术经济指标 7 2 电动机变频调速改造电动机变频调速改造 8 2 1 设计依据 8 2 2 概述 8 2 3 改造的必要性 10 2 4 电力负荷 11 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 2 5 变频调速方案 12 2 6 软起动 19 2 7 总投资 21 3 设备改造设备改造 22 3 1 项目概况 22 3 2 改造内容 23 4 节能节能 29 4 1 设计依据 29 4 2 节能措施 29 4 3 变频器节能效果分析 30 4 4 设备改造节能 36 4 5 总节能量 37 4 6 建立能源管理机构 38 5 环境保护环境保护 39 5 1 设计依据和标准 39 5 2 概述 39 5 3 环境影响分析和治理 40 6 劳动安全与工业卫生劳动安全与工业卫生 42 6 1 设计依据和标准 42 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 6 2 主要职业危害及因素 42 6 3 劳动安全与工业卫生的主要防范措施 42 7 投资估算投资估算 46 7 1 概况 46 7 2 编制依据 46 7 3 投资分析 47 7 4 投资估算 47 8 技术经济技术经济 49 8 1 资金来源 50 8 2 项目实施进度 50 8 3 流动资金 50 8 4 成本预测 50 8 5 计算说明 50 8 6 利润分配 51 8 7 评价指标计算 51 8 8 盈亏平衡分析 51 8 9 敏感性分析 52 8 10 评价结论 52 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 1 总总论论 1 1 项目概况 项目名称 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造项目 建设单位 集团 分公司 建设地点 集团 分公司下属各煤矿 项目负责人 XXX 可行性研究编制单位 单位资质 项目负责人 生产规模 节约标准煤 38300t a 1 2 可行性研究报告编制依据 编制原则 编制范围内容 1 2 1 可行性研究报告编制依据 1 国家有关法律 法规 2 集团 分公司提出的 工程设计委托书 3 集团 分公司提供的有关设计基础资料 1 2 2 可行性研究报告编制范围与内容 分公司现有井上 井下各类提升机 65 台 分公司 于 2000 年开始对提升系统的电控装置进行改造 至 2008 年 3 月 相继改造绞车及电控拖动装置 5 台套 其中有交流老 式 TKD 系统改造为可编程控制器控制的电控系统 拖动方式 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 由交流电动机改造为直流电动机拖动系统 分公司绞车电控系统没有改造的电控装置还有 60 台 套 分公司现有主排水泵 131 台 均属老旧杂水泵 运行 时间长 效率低 能耗高 吨水百米电耗达 0 6kwh 超出能 耗标准吨水百米电耗达 0 1kwh 主排水泵控制方式为直接启 动 在启动时对电网冲击大 电能损失大 分公司现有压风机 66 台 其中 60 台老式活塞压风机 使用时间较长 气量调节采用机械调节方式 效率低 能耗 大 电机起动方式采用直接起动方式 6 台螺杆压风机 采 用 6KV 高压交流电动机拖动 气量调节采用机械调节方式 分公司现有主扇风机 36 台 其中对旋主扇 12 台 老 式轴流风机 24 台 对旋主扇采用高压 6KV 交流电动机拖动 起动方式为直接起动 老式轴流风机采用同步电动机拖动 直接起动方式 两种风机的风量调节均采用调节叶片角度的 方法来进行 即不经济又不节能 将上述主要设备进行电动机变频调述改造 以达到节能的 目的 1 2 3 可行性研究报告编制原则 1 满足生产要求 2 在设计中采用先进 适用的工艺技术 3 贯彻治理 三废 防止污染的原则 满足国家有关 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 环境保护法规的要求 4 在工艺流程和设备选择方面 采用先进的节能降耗 技术 加强对能源的回收利用 以达到国家有关节能规定的 要求 5 充分利用现有设施 减少工程投资 缩短建设周期 提高项目效益 1 3 项目建设单位概况 矿区 1917 年开发 1945 年建企 2002 年改制为国有 独资公司 2004 年重组为 集团所属分 子 公司 矿区 面积 252 平方公里 现有煤炭地质储量 15 7 亿吨 可采储量 8 8 亿吨 按现有产量规模计算服务年限 40 年 煤种以 1 3 焦煤和气煤为主 兼有部分主焦煤 煤质低硫 0 09 0 22 低磷 0 003 0 012 中灰 20 左右 高发热量 4430 6590 千卡 千克 是符合环保要求的优质化工煤和动力煤 产品 有 3 大类 12 个品种 主要销往东北三省的冶金 电力 化 工 建材等行业 并有部分精煤出口 现有 9 个煤矿 核定 年生产能力 1670 万吨 6 个洗煤厂 设计年入洗能力 885 万 吨 25 个非煤生产和费用补贴单位 企业总资产 84 4 亿元 注册资本 27 9 亿元 全部为国有 在册职工 8 4 万人在岗职 工 