某生物电厂风机节能可行性报告

- 1 - 物发电厂 风机节能 可行性方案 - 2 - 可行性 方案 一 . 风机 电机节能 改造的必要性 生物发电厂项目 一次风机 450引风机 500 在运行中 以风门的挡 板调节 风压和风量 来满足生产要求，未上其他调速装置。在这种情况下仅仅是改变通道的流通阻力，而驱 动源的输出功率并没有改变，增加了无功，浪费了大量的电能及原材料。 致使生产用电率高，生产成本不易降低，增加了电机的负荷与管网的损耗，对生产的工 艺有很大影响，选择合适的调速方式对风机 调速成为当务之急。内 反馈斩波调速技术在我国很多行业得到了良好的应用，并 受到用户的青睐，这项技术目前非常成熟，特别是安全性与可靠性极高，在使用 中 节电效率非常明显，不仅可以节电，改善工艺，提高运行质量，降低生产成本，为企业带来极大的经济效益，同时可同机组自控系统相配合，提高自动回路投入率，组成完整的机组优化控 制系统，达到省人、省力、省设备，提高机组整体自动化水平和企业整体管理水平。 选择内反馈斩波调速， 是 针对电机自动改变电机的电流，也就是改变电机的转 速 ，风门挡板在全开状态，解决了上面所有的问题。 二 . 液力偶合器调速的局限性 液力耦合器出现的时间最早，属于机械调速。但是，随着技术的进步 ，液力耦合器逐渐显现了以下的局限 - 3 - 性： 1. 液力耦合器是由电机的机械轴输出端与液力耦合器的机械轴连接；由液力耦合器改变速度通过液力耦合的输出端与风机的机械轴连接。风机与电机的距离较远，效率很差。需提供较大的安装空间，基础复杂。 2. 由于液力耦合器的两端出轴为两个半轴，颈向跳动大，在短时间内就会造成设备漏油。这样必然会导致机械轴及轴承干磨。因而，故障率较高。 3. 液力耦合器属于一种机械调速设备。液力耦合器的原理决定了液力耦合器有 5速度损失。同时功率损失变为热量，使液压油温过高。需要大量冷却水冷却液压油。 4. 在实际运行 中油温高于 95以上，使冷却器的水易结垢堵塞，造成故障。 5. 由于液力耦合器是用液压油传递功率，因此速度控制不稳定、功率因数低、调速精度差。 6. 当液力耦合器故障时，设备只能停止运行。影响生产。 7. 液力耦合器整机效率低，调速本身的损耗大、维护量大、二次成本过高。 因此，以发展的眼光看，从运行的成本及满足生产的角度分析，液力耦合器属于淘汰产品。必将被其他的调速装置所代替。 - 4 - 三 . 高压变频器与内反馈斩波调速的方案比较 序号 方案 1：采用高压变频器 方案 2：斩波内反馈调速装置 1 方案简述 高压变频器是属于一种高 由高压输入再高压输出到高压电机所有元件必须能承受大电压和大电流，可靠性降低。 内反馈斩波调速是从高压电动机的低压转子三相进行调速的，是直接改变电机的电流来改变电机转数，是用低压控制高压，同样是用进口的高压大功率 块，使用在低压控制上可靠性更高。 2 电动机 普通鼠笼式电机，例： 通绕线式内反馈电机，例： 环境要求 需要安装在环境很好的空调房。 安装在一般的高压配电房或低压配电房即可。 4 开关设备 在原有 的高压开关柜基础上多增加 1台 旁路 高压开关柜 只需原有的高压开关柜 5 高压电缆 原有的 高压开关 柜 高压变频器 高压 电机 。有系统旁路高压开关柜 高压电动机共 3 根高压电缆 只用原有的一根 高压电缆 6 低压电缆 斩波柜 电机转子，一根低压电缆。逆变柜 电机反馈绕组，一根低压电缆。 - 5 - 7 电网电源快切保 护功能 高压变频器在电厂项目使用中，当电网电源快切 (母连切换 )时很容易出现频率改变，元器件模块击穿等故障保护功能很难实现。 