加热炉变频节能改造（共11篇）
加热炉变频节能改造 篇1
摘要：加热炉的余热也是一个非常重要的能量, 在提倡可持续发展的现代社会, 如果我们可以有效利用这些能量, 将会给企业带来不可估量的经济效益。本文就加热炉余热回收工程节能的改造进行深入的探讨, 希望能对之有所帮助。
关键词：加热炉,回收,节能改造
一、引言
众所周知, 在煤炭等原料燃烧时, 除了产生大量的能量以外, 还会产生大量的二氧化碳、一氧化碳气体, 而这些气体也含有大量热量, 如果就此白白浪费, 就造成了能量的流失, 但是如果能够利用一些措施及技术, 使得这些气体能够被利用, 帮助加热炉内天燃气更好地进行燃烧, 使得热量有效利用, 那么能量的利用率会大大的提升, 同时, 利用加热炉尾部烟气热量使空气在进入加热炉前通过换热器使之升温, 将尾部烟道内热烟气引入锅炉利用, 以提高余热的利用率。笔者工作的地方, 加热炉换热器和烟道使用有十几年的时间了, 在使用期间从来没有检修或者更换过相关仪器, 一些零件早已老化, 不堪使用, 严重影响到加热炉的正常工作运转, 所以, 高层领导决定对加热炉进行一次彻底检查和修护, 而检查的主要项目就是对加热炉进行余热回收节能改造。
二、改造前加热炉的状况1换热器状况
旧换热器是1987年开始使用的翅片状金属换热器, 高温段由36根 (两组) Cr25Ni20铸钢翅片管组成, 低温段由36根 (两组) 含锡5%的铸钢翅片管组成, 管长1550mm, 每根管的传热面积25cm2。改造前, 旧换热器传热效果较差, 烟气温度最高1050℃时, 热风温度不超过400℃。烟气温度在800~900℃时, 热风温度仅330℃左右;烟气温度在550~650℃时, 热风温度只有100℃。该换热器使用到中、后期, 处于高温区的前列管多处出现横向裂纹。在检修时曾多次试图焊补裂纹, 但是焊补的裂纹不能熔合或重新开裂, 焊补未获成功。
2烟道状况
在主烟道以及去余热锅炉支烟道内, 砌砖已经松动, 个别的已经脱落。同时, 因旧烟道工作层是由导热性很强的硬质粘土砌筑成的, 它散热快, 前后烟气温差幅度大, 不利于余热锅炉对烟气热量的再回收。另外, 对烟道的砌筑不规范, 烟道两个侧墙的厚度不同, 隔热材料的厚薄、疏密也不一样。
三、加热炉改造内容
该工程包括更新空气换热器、烟道壁隔热和热风管外壁保温三项内容。
1更新空气换热器
新换热器采用的是国产带螺旋插件的钢管换热器。高温段管子是不锈钢管, 中温段管子是渗铝碳管, 低温段管子是碳管。
2烟道壁改造
在保障强度的情况下, 主要选择导热性低的材料, 减少烟道墙向外的散热, 从而提高烟道隔热性能。烟道的四壁顶部拱形, 温度高、散热快, 因而顶部加厚了隔热层。
3热风管外壁保温改造
热风从换热器送到烧嘴需要通过几十米长的管道。管道内壁已有120 mm的隔热层, 但已有十几年未检修, 保温性能变得很差, 这次改造决定增加外壁保温措施。
四、改造后效果分析1新换热器效果分析
加热大规格钢材时, 改造后换热器出风温度提高138℃, 比原出风温度提高41%, 加热小规格钢材时, 改造后换热器出风温度提高87℃, 比原出风温度提高54%, 新换热器换热效果明显。将提高的风温折算成热量, 每吨大规格钢材改造后节约天燃气3.3 m3, 节能6%;每吨小规格钢材改造后节约天燃气2 m3, 节能2.2%。
2分析换热器热转换效率
改造前, 换热器后部烟气温度大大高于热风温度;改造后, 换热器后部烟气温度低于或略高于热风温度。旧换热器温度转换效率为24%~38%, 新换热器温度转换效率为45%~54%。很明显, 新换热器大大提高了热转换效率, 这样, 在风温提高后, 除了获得回收物理热的效益外, 还能达到改善燃烧, 提高火焰温度的效果, 从而提高钢的加热能力, 增加加热炉的产量。
3烟道的改造效果及锅炉的余热回收分析
改造前, 测试余热锅炉烟气温度时发现, 进余热锅炉的烟气温度比换热器后部的烟气温度低得很多, 改造后, 这一温度降明显减小。进入余热锅炉的烟气温度提高了33℃。
五、存在的问题及解决方法分析
1天燃气供给量太多, 风机风量跟不上标准供风量17172m3/h, 但实际的供风量只有标准供风量的90%左右, 因加热炉所用套筒式烧嘴, 混合性能不好。天燃气与空气混合比例至少取1:11, 一般取11.5~12。
在正常情况下, 烟气至换热器处, 应比加热炉尾部低100℃左右。可实际温度不但未低, 反而高于炉尾温度, 说明烟气在烟道行走过程中, 可燃成份仍在燃烧。在测试过程中, 对烟气成分进行取样分析, 烟气中含有0.2%~0.4%的CO成分, 说明天燃气确实过量了, 也即意味着风机风量偏小。解决方法有以下两种途径:
(1) 在操作上控制天燃气最大供给量不超过1400 m3/h, 并且按规定要求调整好天燃气与空气的混合比例, 这是从根本上解决问题的方法。
(2) 在烟道人口处安装一个吸冷空气的调节阀, 根据烟气温度控制调节阀的开口度, 以利吸入适量冷空气, 把烟气温度降到允许值。
2换热器至余热锅炉仍有较大的温降
虽然改造后温降有所改善, 但仍有37~92℃的温度降, 依旧不太理想。原因分析:烟道上共有三个升降式闸阀, 引风机对烟道具有很强的吸力, 以至于把外面的空气通过闸阀处缝隙吸人烟道, 致使烟气温度降低。
六、结束语
综上所述, 当前的企业, 为了对换热器以及烟道的烟气排放情况进行实时有效的监测与记录, 应当将计控仪表的“循检烟气温度”功能全部恢复, 使对换热器能够与计算机进行紧密的联接, 将各个时期的数据储存在计算机内, 以供检查和检修时参考, 热风管内保温层和烟道高温段的保温隔热性能很容易降低, 应进行实时监控。
参考文献
参考文献
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加热炉变频节能改造 篇2
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刘佳畅
摘要 在我国经济快速发展的大背景下，能源（水、电、油）的消耗在企业中所占的比重越来越高，也受到愈来愈大的重视。同时由于房地产的快速发展需求，中央空调的市场需求呈现强劲的增长趋势。在市场容量不断增大的吸引下，越来越多的厂家加入到商用中央空调的领域。变频技术应用于中央空调系统，对提升中央空调自动化水平、降低能耗、减少对电网的冲击、延长机械及管网的使用寿命，都具有重要的意义。
关键字 中央空调系统；水泵；风机；变频器
Abstract
Keywords 概述
中央空调系统在现代企业及生活环境改善方面极为普遍，而且是某些生活环境或生产工序中所必须配备的，即所谓人造环境，不仅是温度的要求，还有湿度、洁净度等。之所以要求配置中央空调系统，目的在于提高产品质量，提高人的舒适度，而且集中供冷供热效率高，便于管理，节省投资等。为此，几乎所有企业、高层商厦、商务大楼、会场、剧场、办公室、图书馆、宾馆、商场、超市、酒店、娱乐场、体育馆等中大型建筑上都采用中央空调，它是现代大型建筑物不可缺少的配套设施之一，但由于它的电能消耗非常之大，是用电大户，几乎占了用电量的50%以上，因此其日常开支费用很大。
中央空调系统都是按最大负载并增加一定余量设计的，而实际上在一年中，满负载下运行最多只有十多天，甚至十多个小时，绝大部分时间负载都在70%以下运行。通常，中央空调系统中冷冻主机的负荷能随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，几乎长期在100%负载下运行，造成了能量的极大浪费，也恶化了中央空调的运行环境和运行质量。
随着变频技术的日益成熟，利用变频器、PLC、D/A转换模块、温度传感器、温度模块等部件的有机结合，可构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量。采用变频调速技术不仅能使商场室温维持在所期望的状态，让人感到舒适满意，使整个系统工作状态平缓稳定，更重要的是其节能效果高达30%以上，能带来很好的经济效益。中央空调系统构成及工作原理