7 4 万人 离退休人员 4 7 万人 建企 63 年累计生产原煤 6 3 亿吨 上缴税金 45 亿元 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 在发展煤炭主业的同时 配套形成热电联产 机械修造 建筑建材 地质勘探 铁路运输 水电通讯 农林牧业等多 元产业格局 热电厂总装机容量 15 万千瓦 年发电能力 9 7 亿千瓦时 供热能力 420 万平方米 斯达机电修造公司年产 值 1 5 亿元 鑫塔水泥公司水泥年生产能力 40 万吨 煤层气 储量丰富 建有日供气能力 4 万立方米民用燃气供应系统 供燃气 3 74 万户 有 7 8 万亩可耕地和 22 万亩宜林地 1 4 项目建设背景 资源开发与节约并举 把节约放在首位 对保证我国经 济快速发展提高经济效益 推进合理利用资源 减少环境污 染 提高人民生活水平起着重要作用 也是改变我国经济增 长方式的主要途径和实施 可持续发展战略 的必要措施 本次可行性研究的目的 是采用节能高效 环保效果好的 变频调速控制装置 降耗增效 节约能源 合理利用资源 提高经济效益 目前 全世界正在为能源紧缺而困扰 我国的能源形势 尤其严峻 拒统计 我国电网的总负荷中动力负荷约占 60 其中 85 左右为异步电动机消耗 因此 使异步电动 机有效地利用 对于节能具有非常重要的意义 随着中国经 济的快速发展 能源成为制约经济增长的瓶颈 节能降耗也 就成为国家和企业严重关切的焦点 节约电能已成为科研 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 设计制造 生产运行等各条战线上的一个重大研究课题 随着国民经济的不断发展 电力能源供应紧张的局面越 来越严重 国家也随之对电价作出相应调整 随着电价的不 断上涨 电费支出在企业生产成本中占的比例越来越大 节 约用电可以有效降低企业生产过程中可控成本 从 2006 年开 始 我国在钢铁 有色 煤炭 电力 石油石化 化工 建 材 纺织 造纸 9 个重点耗能行业组织开展千家企业节能行 动 十一五 期间有望实现节能 1 亿吨左右标准煤 国家在 十一五 规划中明确要求 到 2010 年单位 GDP 能耗比 十五 期末降低 20 左右 这意味着在 十一五 期间每年单位 GDP 能耗下降 4 左右 为此 国家出台相关文件 决心抓好重 点耗能行业和企业节能 做好高耗能行业和企业的节能工作 应用现代科学技术和方法 查找 分析和预测节能工程 提出合理可行的对策措施 指导 监控节能工作 以达到最 佳节能效率 要节能降耗 降低提升机 风机 排水泵 压风机等用 电率 改善提升机 风机 排水泵 压风机调节性能 必需 对提升机 主扇风机 排水泵 空压机进行控制系统的改造 本项目不仅具有显著的节能效益 同时也具有良好的环 保效益 可做到节约能源与环保并举 实现真正的节能减排 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 1 5 项目建设有利条件 本项目建设地点在 集团 分公司下属各煤矿厂区内 不用新增建设用地 主要工程仅需对 分公司大型固定机械 拖动电动机控制系统进行改造 根据各传动系统的实际工况 和使用环境的特点选用高压变频调速控制装置对提升机 压 风机 矿井主扇进行控制 采用软启动器对排水泵进行控制 是最佳改造方案 本项目可以充分利用厂区内现有的生产辅助设施和生活福 利设施 减少建设投资 提高项目经济效益 集团 分 公司拥有一批高素质的生产工人和技术人人员 以上都是本项目建设的有利条件 1 6 主要原材料 燃料及动力供应 根据 分公司所提大型固定机械设备报表 提升机用交 流电动机的有 60 台 主排水泵 131 台 压风机 66 台 主扇 风机 36 台 共计大型固定机械设备 293 台 提升机用交流电 动机安装容量 32735KW 主排水泵 73590KW 压风机 23293KW 主扇风机 23935KW 总安装容量 153553KW 总 计算负荷 122800KW 年耗电量 51593 8 104KWh 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 1 7 项目主要建设内容 本项目厂址在 集团 分公司下属各煤矿现有厂区内 本项目采暖 热力 供排水及生活福利设施均利用公司现有 设施 可以满足本项目要求 因此本项目主要建设内容为对 分公司大型固定机械拖动电动机控制系统进行改造 根据 各传动系统的实际工况和使用环境的特点选用高压变频调速 控制装置对提升机 压风机 矿井主扇进行控制 采用软启 动器对排水泵进行控制是最佳改造方案 以达到节能的目的 1 8 节能效果及主要技术经济指标 本项目主要对 分公司下属九个煤矿的主提升系统 主 排水系统 压风系统 主通风系统进行改造 改造后年节约电量 10930 万度 折合标准煤 38300t a 项目总投资为 1907 00 万元 全部为建设投资 不新增 加流动资金 年均节约标准煤为 27123t 年均新增销售税金及 附加 16 43 万元 年均新增增值税 205 39 万元 新增利润总 额 1011 57 万元 新增所得税 252 89 万元 新增净利润 758 68 万元 税前投资回收期 2 70 