反馈斩波调速装置具有电网电源快切 (母连切换 )的保护功能，装置在调速 过程中两个电源 10速切换时，调速系统能保持原调速状态，不会转入全速壮态，保证装置能正常调速运行。 8 软启动功能 高压变频器没有独立的软起动装置，是靠变频器从 0 转数到 100%转数来起动电机的，一旦变频器故障，也就没有了软起动，电机再需要起动，还要配额外的软起动装置，而不用软起动装置，对大功率电机直接起动也较困难，对电机的冲击也很大。 内反馈斩波调速装置其本身即配备独立的液态软起动装置，即使内馈斩波调速故障时，也可以用独立的液态软起动随时连续并多次对电机进行软起，并且起动电流小于电机额定电流的 9 自动软旁路功能 高压变频器是属于手动硬旁路，变频器突然故障时转为工频运行，需切断输入高压开关柜内的真空断路器和隔离开关，然后再接通旁路高压开关内的真空断路器和隔离开关，此时电机断电 3，在实际操作中或更长，即使能切换工频时，应电机是在带风机或水泵负荷中运行，此时电机转数较慢，用高压开关突然给电机送额定的电压和电流时，对电机的冲击很大，严重时可能烧坏电机，特别是送风机突然变全速，风压大幅度变化会导致锅炉熄火，或生产中断。 内反馈斩波调速是自动软旁路，调速突然故障时，旁路接触器自动断开，是通过液 态电阻电流慢慢增大，是在调速状态基础上逐渐升到全速，过渡时间 20 秒。对电机没有冲击，并保证风门调节器的响应，不会造成锅炉熄火及生产中断。 10 故障概率 高压变频器的元器件，所承受的是大电流、大电压，是在高压条件下运行，而元器件的数量比内反馈斩波多几十倍，同样的合格率，相应的元器件故障概率比内反馈斩波高 10 倍以上。 内反馈斩波同样是大功率 块，它是使用在低电压、小电流上运行，所以可靠性较高，系统较小，采用元器件数量也很少，相应的元器件故障概率很少。 11 谐波影响 高压变频器是在电网侧控制，直接 承受电网电压，控制功率要大于电机功率 150%，且直接污染电网，就是加滤波装置，也很难减少谐波量，输出滤波器因电机定子电流全部通过变频器，电力电子元件处在高压条件下运行，就是加入输出滤波器，电机的谐波产生较大，不易做到。 内反馈斩波调速控制功率小，由于是在电机转子侧实施调速控制，而转子电压较低，其控制功率只为电机功率的 25%左右，所以它的谐波污染小，电流畸变率小于 4%，由于电机转子的隔离作用不会反馈到电网，无污染，是绿色环保产品，由于电机的转差能量通过逆变器，经过输出滤波器，反馈到电机的附加绕组，其附绕组又起 到隔离作用，所以电机不会产生谐波。 12 功率因数 上 上 - 6 - 13 过载能力 120% 150% 14 效率 效率 率 际消耗只有变频器的 1/10 15 调速范围 从 0其中 0为了软起动，在实际满足生产要求调速范围应在 50间。 由独立的软起动装置从 0 起动到 50%进入调速状态，调速范围5016 调速精度 调速精度高，适用于一切装置 闭环调速精度在 3%左右，特别适用于风机和水泵的拖动调速 17 干扰 对其它设备产生电磁干扰 ，使某些自动控制系统工作产生异常 对其它设备不产生电磁干扰 18 本体尺寸 10 米（根据容量大小） 1 5002450 (根据容量大小 )8002450 19 维护 1. 维护要求高，用户很难自己维修 2. 内部复杂 ,可靠性相对较低 3. 故障后修复较难 4. 系统庞大、占地大、造价高、维护成本高。 1. 维护简单，一般技术人员经过短时间培训就能掌握； 2. 