如图1所示，中央空调系统主要由以下几个部分组成。2.1 冷冻机组
通往各个房间的循环水经由冷冻机组进行“内部热交换”作用，使冷冻水降温为5~7℃。并通过循环水系统向各个空调点提供外部热交换源。内部热交换产生的热量，通过冷却水系统在冷却塔中向空气中排放。内部热交换系统是中央空调的“制冷源”。2.2 冷冻水塔
用于为冷冻机组提供“冷却水”。2.3 “外部热交换”系统
此系统由两个循环水系统组成：
1）冷冻水循环系统由冷冻泵及冷冻管道组成。
从冷冻机组流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，在各个房间内进行热交换，带走房间内的热量，使房间内的温度下降；
2）冷却水循环系统由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻机组进行热交换，使水温冷却的同时，必将释放大量的热量，该热量被冷却水吸收，促使冷却水温度升高，冷却泵将升了温的冷却水压入水塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降了温的冷却水，送回到冷冻机组，如此不断循环，带走冷冻机组所释放的热量。
2.4 冷却风机
1）室内风机安装于所有需要降温的房间内，用于将由冷冻水冷却了的冷空气吹入房间，加速房间内的热交换。2）冷却塔风机用于降低冷却塔中的水温，加速将“回水”带回的热量散发到大气中去。
中央空调系统的四个部分都可以实施节电改造，但冷冻水机组和冷却水机组改造后的节电效果最为理想。因此我们将重点阐述对冷冻机组和冷却机组的变频调速技术改造，次要说明冷却风机的变频调速技术改造。3 中央空调系统变频改造的具体方案
现将淅江省嘉兴市某集团公司办公楼的中央空调系统的变频节能改造方案做一具体介绍。3.1 中央空调原系统存在的问题
该集团中央空调系统改造前的主要设备和控制方式：
1）450 t冷气主机2台，型号为特灵二极式离心机，两台并联运行； 2）冷冻水泵2台，扬程28 m，配用功率45 kW；
3）冷却水泵有2台，扬程35m，配用功率75 kW，冷冻水泵与冷却水泵均采用一用一备的方式运行； 4）冷却塔2台，风扇电机11 kW，并联运行，室内风机4台，5.5 kW，并联运行。
该集团是一家合资企业，为了给员工营造一个良好的工作环境，办公楼大部分空间采用全封密的模式，因此公司大部分空间自然通风效果不好，所以对夏季冷气质量的要求较高。除了一些节假日外，其它时间中央空调都是全开的。由于中央空调系统设计时按天气最热、负荷最大时设计，且留有10%~20%的设计余量。其中冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应的调节。这样，冷冻水、冷却水系统几乎长期在大流量、小温差的状态下运行，造成了能量的极大浪费。原系统中冷冻、冷却水泵采用的均是Y-△起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3~4 倍，在如此大的电流冲击下，接触器的使用寿命大大下降；同时，启动时的机械冲击和停泵时的水锤现象，容易对机械部件、轴承、阀门和管道等造成破坏，从而增加维修工作量、维修费用，设备也容易老化。
另外，由于冷冻泵轴输送的冷量不能跟随系统实际负荷的变化，其热力工况的平衡只能由人工调整冷冻主机出水温度，结果只能是用大流量获得小温差。这样，不仅浪费能量，也恶化了系统的运行环
境与运行质量。特别是在环境温度偏低、某些末端设备温控稍有失灵或灵敏度不高时，将会导致大面积空调室温偏冷，感觉不适，严重干扰中央空调系统的运行质量。
针对上述实际情况，对该集团的中央空调系统实施了利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度模块、温度传感器等构成的温差闭环自动调速系统的方案。主要对冷冻、冷却水泵进行了变频调速技术改造，达到节约电能、稳定系统、延长设备寿命，提高环境舒适度的目的。3.2 中央空调系统节能改造的具体方案
对该中央空调节能系统进行变频节能改造的具体装机清单如表1所列。
3.2.1 变频节电原理
由流体传输设备（水泵、风机）的工作原理可知：水泵、风机的流量（风量）与其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比；而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水泵、风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的
三次方成正比）。变频器节能的效果是十分显著的，这种节能回报是看得见的。特别是调节范围大、启动电流大的系统及设备，通过图2 可以直观地看出在流量变化时只要对转速（频率）稍作改变就会使水泵轴功率有更大程度上的改变，此特点使得使用变频器进行调速成为一种趋势，而且不断深入并应用于各行各业的调速领域。根据上述原理可知：改变水泵、风机的转速就可改变水泵、风机的输出功率。
图中阴影部分为同一台水泵的工频运行状态与变频运行状态在随着流量变化所消耗的功率差。3.2.2 系统电路设计和控制方式
根据中央空调系统冷却水系统的一般装机形式，建议在冷却水系统和冷冻水系统各装两套传动之星SD-YP 系列一体化变频调速控制柜，其中冷却变频调速控制柜供两台冷却水泵切换（循环）使用，冷冻变频调速控制柜供两台冷冻水泵切换（循环）使用。变频节能调速系统是在保留原工频系统的基础上改装的，变频节能系统的联动控制功能与原工频系统的联动控制功能相同，变频节能系统与原工频系统之间设置了联锁保护，以确保系统工作安全。利用变频器、人机界面、PLC、数模转换模块、温度传感器、温度模块等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，自动调节水泵的输出流量，为达到节能的目的提供了可靠的技术条件。如图3所示，给出了主电路具体的改造方案。
3.2.3 系统主电路的控制设计
根据具体情况，同时考虑到成本控制，尽可能地利用原有的电器设备。冷冻水泵及冷却水泵均采用一用一备的运行方式，因备用泵转换时间与空调主机转换时间一致，切换频率不高，所以冷冻水泵和冷却水泵电机的主备切换控制利用原有电器设备，通过接触器、启停按钮、转换开关进行电气和机械互锁。确保每台水泵只能由一台变频器拖动，避免两台变频器同时拖动同一台水泵造成交流短路事故；并且每台变频器任何时间只能拖动一台水泵，以免一台变频器同时拖动两台水泵而过载。3.2.4 系统功能控制方式
上位机监控系统主要通过人机界面完成对工艺参数的检测，各机组的协调控制以及数据的处理、分析等任务；下位机PLC主要完成数据采集，现场设备的控制及联锁等功能。具体工作过程中，开机时，开启冷水及冷却水泵，由PLC控制冷水及冷却水泵的启停，由控制冷水及冷却水泵的接触器向制冷机发出联锁信号，开启制冷机，由变频器、温度传感器、温度模块组成的温差闭环控制电路对水泵进行调速以控制工作流量，同时PLC控制冷却塔根据温度传感
器信号自动选择开启台数；当过滤网前后压差超出设定值时，PLC发出过滤堵塞报警信号；送风机转速的快慢是由回风温度与系统设定值相比较后，用PID方式控制变频器，从而调节风机的转速，达到调节回风温度的目的。停机时，关闭制冷机，冷水及冷却水泵以及冷却塔延时15 min 后自动关闭。保护时，由压力传感器控制冷水及冷却水的缺水保护，压力偏低时自动开启补水泵补水。
3.3 系统节能改造原理
变频节能系统示意图如图4所示。
1）对冷冻泵进行变频改造PLC控制器通过温度模块及温度传感器将冷冻机的回水温度和出水温度读入控制器内存，并计算出温差值；然后根据冷冻机的回水与出水的温差值来控制变频器的转速，调
