高压变频器节能效果浅析

学术论文 2018-05-09 10:01:57
  1.引言 
  能源动力厂拥有JG-130型中温中压混燃高炉、焦炉煤气锅炉,长期处于满负荷运行。锅炉主要辅机设备包括引风机、送风机、给水泵,均由10kV电动机驱动。 
  众所周知,风机系统的节电率为30~50%,泵类系统的节电率为20~30%,因此选择功率较大的引风机进行节能改造,意义较大。 
  随着高压变频技术的日趋成熟,应用越来越广泛,引风机的变频节能改造更加可靠有效。 
  2.煤气锅炉引风机工艺介绍
  2.1煤气锅炉风烟系统工艺流程 
  JG-130型全燃煤气锅炉风烟系统拥有两套引、送风机,引风机转动后,将烟气通过烟囱排向空中,同时使炉膛内产生负压,送风机把大气中的空气送至空气预热器,经尾部烟气加热后送至炉膛,空气中的氧气与煤气作用产生燃烧,对省煤器中的除盐水进行加热,生成的汽水混合物,经汽包分离出蒸汽再经过热器加热形成所需要的蒸汽。 
  2.2引风机调节方式 
  引风机属于后向型叶轮离心风机,由电动机直接驱动,电动机采用工频运行,流量的调节主要是通过改变风机进口导流叶片的角度来实现。 
  由于设计时,考虑最大流量及部分余量,实际运行中电动机远达不到额定功率,通过5#风机运行统计数据可知并没有超过额定功率的60%(参见图6),而调节阀门的开度低于50%(参见图5)。因此,当导流叶片调节时,在叶片上造成了大量的能量损耗,而叶片受冲击影响容易损坏,调节相对迟缓。电动机直接启动,电流较大,对风机及电动机都产生一定冲击。 
  通过风机的特性曲线可知,流量与转速存在线性关系,改变电动机的转速,即可实现流量的改变。因此采用变频调速,阀门可以全开,减少了叶片上的能量损耗,避免了工频启动中的大电流冲击,并实现了流量的平滑调节,延长了设备寿命。  
  3.变频调速原理 
  根据转速公式:n=60fs(1-s)/np=60ws(1-s)/2πnp, 
  fs:供电频率;np:极对数;s:转差率;ws:供电角频率; 
  可知均匀改变异步电动机的定子供电频率,就可得到平滑地调节电动机的转速。 
  LP-10型高压变频器采用电压空间矢量PWN技术,又称磁链轨迹控制法,是将逆变器和交流电机视为一个整体,数学模型是建立在电机统一理论和电机坐标轴系变换理论基础之上的,物理意义直观,数学模型简单,便于微机实现实时控制,并具有转矩脉动小、噪声低、电压利用率高的优点。 
  4.变频改造方案及运行效果 
  变频器控制方式,在启动时优于工频,但是在运行中的抗干扰性要低于工频运行,因此改造时,充分吸取工频运行的优势,采用变频加旁路运行的控制方式(参见图2),均由引风机值班室后台监控电脑实现远程控制。 
  鉴于高压配电室空间不足,在配电室与电机之间选取一块空地增改一座变频器,变频器与电机之间增加一段电缆。 
  变频运行方式为:合上1QS、2QS,将QF摇至工作位置,微机远程变频启动:闭合1QF开关、2KM接触器闭合,电动机变频运行。 
  当变频器故障或因其它原因退出后,3KM接触器自动闭合,电动机转入工频运行模式。 
  改造工作于6月份完成,投入运行,原断路器柜上的综合保护装置显示运行电流为4.77A、有功功率为86.37kW、功率因数为0.98,具体参见图4;相比工频运行电流17.83A、有功功率219.3 kW(参见图3)要小得,功率因数提高较多。变频器面板显示运行频率为31.32Hz、输出电流15.4A,具体参见图5。调节阀门,由工频的44%变为99.7%,基本实现了全开,参见图6。  
  5.节能分析及应用效果 
  5.1节能分析 
  参见其中一个月每天的消耗电量统计表及运行参数图,可以看出变频改造后的引风机比工频运行的引风机消耗电能大大减少。日均功率见图7,日均节电率见图8。 
  通过统计报表,可以算出工频运行功率平均为212.67kW,变频运行功率平均为110.16 kW,节电率平均为48.14%,即减少102.51 kW。 
  作为主力锅炉,除去定修及设备检修,引风机每年要运行330天,即7920h。 
  通过计算可得,每年减少电量: 
  P=102.51 kW×7920h=811879.2 kWh 
  按平均电价0.55元/kWh,可得年节约成本: 
  811879.2 kWh×0.55元/kWh=446533.6元。 
  5.2其他效果 
  改善了功率因数,减少了无功功率消耗,在一定程度上减轻了无功补偿设备的负担。 
  由于降低了电动机的运行电压,延长了使用寿命。 
  6.结束语 
  本文通过大量的实际运行数据,分析了引风机变频节能改造的显著效果;通过改造减少了电费支出,降低了锅炉运行成本。
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