中文彩色触摸屏操作方便 ,1000 次事件记录 ,故障和误操作均可查询 3. 可靠性高，即使故障也保证电机全速运行 4. 故障修复容易， 5. 系统小、占地小、造价低、维护费用低、 部件全进口，全部 名牌产品 - 7 - 20 总投资 是内反馈方案的 1 倍 是高压变频器的 50四 . 节能分析 表一 电动机带风机时转速与输入功率特性 （以 100%转速时电动机输入功率 p 基为基准） 转速 100%0%0%0%0%机功率 100%p 基 80%p 基 60%p 基 45%p 基 30%p 基 概述： 离心式风机的风量调节，传统方式是由改变档板开度来实现的。当档板开度由大变小时电动机轴功率不会明显减小，而采用调速方式来调节风量时，当转速由高变低时，电动机轴功率按转速的三次方下降，这是由 离心风机的特性决定的。在相同工艺要求的风量条件下，采用降低转速方法时，轴功率的接近转速下降量的平方。所以，采用调速是离心风机节能的有效方法。 注： 1、 上表是以风机的档板在全打开，改变电动机转速时不改变负载的其它状态为条件； 2、当电动机转 速为全速及挡板全开时，若电动机已超过额定值，则基准值应予以调整 ,风机节能多少取决于峰值的变化以表一所示 . 3、 新建项目的风机节能多少取决于峰值的变化以表一所示，根据同行业，同机组容量调速运行的比较及我公司多年来做过同类项目调速运行的经验，平均最低节电率在 35% 醴县 生物发电厂 项目一次风机 - 8 - 和引风机电机型号规格及参数预计为： 00用内反馈斩波调速 00行，满足生产运行要求前提下，风门挡板全开状态，节电率约为： 35% 五 . 安装调试施工周期 1 设备全部到货：每套电机及调速装置安装及布线约 3用户负责完成，卖方协助。 2 每套电 机及调速装置调试运行约 2卖方负责完成，买方协助。 六 . * 电动机转子回路经由液体电阻启动器构成回路，断路器合闸后，启动电阻电极下降，电阻变小，电动机转速逐步上升直到全速。 *启动结束，全速接触器 动机全速运行。 *接触器 触器 开，电动机调速运行；改变斩波器占空比，电动机转速改变。 *调速部分发生故障时，接触器 动机转速由调速状态逐渐上升 到全速，接触器 动机全速运行； *隔离刀闸 断器拉开，电动机全速运行，装置可维修。 *. 方开车；远方停车；远方转调速；远方转全速； - 9 - *置备好；全速运行；调速运行；故障； *方转速调节； *速远方显示。 *七 . 内馈斩波调速装置参数如下 调速装置原理简述： - 10 - * 电动机转子回路经由液体电阻启动器构成回路，断路器合闸后，启动电阻电极下降，电阻变小，电 动机转速逐步上升直到全速。 *动结束，全速接触器 动机全速运行。 *触器 合，接触器 开，电动机调速运行；改变斩波器占空比，电动机转速改变。 *速部分发生故障时，接触器 动机转速由调速状态逐渐上升到全速，接触器 动机全速运行； *离刀闸 断器拉开，电动机全速运行，装置可维修。 4调速装置与 接口 装置具有与 方开车；远方停车；远方转调速；远方转全速； 置备好；全速运行；调速运行；故障； 方转速调节； - 11 - 速远方显示。 调速柜 ：宽 深高 =1800 800 2200（ 400； (后门为拆卸式 ) 液态软启动 柜： 宽 深高 =600 800 2200 ； 可以根据用户要求进行变更。 