节出水的流量，控制热交换的速度。温差大，说明室内温度高系统负荷大，应提高冷冻泵的转速，加快冷冻水的循环速度，加大流量，加快热交换的速度；反之温差小，则说明室内温度低，系统负荷小，可降低冷冻泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，减小流量，降低热交换的速度以节约电能。
2）对冷却泵进行变频改造由于冷冻机组运行时，其冷凝器的热交换量是由冷却水带到冷却塔散热降温，再由冷却泵送到冷凝器进行不断循环的。冷却水进水出水温差大，说明冷冻机负荷大，需冷却水带走的热量大，应提高冷却泵的转速，加大冷却水的循环量；温差小，则说明，冷冻机负荷小，需带走的热量小，可降低冷却泵的转速，减小冷却水的循环量，以节约电能。
3）冷却塔风机变频控制通过检测冷却塔水的温度对冷却塔风机进行变频调速闭环控制，使冷却塔水温恒定在设定温度，可以有效地节省风机的电能额外损耗，能达到最佳节电效果。
4）室内风机组变频控制通过检测冷房温度对变风机组的风机进行变频调速闭环控制，实现冷房温度恒定在设定温度。室内风机组变频控制后可达到理想的节电效果，并且使空调效果更佳。
3.4 系统流量、压力保障
本方案的调节方式采用闭环自动调节控制，冷却水泵系统和冷冻水泵系统的调节方式基本相同，用温度传感器对冷却（冷冻）水在主机上的出口水温进行采样，转换成电量信号后送至温控器将该信号
与设定值进行比较运算后输出一模拟信号（一般为4~20 mA、0~10 V等）给PLC，由PLC、D/A转换模块、温度传感器、温度模块进行温差闭环控制，手动/自动切换和手动频率上升、下降由PLC控制，最后把数据传送到上位机人机界面实行监视控制。变频器根据PLC 发出的模拟信号决定其输出频率，以达到改变水泵转速并调节流量的目的。
冷却（冷冻）水系统的变频节能系统在实际使用中要考虑水泵的转速与扬程的平方成正比的关系，以及水泵的转速与管损平方成正比的关系。在水泵的扬程随转速的降低而降低的同时管道损失也在降 低，因此，系统对水泵扬程的实际需求一样要降低； 而通过设定变频器下限频率的方法又可保证系统对水泵扬程的最低需求。供水压力的稳定和调节量可以通过PID参数的调整。当供水需求量减少时，管道压力逐渐升高，内部PID调节器输出频率降低，当变频器输出频率低至0 Hz时，而管道在一设定时间内还高于设定压力，变频器切断当前变频控制泵，转而控制下一个原工频控制泵，变频器在水泵控制转换过程中，逐渐轮换使用水泵，使每个水泵的利用率均等，增加系统、管道压力的稳定性和可靠性。中央空调系统进行变频改造的优点
变频节能改造后除了可以节省大量的电能外还具有以下优点：
1）电机起动是软起动，电流从0 A到额定电流变化，减小了大电流对电机的冲击； 2）电机软起动转速从0 开始缓慢升速，可以有效减少水泵或风机的机械磨损；
3）变频器是高性能的电力电子设备，具有较强的电机保护功能，能延长系统各部件的使用寿命； 4）使室温维持恒定，让人感到舒适；
5）经过改造后，可以使系统具有较高的可靠性，减少了环境噪音，减少了维修维护工作量。5 传动之星SD-YP系列一体化变频器的优点 1）采用独特的空间矢量（SVPWM）调制方式； 2）操作简单，具有键盘锁定功能，防止误操作； 3）内置PID功能，可接受多种给定、反馈信号；
4）具有节电、市电和停止三位锁定开关，便于转换及管理； 5）保护功能完善，可远程控制； 6）超静音优化设计，降低电机噪声；
7）安装比较方便，不用改变原有的配电设施及环境； 8）稳定整个系统的正常运行，抗干扰能力强；
9）具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能。6 结语
在科技日新月异的今天，积极推广变频调速节能技术的应用，使其转化为社会生产力，是我们工程技术人员应尽的社会责任。对落后的设备生产工艺进行技术革新，不仅可以提高生产质量、生产效率，创造可观的经济效益，对节能、环保等社会效益同样有着重要的意义。随着变频器应用普及时代的来临，不仅扩大了变频器的应用市场，而且为中央空调应用也提出了新的课题。预计在不久的将来，由于变频调速技术的介入，中央空调系统将真正地进入经济
加热炉变频节能改造 篇3
关键词:锅炉补水控制循环流量控制燃烧控制
中图分类号:TM921.51文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)03(a)-0042-01
老式六吨锅炉不仅热效率低,故障率高,维修费高,而且排放出的二氧化硫严重超标,工人的工作环境差,劳动强度大,自动化程度低。要想使锅炉运行达到节能的目的,需要对锅炉进行改造,通过传感器来监测锅炉的运行过程,并通过控制器来进行调节,则可以大大增加锅炉的运行效率,减少能源浪费,降低人员的劳动量,因此,锅炉变频及PLC改造势在必行。PLC即可编程序控制器,以微处理器为核心,具有运算、数据处理和数据传送等功能。通过PLC控制器来调节锅炉系统,可以实现整个系统的优化控制。
1 锅炉变频及PLC改造系统构成
(1)补水控制系统。锅炉的水位是影响锅炉安全运行的重要参数,若水位太高,会影响汽水分离装置的正常运行,导致蒸汽带水太多,会增加在管壁上的水垢,并会影响蒸汽质量,若水位太低,则会影响水汽循环,引起水冷壁管的破裂,严重的会造成干锅并损坏锅炉部件,因此严格控制锅炉水量是非常重要的。而老式六吨锅炉的给水为手动控制方式,手动补水操作效率低,耗能大,水位监控手段也不完善,使锅炉出于隐患运行状态,所以进行锅炉自动控制改造是非常有必要的。
(2)循环流量调节系统。循环流量调节的对象主要是系统用水量,当系统用水量增加时,需要增加循环泵的转速,当循环泵不能满足系统用水时,则需要增加系统用水,并保证这一过程重复进行。循环流量系统需要将出水压力作为主要参数。
(3)燃烧控制系统。锅炉燃烧控制系统的目的主要有三个:给煤控制、给风控制和炉膛负压控制。锅炉燃烧过程是一个非常复杂的问题,需要考虑煤与空气的比例,炉膛负压和燃烧的经济性。由于炉膛负压关系到燃烧过程的安全性和经济性,因此把锅炉的炉膛负压作为主要参数来调节燃烧控制过程。炉膛负压太大,会使炉膛漏风量增加,增加排烟损失和引风机电能消耗。当炉膛负压太小时,会造成炉膛喷火和泄漏煤气,给设备和运行人员带来危险。为了保证炉膛在微负压状态下安全正常工作,需要通过调节引风机的变频器的频率输出,以此控制炉膛负压。
2 锅炉改造方案
锅炉改造方案主要通过传感器、变频器、PLC等构成,如图1所示为锅炉计算机控制系统的结构图。补水系统主要由若干个补水泵和两个变频器来控制,将补水泵分成两组,由不同的变频器来控制,1号变频器控制第一组补水泵,2号变频器控制第二组补水泵。系统主要有四种工作状态。刚开始工作时,系统用水量不多,只有第一组补水泵变频工作,第二组补水泵不工作;用水量增加时,则变频器的输出频率增加,当达到峰值时则第一组补水泵转为工频工作,第二组补水泵开始变频工作;当系统用水量减少时,则变频器频率减少,减少到峰值时,第一组补水泵停止工作,第二组工频工作;当系统用水量更少时,则第二组停止工作,第一组变频启动,恢复到初始状态,并以此循环。循环流量调节系统通过出水压力作为控制参数,通过变频器来控制循环泵。当系统用量增加时,变频器输出频率也会增加,当变频器频率增加的峰值时,说明系统用水不足,需要通过PLC控制器来进行控制,并将当前运行的循环泵切换到工频运行状态,同时启动其他备用的循环泵;系统用水量减少时,则将初始工作的循环泵转为变频工作状态,其余转为工频状态。当用水量更少时,则重复循环上述过程。燃烧控制系统主要包含三个部分:第一,通过变频器调节风煤比,整个系统通过变频器来调节引风机和炉排电机进而调节风量,同时调节给煤量,并保持适当的风煤比,使锅炉燃烧正常。第二,通过变频器来调节烟气的含氧量,使锅炉燃烧实现节能燃烧,保证供水压力在0.05MPa范围内,供水流量变化保持在20%上下。第三,炉膛负压调节系统则以压力作为控制信号,通过改变引风机的速度来调节引风量,并与变频器配合,这种控制方式需要长时间的试验和经验的总结才能得到比较理想的数据。燃烧调节是工业锅炉计算机控制系统现场调试中工作量最大、最复杂的一项工作,同时也是取得经济效益和社会效益的重要环节。通过变频及PLC改造,可以及时全面的掌握整个系统的运行情况,通过传感器采集各种运行参数并通过系统显示相关的运行画面,并将参数分组显示。系统通过传感器采集的数据及时调整设备运行数据,并按照设定好的调节策略来调节锅炉的运行,从而可靠高效的运行。在系统遇到故障时,主控之心可以发出各种警报,可以增加锅炉运行的安全性,使锅炉控制员及时掌握各种问题,当警报发生时,工作人员则可以根据警报的详细信息来采取有效措施来排除运行障碍。系统同时可以存储历史运行数据,这些数据可以为研究人员提供研究的素材,为日后的障碍排除和锅炉改造提供经验。另外一个重要的方面是参数设置,参数设置涉及到运行负荷量、蒸汽耗量、补水量、冷凝水返回量、设备的累积运行时间等,合理的参数设置可以为使锅炉合理运行,达到节能的目的。