年 税后投资回收期 3 18 年 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 2 电电动动机机变变频频调调速速改改造造 2 1 设计依据 1 分公司大型固定机械及拖动电动机变频调速改造 项目 可行性研究报告委托书 2 机械专业提供的设计委托资料 3 本设计执行的节能法律法规 1 中华人民共和国节约能源法 2 国务院关于加强节能工作的决定 国务院令 28 号 国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术 国家发改委 2005 65 号令 3 中国节能技术政策大纲 计交能 1996 905 号 4 企业节能量计算方法 GB T 13234 91 2 2 概述 企业的电能节约 就是在电能的变换 传输 使用过程 中 最大限度地降低电能损耗 提高用电效率 降低生产成 本 获得最大效益 由于异步电动机调速困难 以往很多传 动设备都是以固定的速度运转 其输出往往过大 控制方式 效率很低 其中以鼓风机 泵类等风水力机械最为突出 分公司现有井上 井下各类提升机 65 台 分公司 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 于 2000 年开始对提升系统的电控装置进行改造 至 2008 年 3 月 相继改造绞车及电控拖动装置 5 台套 其中有交流老 式 TKD 系统改造为可编程控制器控制的电控系统 拖动方式 由交流电动机改造为直流电动机拖动系统 分公司绞车电控系统没有改造的电控装置还有 60 台 套 分公司现有主排水泵 131 台 均属老旧杂水泵 运行 时间长 效率低 能耗高 吨水百米电耗达 0 6kwh 超出能 耗标准吨水百米电耗达 0 1kwh 主排水泵控制方式为直接启 动 在启动时对电网冲击大 电能损失大 分公司现有压风机 66 台 其中 60 台老式活塞压风机 使用时间较长 气量调节采用机械调节方式 效率低 能耗 大 电机起动方式采用直接起动方式 6 台螺杆压风机 采 用 6KV 高压交流电动机拖动 气量调节采用机械调节方式 分公司现有主扇风机 36 台 其中对旋主扇 12 台 老 式轴流风机 24 台 对旋主扇采用高压 6KV 交流电动机拖动 起动方式为直接起动 老式轴流风机采用同步电动机拖动 直接起动方式 两种风机的风量调节均采用调节叶片角度的 方法来进行 即不经济又不节能 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 2 3 改造的必要性 资源开发与节约并举 把节约放在首位 对保证我国经 济快速发展提高经济效益 推进合理利用资源 减少环境污 染 提高人民生活水平起着重要作用 也是改变我国经济增 长方式的主要途径和实施 可持续发展战略 的必要措施 本次可行性研究的目的 是采用节能高效 环保效果好 的变频调速控制装置 降耗增效 节约能源 合理利用资源 提高经济效益 目前 全世界正在为能源紧缺而困扰 我国的能源形势 尤其严峻 拒统计 我国电网的总负荷中动力负荷约占 60 其中 85 左右为异步电动机消耗 因此 使异步电动 机有效地利用 对于节能具有非常重要的意义 随着中国经 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 济的快速发展 能源成为制约经济增长的瓶颈 节能降耗也 就成为国家和企业严重关切的焦点 节约电能已成为科研 设计制造 生产运行等各条战线上的一个重大研究课题 随着国民经济的不断发展 电力能源供应紧张的局面越 来越严重 国家也随之对电价作出相应调整 随着电价的不 断上涨 电费支出在企业生产成本中占的比例越来越大 节 约用电可以有效降低企业生产过程中可控成本 从 2006 年开 始 我国在钢铁 有色 煤炭 电力 石油石化 化工 建 材 纺织 造纸 9 个重点耗能行业组织开展千家企业节能行 动 十一五 期间有望实现节能 1 亿吨左右标准煤 国家在 十一五 规划中明确要求 到 2010 年单位 GDP 能耗比 十五 期末降低 20 左右 这意味着在 十一五 期间每年单位 GDP 能耗下降 4 左右 为此 国家出台相关文件 决心抓好重 点耗能行业和企业节能 做好高耗能行业和企业的节能工作 应用现代科学技术和方法 查找 分析和预测节能工程 提出合理可行的对策措施 指导 监控节能工作 以达到最 佳节能效率 要节能降耗 降低提升机 风机 排水泵 压风机等用 电率 改善提升机 风机 排水泵 压风机调节性能 必需 对提升机 主扇风机 排水泵 空压机进行控制系统的改造 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 2 4 电力负荷 根据 分公司所提大型固定机械设备报表 提升机用交 流电动机的有 60 台 主排水泵 131 台 压风机 66 台 主扇 风机 36 台 共计大型固定机械设备 293 台 提升机用交流电 动机安装容量 32735KW 主排水泵 73590KW 压风机 23293KW 主扇风机 23935KW 总安装容量 153553KW 总 计算负荷 122800KW 年耗电量 51593 8 104KWh 本次对 分公司大型固定机械拖动电动机控制系统进行 