6调速装置技术条件 （ 1）全部电力电子元件采用模块结构，单一冷却风道， 结构紧凑维修方便； （ 2）用 波器无直通或失控故障； （ 3）用 变器无颠覆故障； （ 4） 对于负载为风机时，推荐采用液态电阻启动器来保证电动机的软启动要求，启动电流 (i n （ 5） 启动时，可以使电动机直接进入调速状态；调速装置故障时，电动机转速由当前状态斜坡上升到全速状态，其过程时间可达到 30秒。 八 . 内馈斩波调速装置参数 技术指标 1 工作方式：软起动、全速运行、 续运行； - 12 - 2调速范围：额定转速的（ 50%，连续可调； 3装置效率： 98%； 4启 动电流 : 启动时定子电流小于（ 对液态电阻启动器 ）； 5功率因素：不低于 4极电机，转速 80%时） ； 6系统谐波失真：小于 4% ； 7逆变器过载能力： 125% 10分钟， 150%60秒钟 ； 8远方操作 i/o 就地 /远方操作可选，远方操作适应 无源接点 )； 远方操作内容（干接点）：远方开车；远方转调速；远方转全速；远方停车。 远方信号内容（干接点）：装置备好；全速运行；调速运行；装置故障。 9自动控制 手动 /自动控制可选，自动控制时，接受 4 20号 10噪音：前方 1米外 01控制电源：一路三相 380/220v，控制电源容量 2路 220 - 13 - 置可正常工作 12保护功能和自诊断能力：过载、过流、过压、超温等保护齐全； 故障自诊断和声光报警功能； 1000次事件记录，随时可查询事故或误操作 13故障应对能力及旁路性能：电网电压波动 动机母线掉电快切，装置不受影响。 本装置故障时自动转全速运行（可以选择）。装置检修时，电动机可全速运行 14冷却方式：强制风冷 15环境温度： ， 16相对湿度： 95%以下（不结露） 17防护等级： 8海拔高度： 1000米 19其他条件：使用于无严重腐蚀性气体、无严重灰尘、无严重震动的场合 20装置重量： 1800 3000 500 2000 21 调速装置符合上海市企业标准 q/九 . 斩波调速技术特征 - 14 - 内反馈斩波调速装置采用 作的斩波器与逆变器是上海南征电子电气成套有限公司的独家知识产权，专利号为 公司专利技术产品受到国家法律保护，任何个人或单位 均不得仿制。本公司的内反馈斩波调速装置 列的专利技术特征如下： 调速 方式： 根据实际负载要求自动改变电机电流，降低电机转数，进行无级调速，调速系统可就地操作调速运行或远方 可以直接转全速运行。软启动装置可独立单独连续启动等功能。 调速范围 ： 电机额定转数 50%也可根据用户设计的调速范围要求无级调速，调速精度高。 软启动方式： 特殊控制的液态电阻软启动装置， 启动电流小于 动转矩大，启动平稳，实现平滑无级的连续启动，对电机、电网及厂变系统无冲击， 电机启动到任意转数直接进入调速状态。 自动软旁路方式： 特殊的控制方式，即使调速装置突然故障时，自动转为工频运行，保证电机正常运行，不停机、不停产，并使电机转速逐渐升到最高转速，过度时间约 10满足风门，阀门调节器的响应，使电机在负载运行下从原调速的转速上逐渐升到全速，转换无冲击，不会烧坏电机，使锅炉不会熄火。 斩波器与脉冲控制方式： 独特的 联技术，是本系统电子电路的核心专利技术， 自关断、自 - 15 - 恢复元件，由于 身关断保护能力及自恢复能力 高度有效，能彻底切除电网波动或雷击产生的脉冲及电磁波干扰，等脉冲过后自恢复能力高度有效，具有特殊的 抗 干扰能力。保证斩波器工作绝对可靠。 逆变器及同步信号控制方式： 采用 成的逆变器，同步信号发生故障时，逆变器绝对不会颠覆或过电流， 自关断、自恢复元件，自身关断保护及自恢复能力高度有效，能 有 效切除过电流故障，保证逆变器正常运行。 