3 结语
该系统在某地区的铁路局集中供暖锅炉房进行了试用,取得了比较好的运行效果,通过变频器和可编程控制器的使用,提高了锅炉系统运行的可靠性和安全性,使锅炉出于最佳运行状态。在提高锅炉运行效率的同时,节能效果也非常明显,并且也减少了烟尘和有毒气体的排放,实现了环保的目的。
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青海油田加热炉提效节能技术改造 篇4
为了进一步提高青海油田加热炉效率, 从2013年开始, 组织相关部门开展了节能技术调研、现场先导性试验和技术论证, 探索节能减排的技术方案和措施。通过现场试验证明, 必须从优化炉体结构、降低排烟温度和减小空气过剩系数等方面入手才能达到提高加热炉热效率的目的。
1 加热炉热效率低的原因分析
为了找出青海油田加热炉热效率低的原因, 对在用加热炉的热效率、排烟温度、空气系数、炉体外表温度等4项重要指标进行了全面测试, 通过对检测数据进行综合分析, 得到导致加热炉热效率低的原因有以下几个方面:
1) 青海油田地处高原, 空气中氧含量较低, 为了确保加热炉能够正常运行, 加大配风量运行, 使排烟量增加, 炉膛内气体流速加大, 炉膛换热变差, 排烟热损失增加, 同时降低了加热炉火筒的温度, 不利于被加热介质吸收热量;火筒温度过低, 不利于燃料的充分燃烧, 从而增加了气体不完全燃烧热损失。
2) 在加热炉更新选型时, 为了确保能够达到预期介质温度, 存在选型过大的问题, 正常运行时负荷率较低, 调配风不及时, 导致加热炉空气系数超标、热效率降低。
3) 随着油田自动化程度的提高, 正常运行时加热炉是根据介质温度自动启停, 负荷低时采取小火保温运行, 负荷大时采取大火运行, 但配风调整还不能实现自动调整, 负荷变化时不能及时调整配风量, 导致加热炉空气系数超标。
4) 青海油田在用加热炉大部分由青海油田机械厂生产, 部分生产年限较长的加热炉设计效率偏低, 实际热效率设计指标只有80%~85%, 难以达到中石油要求的平均指标。
5) 加热炉监控仪表不全现象普遍存在。缺少单台加热炉燃料量的计量仪表和烟温监控仪表, 使加热炉的运行调节缺失了必要的依据, 也使加热炉的节能管理缺乏必要的手段。
6) 青海油田负责加热炉运行的岗位人员绝大多数都是兼职, 平时只负责加热炉正常启停及巡回检查, 缺乏调整加热炉配风的经验, 不能够按负荷变化及时调整加热炉配风, 导致加热炉空气系数超标。
2 改造措施
通过现场先导性试验和技术论证, 对加热炉的提效工作制定如下改造措施。
2.1 优化、简化系统
结合工艺结构、工艺布局、工艺关联的调整, 对低效高耗、存在安全隐患的加热炉实施关停。随着井口含水上升, 停用一些经计算核实可以进行常温输送的设备, 对工艺调整负荷降低的加热炉实施工艺优化。加热炉提效作为一个整体系统考虑, 对油田在用的加热炉根据场站配置、热负荷进行优化简化、合并、备用, 减少高耗低效加热炉运行数量33台。
2.2 更新加热炉
对油田在用的部分大功率、低能效、老式的和损坏严重的加热炉实施更新, 总计更新14台加热炉。更新的加热炉采用新型高效分体式相变加热炉, 设计热效率指标在92%以上。
2.3 优化加热炉控制系统
把油田部分老式的两段式燃烧器更新为先进的比例式燃烧器 (图1) , 同时优化整个加热炉控制系统 (图2) , 更新后的燃烧器能够将空/燃气比例进行精确控制, 对加热炉烟气中的含氧量进行连续、准确、稳定的监测;并根据监测数据, 在热负荷、燃料热值变动的动态过程中通过燃烧器PLC控制系统对空气与燃料的动态比进行自动调节, 从而有效提高加热炉热效率。比例式燃烧器的关键技术是空燃比自寻优监测控制技术。青海油田在用负压加热炉的控制系统是根据设定的温度自动调节燃气控制阀的开度, 实现输出负荷的自动调节。当温度低于设定值时, 系统自动调节控制阀, 增加燃料供给, 增大燃烧器输出负荷;反之, 则减少燃料供给, 降低燃烧器的输出负荷, 从而减少了加热炉无用的热输出损失, 降低了宏观上的燃气耗气量。另外, 全自动燃烧器具有点火前炉膛自动吹扫、自动点火、炉膛火焰在线检测、燃气压力检测与送风压力检测等功能, 确保设备安全运行, 避免人为的操作失误。
加热炉控制系统的目标是控制燃烧过程的介质温度、炉膛负压等参数, 同时, 本着充分利用现有加热炉燃烧器的原则, 在烟囱入口处安装调节阀, 增设1套适合于负压加热炉使用的计算机监测和自动控制系统, 除了对加热炉系统进行实时监测及燃烧控制外, 还采用最佳空燃比在线自寻优策略, 维持加热炉在最佳工况状态下运转, 保证设备安全、高效、可靠运行。控制系统工作原理示意图见图3。
系统停电或加热炉自身控制系统出现故障时, 为了不影响生产, 立即开启手动模式, 让加热炉保持正常运行。全自动比例式燃烧器在手动模式下的燃烧效率低于自动运行模式, 但由于这类燃烧器结构合理, 技术先进, 因此, 在手动模式下的燃烧效率也要比目前在用的燃烧器效率高。手动模式下的使用方法与目前在用的加热炉相同, 简单可靠, 但效率偏低。
2.4 加热炉盘管综合防垢
加热炉盘管发生结垢, 大大降低了传热效果, 造成燃料浪费;污垢的沉积还会引起设备和管道的局部腐蚀, 在短期内造成穿孔, 同时结垢还减小了管线的有效面积, 增加了管线内部压力, 给生产带来极大的安全隐患。因此, 对腐蚀、结垢、老化严重的加热炉盘管进行部分更换, 对结垢严重的场站安装强磁防结垢装置, 为锅炉加热炉提供软化水, 通过现场实验表明, 强磁防垢技术有较好的阻垢、节能、除氧阻锈防腐效果。
2.5 更新设计
进一步提升青海油田机械厂自行生产加热炉的设计制造水平, 提高加热炉的设计效率, 对现有的5套加热炉图纸设计更新换代, 要求设计热效率达到国家和行业标准。目前加热炉设计更新换代的总体思路是在原有成熟炉型结构的基础上进行局部调整, 使其热效率由原来的85%提高到92%以上。
以1200 k W加热炉为例, 设计升级主要体现在:增加炉胆长度, 由原来的5950 mm变为7450 mm;加大炉胆直径, 由原来的800 mm增大到850 mm, 使火焰燃烧更完全;增加螺纹烟管长度, 由6190 mm变为7690 mm;选用意大利优尼瓦斯进口燃烧器, 型号为cib-unigas R91A。
通过设计升级, 可以达到如下目的:
1) 增大炉胆直径并加长炉胆长度, 使辐射受热面积由16.4 m2增加到21.2 m2, 辐射受热面积增加了29.3%, 炉膛出口烟温由822℃下降到684℃。增大炉胆直径并未影响水套炉壳体的直径, 炉膛的烟气流速略有下降, 因炉膛是以辐射传热为主, 对流传热所占比例忽略不计, 烟速只影响对流传热。增大直径使燃烧更完全, 也增加了辐射受热面积。
2) 增加了烟管的长度, 考虑到原加热炉的烟管内烟速比较合理, 因此对烟管的数量和规格不作调整。总对流受热面积由原来的28.31 m2增加到35.18 m2, 对流受热面积增加了24.3%。排烟温度由236℃下降到147℃, 水套炉热效率由原来的86.0%提高到90.4%。