改造 根据各传动系统的实际工况和使用环境的特点选用高 压变频调速控制装置对提升机 压风机 矿井主扇进行控制 采用软启动器对排水泵进行控制是最佳改造方案 2 5 变频调速方案 2 5 1 异步电动机 1 异步电动机的用处 在企业的生产过程中 为了适应不同设备的用电要求 需要利用不同的设备将电能转换成光能 热能 机械能 势 能 动能等 在企业生产的各个环节中利用这些能量进行正 常的生产活动 而电动机就是将电能转换成机械能的电气设 备 应用非常广泛 各种工业设备上到处可以看到异步电动 机 如在矿山采矿采煤上它被用来拖动卷扬机 鼓风机 排 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 水泵 压风机等 2 异步电动机的优缺点 异步电动机所以用得广泛 主要原因是它的结构简单 造价低廉 而且坚固耐用 维修方便 异步电动机具有的一 系列优点 成了工业驱动方面的主要动力 但是 异步电动 机也存在着不足 最主要的不足是它的功率因数比较低 调 速性能不够好 浪费电能 同时 启动电流大 加快绝缘老 化 对机械设备冲击大 缩短机械及电动机使用寿命 3 异步电动机的工作原理 三相异步电动机它是利用电磁感应原理设计制造而成 也就是由一个固定不动的叫做定子的部分和另一个可以旋转 的叫做转子的部分组成的 定子上装有三相对称绕组 通入 三相交流电流后 在电机起隙中产生一个旋转磁场 这个旋 转磁场的转速 n1和定子电流的频率 f1以及电动机的极对数 p 有关 即 n1 60f1 p 由异步电动机的转速公式可知 电动机 的旋转近似地决定于电动机的极数和频率 由于电动机的工 作原理决定电动机的极数是固定不变的 频率是电动机供电 电源的电信号 若设法连续改变供电电源的频率 f 则电动机 的转速随之连续变化 所以 频率能够在电动机的外面调节 后再供给电动机 这样电动机的旋转速度就可以被自由的控 制 4 电动机的损耗 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 电动机的损耗包括恒定损耗 负载损耗及杂散损耗 恒定损耗是指电动机运行时的固有损耗 它与电动机材 料 制造工艺 结构 转速等因素有关 一般约占总损耗的 20 25 负载损耗是指电动机运行时 定子绕组 转子绕组通过 电流引起的电阻损耗 即称为铜损 它与绕组的电阻和负载 电流有关 铜耗约占总损耗的 20 70 杂散损耗主要由定子漏磁通和定 转子的高次谐波在导 线 铁芯及其它金属部件内引起的损耗 一般约占总损耗的 10 15 对于长时间运行 负载变化比较大的连续运转电动机 象排水泵 风机的设计容量要比实际需要高出许多 出现人 们常说的 大马拉小车 的现象 造成电能的大量浪费 2 5 2 变频器 2 5 2 1 变频器 首选节能产品 节能改造有各种不同的方法 如加强废物利用 利用可 再生能源 禁用耗能设备等 但是 分公司各矿采选设备 中如 拖动风机 水泵 空气压缩机 矿井提升机等负载 80 的耗电集中在高压大功率电动机上 功率大多在 100 1000KW 之间 个别电机的功率高达 3000KW 3500KW 利用高电压大功率电动机变频调速方式 来实现节能 无疑是潜力最大的节能方式 因此 具有理想 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 节能效果和调速性能的高压变频器引起政府主管部门和各高 耗能企业的高度关注 成为其首选的节能产品 2 5 2 2 变频器技术 随着大功率电力电子技术 变流控制技术以及微电子技 术的进步 大规模集成电路和微机控制技术的突飞猛进 交 流电动机变频技术已日趋完善 变频调速以其优异的调速范 围宽和软起动性能 高效率 高精度 高功率因数和节电效 果 广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有 发展前途的调速方式 近 10 年交流变频技术在国内也得到了 迅速发展 利用变频器对电动机进行调速将成为电气调速传 动的主流 变频技术日新月异 知识含量高 PWM 抑制谐 波能力很强 优化 PWM 可以实现电流谐波畸变率最小 电 压利用率最高 效率最优 脉宽调制技术一直是变频的核心 技术之一 从模拟技术发展到全数字化方案完成优化的实时 在线的 PWM 信号输出 实现变压变频 随机 PWM 可以有 效消除机械和电磁噪音 控制原理为随机改变开关频率使电 机电磁噪音近似为白造音 有效消弱以固定开关频率为特征 的有色噪音 2 5 2 3 变频调速的系统原理 高压变频调速系统采用单元串联多电平技术 属高 高电压 源型变频器 直接 3 6 10KV 高压输入 直接 3 6 10KV 高压输出 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 输入侧由移相变压器给每个功率模块供电 移相变压器的 副边绕组分为三组 根据电压等级和模块串联级数 一般由 24 脉冲系列 42 脉冲系列等构成移相叠加的整流方式 可以 大大改善网侧的电流波形 使其负载下的网侧功率因数接近 1 无须任何功率因数补偿 谐波抑制装置 输出侧由每个单元的 U V 输出端子相互串接而成星型 接法给电动机供电 通过对每个单元的 