电网电源快切保护功能： 反馈斩波调速装置具有电网电源快切 (母连切换 )的保护功能，装置在调速过程中两个电源 10速切换时，调速系统能保持原调速状态，不会转 入全速壮态，保证装置能正常调速运行。 操作电源控制方式： 调速装置具有电源控制回路切换，当 38020自动切换到电机的附加绕组上供电，只要电机有调速装置仍正常运行，也可以切换到用户的 免因控制失电而导致器件损坏，确保控制系统的可靠运行。 保护和自诊断功能： 装置具有缺相、短路、过载、过电流、过电压、欠压、欠流、超温等保护功能及故障自诊断和声光报警，故障或误操作事件记录等功能。 - 16 - 电源故障应对能力及旁路性能： 在电机电源发生欠压、缺相、短路 等故障时，斩波器不会失控，逆变器不会颠覆故障，电源电压波动 置不受影响。故障检修不影响电机全速运行。 调速装置与 调速装置采用可编程 速装置通过比较转速输出量：由 4业通用接口与 度给定之间的大小，自动调节电机的转数，实现风机、水泵自动调速运行。在用户现场 速装置提供报警的同时，可按原转速继续运行，维护机组的运行工况不变。 控制方式： 采用进口液晶中文触摸屏，能正确测速显示电机参数，断路器 合闸、分闸，转子电流电压，调速转全速，全 速转调速，启动，停机，占空比大小，一次二次三 次 故障报警及恢复， 1000 次历史事件记录及打印，等等的显示及就地操作。也可与总控制室 现远方显示操作，具有开环和闭环两种控制可选，可方便实现压力和流量闭环控制。 功率因数： 调速装置功率因数不低于 证电机运行功率不低于电机额定的功率因数。 谐波： 系统谐波失真：小于 4%。 十 . 见图 1，内反馈斩波调速装置主要是由整流器，斩波器，逆变器组成的。此外，装置内还有软启动电路， - 17 - 装置门上装有触摸屏。 动机 输入整流器 波器 变器 线 d 1 1、“本机 /远方”操作选择功能 装置具有“本机 /远方”操作选择功能，使用者可以根据情况进行选择。“本机 /远方”操作选择开关设在触摸屏的基本窗口。当此开关位置在“本机”操作时，可以在触摸屏上实现高压断路器的合闸和分闸、电动机转全速和转调速、以及电机转速的调整；当此开关位置在“远方”操作时，可以通过远方的无源触点（如输出接点）实现高压断路器的合闸和分闸、电动机转全速和转调速、以及电机转速的调整。为了便于查询，当操作人员改变选择时，将被记录下这个信息。 2、“手动 /自动”控制选择功能 装置具有“手动 /自动”控制选择功能，使用者可以根据情况进行选择。为了便于查询，当操作人员改变选择时，将被记录下这个信息。当此开关位置在“手动”位置时，可以在触摸屏上按压 +/- 按钮来调整斩波 - 18 - 器的占空比，即改变电动机转速。当“手动 /自动”开关指向“自动”位置时，可以从外部输入 4流来调整 斩波器的占空比，即改变电动机转速。 3、联锁操作 (a) 调速装置可以选择在机柜触摸屏上操作 高压开关 或中央控制室操作； (b) 出口电动门开 /关与装置启动 /停止联锁； 4、自动调节压力（或流量） 1. 当选择装置调速运行时，装置接受 4力变送器信号 通过 据实现自动调速 ； 2. 当选择装置全速运行时，电动机转速为额定转速； 5、旁路运行 当调速装置内部发生故障时，装置自动转为全速运行并发出就地和远方报警信号；此后，可由人工操作将装置退出运行，电动机继续运行。这样，就可对装置进行维修。 见图 3，内反馈斩波调速系统主要是由液态软启动柜，整流柜，斩波柜，逆变器组成。此外，装置门上装有中文