3) 在烟气对流换热部分, 虽然烟管数量和规格不变, 但是增加了长度, 烟管内的平均烟温有所降低, 使传热系数由52.3 kcal/ (m2·h·℃) 降至50.4 kcal/ (m2·h·℃) , 但传热面积增加了。
4) 结构的改进, 使排烟温度降低, 热效率提高, 燃料消耗量下降。每台水套炉每小时节约燃料26.9 m3, 每天节约645.6 m3, 节约燃料16.6%, 达到了节能增效的目的。
2.6 挖掘管理提效潜力
开展能效监测分析, 确保加热炉高效运行。持续推进油田节能监测机构及各加热炉使用单位人员的能力培养和测试仪器的配套工作。实行各单位定期自测与公司专业监测部门抽测的管理机制。各单位指定专业人员负责加热炉的运行管理, 定期检查、测试加热炉的各项运行参数, 并根据加热炉的运行状况, 及时进行运行参数调整, 确保加热炉节能运行。
开展能效对标, 提升加热炉效率。针对不同类型、不同场站的加热炉, 设立能效指标和运行参数指标, 开展加热炉能效指标对标。
编制运行规定, 强化操作培训。结合生产实际, 制定相关可操作的加热炉运行管理规定, 规范运行操作;加强对操作人员的技能培训, 提升精细调参能力。
3 结论
加热炉变频节能改造 篇5
采用新型高压大功率电力电子器件、直接“高-高”方式的高压变频器，具有体积小、效率高、结构简单、运行可靠等特点，变频器装置采用不可控24脉冲移相整流和全控器件进行开关调制，具有很高的输入侧功率因数、优良的调速性能和转矩控制性能。高压变频器通过改变电动机运行频率，在很宽的转速范围内进行高效率的转速调节，可以取得很好的节电效果，在风机和水泵的节能改造上已经得到广泛验证。
国电双鸭山发电厂3、4号机为210MW火电机组，和3、4号机组配备有6台6kV/570kW灰浆泵电机，电机型号JS512-8，额定电流69A，额定转速730r/min。其中，6#灰浆泵是二级泵，和5#灰浆泵配合使用。在安装变频器之前，6#灰浆泵是根据前池液面的高度决定启、停电机。这样就存在两方面问题:一方面为了适应生产工艺要求，需要每天根据前池液位和冲灰管的需要不断切换、启停电机，前池液位高度得不到很好控制，而且频繁工频启动电机对电机造成很大冲击; 另一方面存在节流损失，造成电能的浪费。为了进一步优化灰浆泵运行工况，节省电能，所以对6#灰浆泵电机进行高压变频改造。
6#灰浆泵电机在高压变频器改造之后，通过调整6#灰浆泵变频器的运行频率(电机转速)来调整前池液面的高度，这样5#灰浆泵可以一直在最佳效率下工频运行，从而减少了操作6#灰浆泵开关的分合次数，减小了电机工频启动造成的冲击，进一步优化了生产工艺，并且节省了电能。
2 灰浆泵运行工艺和变频改造技术方案
2.1 6#灰浆泵运行情况及变频改造技术方案
(1) 在灰浆泵运行现场，变频器到电机之间的高压电缆经常发生单相对地放电或单相直接接地的情况。在这种情况下，要保证不能损坏变频器，并且变频器要能发出报警停机信号以便现场人员及时处理。因此，要求变频器输出能承受单相接地的能力，相应变频器的输出滤波器电容中性点不能直接接地，而是需要通过电容接地。
(2) 由于6#灰浆泵属于二级泵，所以在启动6#灰浆泵变频器运行之前，5#一级灰浆泵通常已经在运行，将会推动6#灰浆泵电机运转，变频器相当于飞车启动。所以变频器启动时需实时检测电机运行频率，根据该运行频率带动电机启动。
(3) 6#灰浆泵变频运行要求能对前池液位高度闭环控制，自动调节电机的转速。
(4) 由于灰浆泵运行时，在前池液位很低的时候有可能造成负荷过大甚至堵转的情况，因此要求变频器有过载能力以及过流保护措施。
综合上述因素，从目前国内、外主要的两种高压变频器拓扑结构中，选择基于IGCT的三电平中性点箝位的拓扑结构。三电平拓扑结构具有以下优点:开关功率器件数少、IGCT开关电流大、过流能力强、结构简单、可靠性高、适合负载冲击较大的应用场合。
在控制方面，灰浆泵前池液位设置压力式水位传感器，将测量得到水位高度信号，变换为4～20mA标准信号，由电流环接口送给变频器; 变频器计算出当前水位与控制水位之间的偏差，通过变频器内置的数字PID调节器改变变频器的输出频率，调节电动机的转速，进而控制灰浆泵前池液位的高度。
2.2 三电平中点箝位电路原理结构图
基于IGCT的三电平中性点箝位的高压变频器结构简单，主体由整流器、逆变器和滤波器组成。如图1所示，整流器采用24脉冲不控整流，由移相15°的24 脉波移相整流变压器和四重三相整流桥构成，这样可以满足对输入端的电流谐波要求，
直流环节由共模电抗、IGCT保护及充电限流电阻和直流电容(C1、 C2)构成。
三电平逆变器由di/dt吸收电路(由阳极电抗及嵌位电路组成)和12个IGCT组件构成的三电平逆变桥组成。
三电平结构的变频器需要拖动6kV电机，所以变频器直流母线电压需要10kV。实际运行时，两个处于关断状态的功率组件需要承受10kV的电压，这样每个组件要承受5kV。在主开关功率器件IGCT工作耐压只有4.5kV的条件下，需要采用两只串联的方式组成一个功率组件。
变频器内置输出滤波器由三相滤波电抗(La、Lb、Lc)和三相滤波电容(Ca、Cb、Cc、Cn)构成。滤波器使变频器输出到电机的电压和电流波形更加接近正弦波，而不需要电动机降容使用。
高压变频器内部采用无熔断器结构，电路的主保护主要由保护IGCT来实现，其动作时间在μs级。
2.3 新一代高压变频器控制系统的改进
我公司第一代变频器采用工控机进行信号处理，控制的实时性得不到保证。由于变频器要采用优化的PWM控制算法控制电机，需要主控系统控制器具有更高的运行速度和处理能力、更大的存储器和外部信号处理端口、具备浮点运算的能力。因此，新一代的变频器控制器选用浮点数字信号处理器DSP和大规模集成电路的 FPGA相结合的方案，DSP主要负责采集的信息和运算处理，FPGA根据处理结果转化为相应的控制脉冲，控制实时性大大提高。图2是新一代高压变频器主控板的硬件框图，它与第一代控制器相比，更能适应高性能的矢量控制算法的要求。
3 II期6#灰浆泵高压变频器现场调试运行和节能分析
3.1 变频器系统的控制调试
灰浆泵的流量是根据机组的负荷大小和冲灰工艺需求控制的，水流量的变化较大，有时呈阶梯状特性，水位波动比较大。水位压力式传感器需要选择合适的测量点，否则会因为水池内水流因素和水面波动引起测量的不稳定性。经过现场测试，选择了水流变化不大的靠池壁位置。经过调试，建立了一个合适的模型和PID控制参数，通过闭环跟踪水位变化，稳定控制前池液面的高度，优化了生产工艺。
另外，变频器还可以选择运行在开环状态，通过电厂DCS信号控制变频器的输出频率。
3.2 变频器节能分析
II期6#灰浆泵进行变频改造的一个重要原因是节约电能。电机变频运行节能的原理在许多资料均有论述，这里不做讨论。通过II期6#灰浆泵的工频旁路运行和变频运行的实际数据来说明变频的节能效果。
根据以上数据，采用变频运行后，24h可节约电量9380-6360=3020kWh。采用变频器后节能32%。由以上实际运行数据可以看出:电机变频运行不仅满足了工艺要求，同时能节约大量电能。经过几个月的连续运行，II期6#灰浆泵的变频改造后，节能效果显著。灰浆泵属于火电机组的公用设备，年运行时间长，可以为电厂节约15～30%左右的能源。
4 结束语
加热炉变频节能改造 篇6
关键词：全变频；母线技术；自动扶梯；节能改造
中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0072-02
在社会经济发展的现阶段，城市建设飞速发展，电梯已与人们的生活和工作息息相关，尤其是自动扶梯作为连续地承载乘客实现上下固定电力的驱动设备，已在各大车站、超市、码头、商务楼、机场和地铁等地段广泛使用。目前，我国使用的自动扶梯大部分都是直接启动的运营方式，从它的启动、运转一直到关闭，无论有没有乘客都会按照额度的速度来工作，这样导致了自动扶梯的机械磨损非常严重、能耗大、使用的寿命也会降低等。因此，全变频和母线技术在自动扶梯进行节能技术改造中的应用成为未来主要的发展方向
1 自动扶梯概述及缺陷