PWM 波形进行重组 可以得到阶梯正弦 PWM 波形 这种波形正弦度好 dv dt 小 对电缆和电动机的绝缘无损坏 无须输出滤波器 就可以延 长输出电缆长度 可直接用于普通电动机 同时 电动机的 谐波损失大大减少 消除负载机械轴承和叶片的振动 当 一单元出现故障时 通过控制可将此单元退出系统 变频器 可降额继续运行 由此可避免很多场合下停机造成的损失 功率模块为基本的交 直 交单相逆变电路 整流侧为二 极管三极管三相全桥 通过对逆变桥进行正弦 PWM 控制 可得到单相交流输出 控制器由高速单片机 工控 PC 和 PLC 共同构成 单片机实现 PWM 控制 工控 PC 提供 友好的全中文 WINDOWS 监控和操作界面 内置 PLC 则用 于柜体内开关信号的逻辑处理 控制器与功率单元之间采用 光纤通讯技术 高低压完全可靠隔离 系统具有极高的安全 性 同时具有很好的抗干扰性能 可靠性大大提高 变频器在开环运行于设定频率 在闭环运行模式下 可 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 以设定并调节被控量的期望值 变频器将根据被控量的实际 值 自动调节变频器的输出频率 控制电动机的转速 使被 控量的实际值自动逼近期望值 2 5 2 4 变频器的优越性 高压电动机节能效果显著 人们想了各种各样的办法来实 现电动机的调速 来达到节能的目的 从目前来看 变频调 速是电动机调速的最佳解决方案 1 与定速泵 风机相比 变频调速普遍节能在 25 以 上 节能效果显著 2 运行稳定 安全可靠 免维护 只须定期清洗通风滤 网 不用停机 保证生产的连续性 能使风机轴承磨损减少 延长电动机 风机的使用寿命和维修周期 提高风机的利用 效率 采用变频器可以使水泵电动机实现真正的软起 软停 从 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 而使急扭及水锤现象得到解决 而且变频器能够在合适的情 况下降低泵的转速 一方面可以避免水泵长期工作在满负荷 状态下 另一方面变频的软起动大大的减小水泵起动时对机 械的冲击 3 变频器效率高 没有因调速带来的附加转差损耗 调 速范围大 精度高 可实现无级调速 而且容易实现协调控 制和闭环控制 4 变频器提供给电动机的无谐波干扰的正弦波电流 能 降低电动机的故障次数 由于电平数和等效开关频率的增加 有利于改善输出波形 降低输出谐波 电动机发热得到改善 在设备加速期间能大大减小噪声 削弱噪声污染 能极大的 改善现场工作环境 免去了许多繁琐的人工操作和不安全隐 患因素 并使系统始终处于节能状态下运行 延长了设备的 使用寿命 更好的适应了生产需要 5 变频器自身保护功能完善 同原来继电器保护相比较 保护功能更多 更灵敏 保护 动态响应快 能大大加强对电 动机的保护 同有的主扇风机风量调节采用机械调整叶片角 度的方法相比较 主扇调风方式用机械调整叶片角度存在着 局限性 电动机始终运行在 100 额定转速状态下 造成能 源浪费 6 适应电网电压波动能力强 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 2 5 3 电动机变频调速改造设备投资 提升机用交流电动机安装容量 32735KW 压风机 23293KW 主扇风机 23935KW 总安装容量 79963KW 分公司现大型设备改造老式电控为变频调速控制设备 共计 162 台套 暂按变频器设备平均价格 900 元 KW 计算 79963KW X 900 元 KW 7196 67 万元 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 其中主扇风机 23935KW X 900 元 KW 2154 15 万元 压风机 23293KW X 900 元 KW 2096 37 万元 提升机 32735KW X 900 元 KW 2946 15 万元 变频调速优越的调速性能和显著的节能效果已被国内外 各个领域应用实践得到验证和认可 可以广泛应用于矿山提 升机 主扇风机 压风机等设备节能改造 分公司现大型设备改造老式电控为变频调速控制设备 总投资 7196 67 万元 2 6 软起动 2 6 1 概述 应用最广泛的交流电动机大多数以反电势为主的负载 起 动电流非常大 严重影响电动机的使用寿命 并危害电网的 安全运行 分公司各矿现有排水泵 131 台 控制方式为直接起动 起动电流大 对电网造成很大冲击 电能损失大 老式水泵 效率低 能耗高 吨水百米电耗达 0 6kWh 2 6 2 改造主要内容 为提高水泵运行效率降低电耗 分公司决定采用高 效节能水泵 吨水百米电耗降到 0 5kWh 并对控制系统进行 改造 达到降低起动电流 提高设备运行效率 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 2 6 3 电气控制系统改造措施 2 6 3 1 软起动器 随着大功率电力电子技术 变流控制技术以及微电子 技术的进步 一种新型起动设备 异步电动机软起动器几年 间迅速发展起来 它即能改变电动机的起动特性 保护拖 动系统 更能保证电动机可靠平滑软起动 而软起动器主 要由定子回路的具有限流作用的电力器件 晶闸 