自动扶梯是以运输带方式运送行人和物品的运输工具，它的核心构造是两根链条，通过围绕两对齿轮循环进行转动。扶梯的顶端是一台电动机驱动传动齿轮，转动时带动链圈，链圈的移动又带动一组台阶，这就是自动扶梯的基本运行原理。对于目前自动扶梯中电动机的控制，其方式很多都是直接起动或降压起动，大多数都没有配备感应或变频调速的控制系统，从扶梯起动运行到关闭停止，无论扶梯上有无乘客，该扶梯一直都处于长时间的匀速运行模式。它的特点是比较容易控制线路，并且控制功能非常单一，其运行方式存在着很多问题还未解决：
1.1 能耗较大
直接启动的方式，日常运行的自动扶梯一般都是一天10小时的模式来运行，无论有无乘客，始终保持在高速状态下运行，并消耗大量的电力，如机场、地铁和大型的购物商场的周期性最为突出。
1.2 机械高度磨损使其寿命变短
由于自动扶梯是以额定速度进行长时间工作，扶梯部件产生了疲劳损伤和不必要的损耗，比如梯极、链条、扶梯带以及电机等部件有着最大磨损。普通的自动扶梯的寿命在十年左右，若是部件磨损太为严重，就一定要更换新部件才可投入使用。
1.3 高频率的故障发生使其成本增加
自动扶梯始终在高速运行的状态工作，产生的机械磨损和部件磨损也比较严重，使得更换部件产生了额外的费用，并因磨损间隙加大使得自动扶梯故障增加，使用维护成本也大大增加；除此之外，由于机械磨损太大，也会缩短部分机械部件的使用寿命，这也提高了它的成本。
2 全变频设计新思路
2.1 主回路方案
变频器的主要目的是为了调整自动扶梯的驱动速度，使其顺利地运行，当没有乘客时，该系统将扩展到处理爬行的操作模式，以降低功耗，实现节能效果。如果乘客通过自动扶梯入口处，光电设备会发出信号使变频器根据信号调整自己的速度，并输入额定转速的状态；如果乘客离开扶梯，变频器将进入低速运行状态信号。
所谓的全变频控制是指系统的运行过程中，都是由变频器来拖动的。这种系统不仅可以旁路变频，还具备分时段运行的好处，可以通过不同用户的要求、不同的时间段、不同数量乘客设定出扶梯不同的运行速度。乘客数量较多，扶梯的运行速度也会升高；相反，乘客数量较少，扶梯的运行速度也随之下降。因而，系统会设定几个不同的速度段，来满足不同的时间段的运行需要，从而使自动扶梯实现真正的节能目的。
图1 主回路设计的接线原理
2.2 关于控制系统的方案设计
电梯控制系统主要由信号接收继电器、PLC控制器、变频器接收机、制动电阻以及光电传感器五个主要部分组成。PLC控制器主要是接收各种信号，比如：向上、向下、大修、上部光电传感器与下部光电传感器的信号经内部程序的编程。当PLC控制器接收到自动扶梯运行的信号组合时，便会有在额定转速或低速运行的信号输出，并设置变频器具有的两个运行速度段，在变频器收到PLC控制器的额定转速信号时，变频器的控制电机会以低速的运转模式，来实现自动扶梯的额定速度运行与低速运行的切换。
图2 全变频控制系统框架
3 全变频与母线技术应用带来的优势
全变频的技术改造后，自动扶梯除了保持原本具有的各安全开关功能外，不会影响其安全性能，并产生更多的优势：
（1）无人乘坐的电梯，自动扶梯会自动过渡到节能运行的平稳状态，以1/5的额定转速运行，电流无负载的额定电流只有1/3，从而节约了大量的能源；同时，无人乘梯时，也可以设置自动扶梯停止运行，这样可以减少机械部件的磨损，从而使自动扶梯的使用寿命得到延长。
（2）如果有人乘坐，扶梯会自动进入额定转速的速度运行，以节省能源，维持系统的正常运作。
（3）维护运行时，将会进入到1/2的额定的运行速度，有利于检测到的运动的自动扶梯设备的状态，以避免额定速度运行时的危险情况发生。
（4）它的技术已经比较成熟，更加有利于实施和推广。PLC控制器的继电器类型易于编程和修改。由于控制系统使用的逆变器的功能较为齐全以及相对简单的操作，外形装置体积小且安装简单，可以直接安装在平台内的自动扶梯的顶部和底部，以避免带来不便。
（5）采用变频技术，很大程度上降低了自动扶梯在启动过程中对电网产生的冲击，变频器有效改善了电网功率的因数，从而实现了无功损耗的大幅度降低。
母线控制系统包括：直流母线、逆变器、整流回馈单元。其中的电源系统由整流变压器、整流器反馈单元、逆变器以及线路电抗器组构成，技术转化后所产生的自动扶梯优点：
（1）采用集中的整流技术，使自动扶梯装备对比原来的系统而言节能8%～15%。
（2）采用集中整流技术使母线容量变大，单台变频器的母线电压比以前更稳定，从而实现了逆变器抗干扰性能和控制精度的提高，也使其系统谐波方面得到有效控制
（3）公共直流母线采取变频逆变器，使其整流部分被公共整流单元替代，带来结构紧凑模式，提高了设备的可靠性。
（4）公共直流母线技术的应用，将电机反馈的能量转移到母线上，经电机反馈的能量带动其他的电机运行，避免母线电压的一部分因能量过高带来的停机和掉闸现象，从而减少验机、停机检修的时间，利于自动扶梯的正常
运行。
（5）母线系统设备功能比较齐全、稳定。整流消除了很多回馈单元外设使用，如制动单元、制动电阻等。设备结构紧凑模式，也节省了占地空间，降低了设备维护次数，使整体控制的自动扶梯装备水平有了很大的提高。
4 结语
综上所述，全频率及母线技术在自动扶梯的节能改造的应用，使自动扶梯实现多段速运行模式，使其更加人性化，从根本上实现了完美的节能效果，对经济效益有重大的意义。既要保护有限的资源，降低能源消耗，又要积极响应国家节能、减排政策的指引。全变频与母线技术应用于我国自动扶梯节能改造，推动了现代自动扶梯行业更进一步的发展，并且也得到了显著的效果。
参考文献
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[4] 朱士祥.地铁站变频自动扶梯节能原理及效果分析
凝结水泵变频改造及节能分析 篇7
1 凝结水系统存在的问题
1.1 凝结水系统
司家营铁矿热电车间所用6MW机组凝结水泵为石家庄工业水泵厂制造的3N6卧式离心式泵,流量30m3,扬程62m;凝结水泵电机为六安江淮电机有限公司制造,额定功率15k W,电压380V,额定电流29.4A,转速2930r/min。凝结水系统运行时,两台凝结水泵一台运行,一台备用,凝结水经凝结水管道上水调节门调整后经低加系统进入除氧器,根据凝结水量的大小及凝汽器液位的高低,启用备用泵和调节凝结水再循环门,以保证机组的正常运行和防止凝结水泵发生汽浊。凝结水系统如图1所示。
1.2 凝结水泵运行存在的问题
凝结水泵采用工频定速运行时,通过调节凝结水母管调节阀开度调节进入除氧器的凝结水的流量。该调节方法仅仅是改变通道的流通阻力,而凝泵的输出功率并没有改变,随着负荷的变化,调节门的开度一般为30%~90%,运行凝结水泵电流为22~26A,可见凝结水泵未在额定负荷下运行,长期处于节流状态,使得厂用电率较高,浪费了大量电能,增加了运营成本。司家营铁矿热电车间除了承担公司用电工作外,还为司家营铁矿、研山铁矿提供低压蒸汽,因此受外用蒸汽负荷影响较大,热井水位一直不稳定,主要依靠凝结水再循环门调节水位,操作频繁且备用泵时常因液位高而联锁启动,不仅对电机损害较大,也造成凝结水流量变化较大,给汽机的稳定运行和操作带来很大不便。
2 变频改造技术方案的选择和实施
2.1 方案的选择
凝结水系统共有两台凝结水泵,因此有两种改造方案可选:
(1)“一拖一”改造方案,就是每一台凝结水泵配置一套变频装置和工频装置,两台变频凝结水泵系统在电气变频环节上相互独立。每一台凝结水泵可以独立实现工频/变频两种方式的切换,两台泵的工作方式可一致。正常运行时,一台凝结水泵变频运行,另一台凝结水泵变频方式下备用。
(2)“一拖二”改造方案,就是利用凝结水泵冗余运行的特点,两台凝结水泵共用一套变频装置,另分别配置一套工频装置,保证仅有一台凝结水泵处于变频运行状态,而另一台只能处于工频状态下。正常运行时,运行凝泵采取变频运行方式,而备用的凝泵处于工频方式备用。
“一拖一”方案凝结水泵运行方式简单,两台泵倒换运行时切换方便,事故情况下发生倒换对机组影响小,安全性高,但是改造成本较高;而“一拖二”方案改造成本低,但是在工作方式变换和凝结水泵倒换时操作比较麻烦,事故情况下安全系数相对降低。
2.2 方案的实施
车间通过对机组凝结水系统和凝结水泵运行方式的分析,考虑到两台凝结水泵属于一用一备的运行方式,且需定期切换,为了控制改造成本,用最少的投资实现最大的节能效果,采用了一台变频器带两台凝结水泵运行方案,即“一拖二”自动变频/工频切换控制的方案。
根据凝结水泵电机的额定功率、转矩要求以及泵类负载的特性,选用ABB变频器ACS800-01-0020-3,利用DCS系统进行变频调速。其变频器电气原理图如图2所示。
系统中QF为高压开关,其中QF5和QF6、QF6和QF8、QF5和QF7、QF3和QF7、QF4和QF8之间存在电气闭锁和DCS逻辑闭锁关系,防止变频器输出侧和电源0.4k V侧短路,并可保证最多有一台凝结水泵处于变频运行状态。具体闭锁关系如下:
(1)QF5与QF7、QF6与QF8存在电气闭锁和DCS逻辑闭锁,可保证两台凝结水泵不能同时投入变频。
(2)QF5与QF6存在电气闭锁,可防止母线0.4k VⅡ段和Ⅲ段长时间连接,同时也可以避免两台凝结水泵同时处于变频运行模式的问题。
(3)QF3与QF7、QF4与QF8存在电气闭锁和DCS逻辑闭锁,可保证同一台凝结水泵只能处于工频或变频运行状态,可防止变频器输出侧和电源0.4k V侧短路。
(4)当1号凝结水泵处于变频状态时,即QF5、QF7合闸,QF3分闸,若变频故障,则QF1联锁分闸,可避免联锁启动同台凝结水泵,且在变频故障未确认前,变频器无法启动;当1号凝结水泵处于工频状态时,若变频器故障,则QF1不会联锁分闸。2号凝结水泵控制逻辑相同。
2.3 逻辑方案
选择变频器“一拖二”的运行方式,就要求在同一时间内,最多有一台凝结水泵处于变频运行状态。以1号凝结水泵为例,工频逻辑控制方案如图3所示。
1号凝结水泵变频逻辑控制方案如图4所示。
2号凝结水泵逻辑控制方案与1号凝结水泵逻辑控制方案一致。该方案中,1号凝结水泵变频备妥和2号凝结水泵变频备妥不同时为“1”,工频/变频启动条件均在手操器界面上显示,当条件满足时,方可启动运行。凝结水泵手操器面画如图5所示。
凝结水泵手操器分为变频和工频两种,启动条件有如下逻辑关系:1号凝结水泵变频启动条件与1号凝结水泵工频启动条件不同时为“1”;1号凝结水泵变频启动条件与2号凝结水泵变频启动条件不同时为“1”;2号凝结水泵变频启动条件与2号凝结水泵工频启动条件不同时为“1”。
图5画面显示1号凝结水泵变频运行时,4个手操器的状态,其中1号凝结水泵工频手操器和2号凝结水泵变频手操器不能操作,2号凝结水泵工频手操器可以操作。
凝结水泵控制画面如图6所示,机组负荷为4800~5100kW,凝结水泵变频为81%,电流为16.97A。
3 变频改造的节能效果
凝结水泵采用变频方式运行后,节流损失大幅减小,保证了凝泵运行的经济性,对1号凝结水泵改造前后相应负荷运行下日耗电量数据进行比较(见表1),可以看出节能效果非常明显,且负荷越低节电率越高,节能效果越好。
凝泵工频/变频状态下随机组负荷变化的日耗电量的变化趋势如图7所示。
抽凝机组的平均负荷率为70%,即平均发电功率4200k W,平均每年利用时间为5520h,年节电约为3.3万k Wh,按电价0.49元/度计算,年可节约1.6万元,不到一年即可收回改造投入费用。
4 结语
司家营铁矿热电车间对其凝结机组的凝结水泵进行变频改造,利用变频调速装置使凝结水泵在变工况时始终处于最佳运行状态,通过调节变频调速装置的输出频率改变电机的转速来满足负荷工况变化的需求,大大提高了运行效率,不仅避免了机组低负荷时凝结水系统因节流造成的损失,而且降低了厂用电率和煤的电单耗,减少了发电成本,获得显著的节能效果。
摘要：针对火力发电机组凝结水泵能耗高、效率低等问题,提出采取“一拖二”自动变频/工频切换控制的方案进行变频改造,取得了良好的节能效益。
关键词：凝结水泵,变频改造,逻辑方案,节能
参考文献
[1]吕刚,严春豪.凝泵变频改造节能效果分析[J].江西电力,2007,(5):44-47
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凝结水泵变频运行节能改造实践 篇8
关键词：凝泵,变频,节能效果,密封水
引言
国电丰城发电有限公司4×300 MW机组各配备2台100%容量的凝结水泵。型号9LDTN-7, 额定流量1000m3/h, 扬程240m, 转速1480r/min, 配用100kW的异步电动机, 阀门调节除氧器水位。2007年4～8月, 该公司为每台机组增设了1台HARSVER-A06/130高压变频器, 实现0～50 Hz无级调速。功耗随机组负荷变化而变化, 从而提高设备利用率, 达到最佳经济运行模式的目的。变频器同时加装工频旁路装置, 变频器异常时, 变频器停止运行, 电机可以直接手动切换到工频运行状态下运行。2台凝结水泵是1备1用, 当变频泵跳闸时, 联启工频备用泵, 不会影响凝结水系统正常工作。凝泵变频改造节能效果明显, 改造前其功率因数基本维持在0.84～0.85, 改造后功率因数维持在0.95～0.96, 电流大幅下降, 在同等凝结水流量的情况下, 凝泵工作功率明显下降, 负荷率越低, 变频改造后的节能效益越明显。
1 凝泵变频运行现状
凝结水泵的主要作用是为除氧器提供水源, 保证除氧器的水位正常。凝结水系统上水流程如图1所示。
变频控制策略要保证除氧器水位, 保证凝泵出口压力。变频控制的对象是除氧器水位调节阀与凝泵转速, 控制目标是除氧器水位和凝泵出口压力。在保证满足凝泵出口最小压力要求与除氧器上水量的前提下, 除氧器水位调节阀全开所对应的负荷点, 称为平衡点。负荷在平衡点以上时, 可以单纯依靠增加凝泵转速来增加凝结水流量, 以满足机组运行需要。负荷在平衡点以下时, 凝结水流量调节须结合除氧器水位调节阀的开度进行。
对于变速运行的凝泵, 在除氧器水位调节阀没有全开时, 降低凝泵转速、增加除氧器水位调节阀开度, 是提高节能效果的有效途径。表1所示为1#机组技改前凝泵变频运行数据。
目前, 在火电企业中, 特别是机组容量偏小的企业, 市场竞争能力较弱。要提高企业的社会生存能力, 必须从内部挖潜增效, 充分发挥设备技改项目节能效果, 降低企业成本。考虑从现有设备着手, 通过小投入、大产出来提升企业竞争能力。由表1可以看出, 凝泵变频在机组最低技术出力140～250MW的范围内, 除氧器上水调门开度未全开, 存在节流损失, 凝泵变频的节能潜力仍存在提升的空间。
因此, 要进一步提高凝泵变频改造节能效果, 就需要降低平衡点, 也就是降低凝泵出口压力最低允许值, 使除氧器水位调节阀在更低的负荷下达到全开状态。
2 给水泵密封水技改分析
对于凝结水系统来说, 降低平衡点主要受给水泵密封水压力要求的限制。为了确保给水泵密封水压力, 规定在机组负荷150MW以下, 保持凝结水压力在0.79MPa时, 给水泵密封水作用是为给水泵机械密封提供密封水, 防止给水从给水泵轴端外漏, 其密封水结构原理如图2所示。
由图2可知, 只要保证密封水压力大于卸荷水压力即可保证给水不外漏, 其设计要求运行时密封水与给水泵卸荷水压差大于0.035MPa。当差压低于0.015MPa时报警, 同时与密封水回水温度高于95℃联锁跳闸给水泵。卸荷水压力不是一个固定值, 它为除氧器压力加上除氧器标高的静压, 因此凝结水压力也是随着卸荷压力变化而变化的, 如表1所示的各负荷状况下的凝结水压力, 均能够满足给水泵密封的要求, 而且是经过长期运行实践证明可以满足运行需求的。但是如果要将机组负荷250MW以下的凝结水压力进一步降低, 保持除氧器上水调阀全开, 减少节流损失, 从而进一步拓展凝泵变频的节能效益。必须想办法确定满足除氧器上水要求的凝结水压力, 以及保证给水泵密封水要求。
2.1 最低凝结水压力确定