实现限流 起动 通过改变晶闸管的导通角 来改变加到定子绕组的 三相电压 实现软起动 当电动机起动时 在电动机电流不超过额定值 400 的范围内 软起动器的输出电压迅速上升至起动时的初始 电压值 然后输出电压按所设定的起动参数逐渐上升 电 动机随着电压的上升不断平稳加速 当电压达到额定电压 时 电动机达到额定转速 旁路接触器吸合 起动过程完 成 2 6 3 2 软起动器的优越性 软起动器起动性能好 软起软停过程平稳 不抖动 保护功能强 性能稳定可靠 通用性能好 微功耗 由于 采用无触点控制运行功耗近乎于零 抗干扰能力强 2 6 3 3 改造措施 通过异步电动机软起动器与传统的起动设备相比较 软起动器以其优越的起动性能而广泛应用在矿山 冶金 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 化工 电力 煤炭 水利 轻工等各个行业 所以在本 次公司大型设备改造中 对矿井排水泵电动机电控系统 的改造 采用软起动器作为首选设备 对电动机实行软 起动 改善工艺 提高自动化控制水平 降低起动电流 提高设备运行效率 降低成本 提高企业经济效益 2 6 4 排水泵电动机软起动改造设备投资 矿井主排水泵安装容量 73590KW 暂按软起动器设备平均价格 300 元 KW 计算 软起动设备投资 73590KW X 300 元 KW 2207 7 万元 2 7 总投资 公司大型固定机械采用变频调速控制装置和软启动器控制 装置总投资 变频调速控制设备总投资 7196 67 万元 软起动设备投资 2207 7 万元 投资合计 7196067 2207 7 9404 37 万元 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 3 设设备备改改造造 3 1 项目概况 3 1 1 主提升系统 分公司共有井上 井下各类提升机 65 台 采用直流 电动机拖动系统的有 12 台 交流电动机拖动系统的有 50 台 其中电控系统采用变频调速的 1 台 其余均为转子回路串 电阻的调速系统 防爆电动机拖动的液压绞车 3 台 分公司于 2000 年开始对提升系统的电控装置进行技 术改造 至 2008 年 3 月 相继改造了提升机及电控拖动装置 5 台套 其中电控装置由老式的交流 TKD 系统改造为可编程 控制器控制的电控系统 拖动方式由交流电动机拖动系统改 造为直流电动机拖动系统 经过改造后 明显提高了设备的 运行效率 降低了能耗 提高了设备的运行安全性能和可靠 性 3 1 2 主排水系统 分公司现有主排水泵 131 台 均属老 旧 杂牌水泵 其运行的时间长 效率低 能耗高 排水的电耗达 0 6 kW h 百米 吨 超出标准 0 1 kW h 百米 吨 主排水泵的控制方式 为直接起动 方式落后 在启动时对电网的冲击大 电能损 失明显 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 3 1 3 压缩空气系统 分公司现有空气压缩机 66 台 其中 60 台为老式的活 塞式空气压缩机 服务的时间较长 70 80 年代 效率低 65 能耗大 且气量的调节方式为机械调节方式 无法 做到按需供气 电动机的启动方式方式为直接启动 方式落 后 在启动时对电网的冲击大 电能损失明显 6 台螺杆式 空气压缩机的服务年限不长 采用 6 kV 高压交流电动机拖动 但气量的调节方式为机械调节方式 3 1 4 主通风系统 分公司现有主扇风机 36 台 其中对旋主扇 12 台 老 式轴流风机 24 台 对旋主扇采用 6 kV 高压交流电动机拖动 启动方式为直接起动 老式轴流风机采用同步电动机拖动 启动方式为直接启动 以上两种风机的风量调节均采用调节 风机叶片角度的方法来进行风量调节 方式落后 耗能大 3 2 改造内容 3 2 1 主提升系统的改造 随着科学技术的进步 大功率电力电子技术及大规模集 成电路和微机控制技术的发展突飞猛进 交流电动机变频调 速技术已经日趋完善 近 10 年来 变频调速以其高效率 高 功率因数 节电效果好 适用范围广泛及调速和起动制动性 能优异等优点 在国内得到了迅猛的发展和广泛的应用 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 目前 分公司提升机电控系统中没有改造的电控装置还 有 60 台套 如果及交流电动机部分的电控装置改造成为变频 调速系统 节能的空间将是十分巨大的 3 2 1 1 提升机的拖动电动机的改造 分公司的提升机采用交流电动机拖动的 50 台提升机 中 大部分为 JR 系列的高耗能电动机 是国家明令禁止的淘 汰产品 由于前些年煤炭行业的经济效益不佳 公司没有能 力及时进行大规模的技术改造 改造的力度很小 对于 JR 系列的高耗能电动机 由于其耗能高的原因 采 用其替代产品即 YR 系列新型节能电动机进行替换 可以提 高提升系统的效率 2 年节约电量 220 万度 折合标准煤 770t 3 2 1 2 电控系统的改造 目前 分公司交流电动机拖动的提升机的电控系统采用 电动机转子回路串电阻的控制方式 虽然这种控制方式能限 制启动电流和提高起到转矩 并能在一定的范围内调速 但 其缺点是确定阶段的电能损耗较大 尤其当用于要求频繁启 动或不同运行速度的多水平提升机时 问题就尤为突出 此 外由于靠切除电动机转子回路电阻进行调速 系统的调速性 能不好 且调速过程中的转差能量均消耗在转子电阻中 针对电动机转子回路串电阻的控制方式的缺点 结合变 频调速的高效率 高功率因数 调速和起动制动性能优异的 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 优点 采用变频调速技术对 分公司提升系统交流电动机的 电控系统进行改造 改造后的系统效率可提高 20 3 2 2 主排水系统的改造 3 2 2 1 排水泵的改造 分公司主排水系统的排水电耗达 0 6 kW h 百米 吨 超出标准 0 1 kW h 百米 吨 针对主排水系统运行的时间长 效率低 能耗高的现状 为达到排水系统高效 节能的目标 用高效节能排水泵替代 现有的排水泵 经过改造后 主排水系统的排水电耗可降低 至 0 5 kW h 百米 吨 节能效果和经济效益的提高均十分显著 年节约电量 4945 万度 折合标准煤 17308t 3 2 2 2 电控系统的改造 目前主排水泵的控制方式为直接启动 其缺点是启动电 流大 对电网的冲击较大 能耗损失明显增加 针对主排水泵的控制方式的缺点 结合电气软启动启动 性能优异的优点 采用电气软启动起动技术对主排水泵的电 控系统进行改造 即主排水泵的电控系统用电气软启动系统 替代直接启动系统 3 2 3 压风机系统的改造 3 2 3 1 压风机的改造 现有的 60 台为老式的活塞式空气压缩机 服务的时间较 长 70 80 年代 效率低 65 能耗大 且气量的调节 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 方式为机械调节方式 无法做到按需供气 根据 分公司空气压缩系统的现状 应以新型的空气压 缩机对其进行替换 下面对国内空气压缩机的能耗进行简单的对比 1 目前矿山用空气压缩机仍以活塞式压缩机为主 当表 压为 0 7 0 8MPa 时 其比功率为 4 74 6 1 kW m3 min 2 螺杆式空气压缩机以小容量为主 其效率低 当表压 为 0 7 0 8MPa 时 其比功率为 5 35 7 1 kW m3 min 耗电 量大 3 离心式空气压缩机适合大容量使用 可以考虑 但其 效率相对较大 最高效率时其比功率为 5 25 kW m3 min 4 由于压气是矿山主要动力源之一 其效率的大小直接 影响矿山的节能工作 故应综合考虑 经过以上的对比 考虑到公司的具体情况 以新型的活 塞式空气压缩机对 60 台老式的活塞式空气压缩机进行替换 3 2 3 2 压风机电气改造 1 将已有的 6 台螺杆式压风机的的电控系统应用变频调 速技术进行改造 气量调节方式改造成自动调节方式 2 60 台新型的活塞式压风机采用交流电动机拖动的变频 调速系统控制 气量调节方式为自动调节方式 3 以上 66 台空气压缩机采用计算机集中控制系统 经过以上技术改造 公司压风机系统的效率将大幅度提 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 高 新设备节能可提高效率 10 新电机节能可提高效率 5 系统的效率可达 80 以上 年节约电量 391 万度 折合标准煤 1370t 3 2 4 主通风系统的改造 目前 分公司现有主扇风机中 对旋主扇采用 6 kV 高 压交流电动机拖动 启动方式为直接起动 老式轴流风机采 用同步电动机拖动 启动方式为直接启动 其缺点是启动电 流大 对电网的冲击较大 能耗损失明显增加 现有的主扇风机的风量调节是通过调节叶片角度的方式 进行的 系统不能根据风量的变化进行自动调节 显然能耗 大 也不易管理 针对主通风机控制方式的缺点 结合变频调速的高效率 高功率因数 调速性能优异的优点 采用变频调速技术对通 风机交流电动机的电控系统进行改造 通风系统可根据风量 的变化进行自动调节 既有效地降低了能耗损失 也降低了 管理上的难度 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 4 节节能能 4 1 设计依据 1 中华人民共和国节约能源法 2 国务院关于加强节能工作的决定 国务院令 28 号 3 国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术 国家发改委 2005 65 号令 4 中国节能技术政策大纲 计交能 1996 905 号 5 企业节能量计算方法 GB T 13234 91 4 2 节能措施 鹤分公司各矿所用设备大多为 70 80 年代的产品 设备 陈旧 很大一部分电动机属于国家命令淘汰的产品 有些还 是 50 年代的产品 控制方式落后 象主排水泵采用直接启动 启动电流大 对电网的冲击很大 提升机用交流电动机采用 转子串电阻调速 在调速过程中转差能量全部消耗在转子电 阻中 风机系统 大多为 70 80 年代生产的活塞式压风机 能耗高 效率低 维修量大 矿井主扇属长期工作制 其主 扇调风方式用机械调整叶片角度 运行状态的好坏将直接影 响能耗的高低 随着大功率电力电子技术 变流控制技术以及微电子技 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 术的进步 通过改变供电频率的调速已成为现实 采用变频 器应用在矿山提升机控制系统 风机 排水泵 主风扇等电 动机控制系统中 使电动机在经济节能的状态下安全运行 达到节能的目的 鉴于变频调速效率高 功率因数高 调速 性能好 节能效果显著 运行稳定 安全可靠 免维护的优 点 选用变频调速节能控制装置是风机 排水泵 主风扇 矿井提升机实现交流调速节能最理想的方法 4 3 变频器节能效果分析 4 3 1 节能原理 当采用变频调速时 可以按需要升降电动机转速 改变 风机 压风机等的性能曲线 使风机 压风机等的额定参数 满足工艺要求 根据实际工况 使频率的分段区间最实际 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 最优化 促使电能节约的最大化 采用变频调速方法节能的原理 是基于流体力学原理知 道风机流量 压力与电动机转速及电动机功率之间的关系为 Q1 Q2 n1 n2 H1 H2 n1 n2 2 P1 P2 n1 n2 3 Q1 H1 P1 风机在 n1转速时的流量 压力 功率 Q2 H2 P2 风机在 n2转速时相似工况条件下的流 量 压力 功率 假如转速降低一半 即 n2 n1 1 2 则 P2 P1 1 8 可见降 低转速能大大降低轴功率达到节能的目的 从理论上讲 当 流量需求为 80 时 通过变频调速 仅需额定轴功率的 51 2 即可节约 48 8 的能源 4 3 2 变频器节能计算 以南山井南风井 1000KW 6KV 113A 风机为例 说明节 能原理 1 节能计算 1 挡板控制时的电力消耗 电动机在额定速度以下 运转 挡板控制的风扇 排风机的风量从 100 至 70 变化时 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 设 H 1 额定扬程 Q 1 额定风量 Q 1 时的必要轴动力 P1为风扇 排风机的额定轴动力 KW Q 0 7 时的必要轴动力 P0 7为 P0 7 P1 Q0 7 H0 7 在不考 虑风扇 排风机自身效率的情况下 电动机的效率设定为 m 时 Q 1 时所需的动力为 P11 Q 0 7 时的所需动力为 P10 7 P11 P1 m KW P10 7 P0 7 m KW 不包括由于负载下降所造成的电动机效率下降 2 变频器可变速控制时的电力消耗 使用变频器进行可变速控制 使风扇 排风机的风量 从 100 至 70 变化时 Q 1 时的所需动力为 P11与挡板控制时相同 P11 P1 m KW 风量为 70 时 Q 0 7时的工作点 P 0 7 这时所需的轴 动力 P 0 7 利用相似定理 Q 0 7 H 0 7 P1 0 73 设定变频器的效率为 1NV 时 所需动力为 P 10 7 P 0 7 M 1NV P1 0 73 M 1NV 2 计算示例 以南山井的南风井风机为例 电动机的效率 95 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 变频器的效率 96 含变压器 额定风量时的风机轴动力 1000KW 风机特性 Q 风量为 0 时 H 扬程为 1 4p u 年运行时间为 8600 小时 长期工作制 风机的运行模式 风量 100 年运行时间的 20 风量 70 年运行时间的 70 风量 50 年运行时间的 10 1 挡板控制风量时 P100 风量 100 P70 风量 70 P50 风量 50 P100 1000 0 75 0 95 789KW P70 1000 0 75 0 7 1 4 0 4 0 7 0 7 0 95 665KW P50 1000 0 75 0 5 1 4 0 4 0 5 0 5 0 95 513KW 注 P H Q H A A 1 Q2 假设电费以 0 55 元 KWh 计算 789 8600 0 2 055 665 8600 0 7 055 513 8600 0 1 055 319 0858 万元 2 变频器可变速控制风量时 P100 风量 100 P70 风量 70 P50 风量 50 P100 1000 0 75 0 96 789KW P70 1000 0 75 0 73 0 95 0 96 282KW P50 1000 0 75 0 53 0 95 0 96 102KW 注 P H Q H A A 1 Q2 大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告大型固定机械及拖动电动机变频调速改造可行性研究报告 假设电费以 0 55 元 KWh 计算 789 8600 0 2 0 55 282 8600 0 7 0 55 102 8600 0 1 0 55 172 8342 万元 风机电动机运行一年所节省的电费 3190858 1728342 146 2516 万元 节能效益非常可观 当采用变频调速时 50Hz 满载时功率因数为 0 96 工作 电流比电动机额定电流值要低许多 由于变频装置的内滤波 电容产生的改善功率因数的作用 可以为电网节约容量 20 左右 3 分公司各矿主扇总负荷节能计算 分公司现有主风扇 36 台安装总容量 23935KW 有功功率 P 15558KW 1 挡板控制