凝结水最低压力就是在除氧器上水调节门全开, 保证运行除氧器水位正常时的压力, 它由三部分组成, 即:除氧器压力、对应凝结水流量时沿程阻力、克服除氧器的静压。除氧器的静压是一个定值, 除氧器与凝结水泵的位置差27m, 约0.27MPa, 其余二个是变量, 随着机组负荷的变化而变化。除氧器压力在不同负荷下基本可知 (见表1) , 沿程阻力损失需要运行中试验而定, 因此凝结水压力具体的值需试验确定。
2.2 给水泵密封水压力确定
给水泵密封水压力与给水泵卸荷水压力有关。如图2所示。给水泵卸荷水要回到给水泵入口管大约20m的位置, 首先它必须克服除氧器压力和位置差的静压, 以140MW为例, 至少需要0.55MPa的压力。给水泵密封水压力必须大于卸荷水压力0.035MPa以上, 再加上密封水管径
90CM, 沿程阻力较大, 要确保能够起到密封卸荷水的作用, 保证给水泵正常运行, 要在最低凝结水压力的基础上提升0.2MPa的压力。
2.3 技改方案的确定
为了保证给水泵密封水压力必须大于卸荷水压力0.035MPa以上, 在密封水管路上增加一管道泵 (见图2) , 其型号ISGB40-32B, 扬程24m, 转速2900r/min, 功率3.5kW。为了确保给水泵运行安全, 增加一热工联锁逻辑, 当给水泵密封水与卸荷水差压低于0.06MPa时联锁启动管道泵。
由于除氧器上水调门存在管道收缩, 即使调门全开的状态下, 仍存在较大的节流损失。为了进一步提高凝泵变频的节能效率, 考虑在凝泵变频运行时将调节门旁路电动开启, 调节门关闭投入自动备用。此方式存在凝泵变频跳闸, 备用工频凝泵联启除氧器水位控制问题。必须对原有的操作及控制逻辑进行修改, 从而实现以下主要功能:
1) 凝结泵变频运行, 工频备用;
2) 变频运行方式下, 除氧器水位自动转速调节, 旁路电动开启, 调节门关闭投入自动备用;
3) 工频运行方式下, 除氧器水位自动阀门调节, 旁路电动门关闭;
4) 变频事故跳闸情况下, 旁路电动联锁关闭, 工频备用泵联启, 除氧器水位自动切阀门调节;
5) 凝结水母管压力保护, 自动变工况切投。
技改方案确认后, 该公司在2012年机组停机备用及检修时, 对4台机组实行给水泵密封水系统增设升压泵的改造。经过1a的运行表明, 该技改能够满足了现场各种正常及非正常工况的需求。
3 技改经济性分析
技改结束后, 在该公司1#机组各个负荷阶段进行了最低凝结水压力试验, 变频自动水位调节稳定。在机组负荷稳定, 除氧器水位波动范围小于±25mm, 机组由250MW降至140MW, 再升至300MW负荷时, 除氧器水位最大波动小于±50mm, 给水泵密封水压力正常, 未出现密封水与卸荷水差压低报警, 密封水回水温度正常, 该技改完全符合系统运行要求。
从试运行的情况看, 该改造能够取得较好的节能效果, 充分挖掘了凝泵变频节能潜力程度, 各负荷阶段凝泵运行电流普遍下降3～6A, 机组负荷赿低, 凝泵电流下降赿多。1#机组技改后凝结泵变频运行数据如表2所示。
该公司机组为江西电网主力调峰机组, 全年负荷率较低, 为65%左右, 年平均负荷220MW左右, 每天200MW负荷以下运行比例占30%, 因此该技改对凝泵变频的深度节能挖掘非常有效。保守估计, 按平均每小时降低4A电流, 每天8h计算, 每天可节电300kWh, 而升压泵功率小, 每小时3.5kWh。按上网电价0.495元/kWh计算, 节约150元, 每月节约4500元。
该技改方案对机组启动、停止过程中凝泵的节电效果更加明显。机组启动时在汽机旁路关闭后, 不需要低旁减温水即可将凝结水压力降低。整个过程大约10h;正常停机过程大约4h, 滑参数停机时间达7h。该公司2012年机组启动、停止各23次, 按平均每小时降低8A电流计算, 全年可节电2.4万kWh, 大约1.2万元。
4 结语
除尘风机的高压变频节能改造 篇9
本溪北营钢铁(集团)股份有限公司烧结机尾10 kV除尘风机用于烧结机尾除尘,现有的风机传动系统通过调节风机入口风门的开度来调节风量,电动机恒速运行。该方法存在着很大的弊端和局限:(1)通过入口风门调节风量,把风量消耗在挡风板上,造成能量损耗;(2)风门挡板采用电动执行机构驱动,但须人工现场设定风门开口度,使用不便;(3)风门挡板调节风量造成挡风板前后压差大,风门易磨损[1,2];(4)电动机全速运行,振动大、噪声大、损耗大,轴承磨损严重;(5)电动机启动电流大,影响电网稳定。考虑上述因素,北营钢铁公司委托北京金自天正智能控制股份有限公司对其除尘风机进行了高压变频调速节能改造,改造后的系统调速精度大大提高,降低了设备的运行和维护费用,延长了电动机等设备的使用寿命,最终达到了降耗增效的目的。
1 风机负载节能原理及负载参数
1.1 风机负载节能原理
根据风机学原理,在风机类负载的变风量、变压力的运行状况中,风量、风压和消耗的能量之间有下面的关系:[3]
(1)风机风量和电动机转速成正比,即undefined;
(2)风机风压和电动机转速的平方成正比,即undefined;
(3)风机消耗的轴功率跟电动机转速的立方成正比,即undefined。
上述式中,Q1,Q2为风机风量;H1,H2为风机风压;P1,P2为风机消耗的轴功率;n1,n2为风机转速。
根据电机学原理,电动机转速公式为:
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式中,n为电动机转速;f为电动机输入频率;s为电动机转差率;p为电动机磁极对数。当系统采用变频调节时,直接通过改变电动机输入频率来改变电动机的转速,以满足不同工况的需求。由于电动机消耗的能量与转速呈立方关系下降,因此采用变频调速的节电效果非常显著。变频调速方式调速范围宽,线性度好,其本身的电子损耗低,因而无论在轻载还是满载都有很高的效率[4]。
从图1所示的风机运行曲线就能分析出采用变频调速后的节能效果。
当所需风量从Q1减小到Q2时,如果采用调节阀门的办法,管网阻力将会增加,管网特性曲线上移,系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点,所需轴功率P2与面积H2×Q2成正比;如果采用调速控制方式,风机转速由n1下降到n2,其管网特性并不发生改变,但风机的特性曲线将下移,因此其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3与面积HB×Q2成正比。
从理论上分析可知,所节约的轴功率ΔP与Q2×(H2-HB)的面积成正比。考虑到减速后效率下降和调速装置的附加损耗,通过实践统计,风机类负载通过调速控制可节能20%～50%,有些风机节能比例可达60%以上[5]。
1.2 负载参数
北营钢铁公司烧结机尾10 kV除尘风机正常生产时处于长期运行状态,无备用风机。一般检修周期为每45 d检修1次,每次10 h左右,风机允许停车时间为4～6 h。风机出口阀门开度为100%,进口阀门为方孔百叶窗式,开度为42%,无特殊情况此开度长期保持不变。工频状态下,输入电流110 A左右。电动机主要参数如下:
电动机型号 YKK7108-8
额定电压 10 000 V
额定功率 1 600 kW
额定电流 119 A
额定转速 745 r/min
功率因数 0.82
2 高压变频调速系统结构及控制功能
2.1 系统结构
鉴于高压变频器在风机类负载节能应用中的突出优势,采用高压变频调速系统对除尘风机进行变频改造。高压变频调速系统由旁路柜、变压器柜、功率柜、控制柜和现场操作箱构成,如图2所示。
(1)旁路柜
旁路柜内包含一个单刀单掷的隔离开关QS1和一个单刀双掷的隔离开关QS2,两个开关不同位置的组合可将系统在工频、变频以及维修三种状态下进行手动切换,保证变频器发生故障时系统的连续运行。柜门设有电磁锁装置,高压合闸后,不允许开启旁路柜门,确保设备和人身安全。
(2)变压器柜
变压器柜内的移相变压器共有25个二次侧绕组,提供24个功率单元所需要的二次侧电压和380 V辅助电源电压,同时实现一次侧与二次侧电压的相位偏移和电气隔离,减小一次侧谐波。变压器的二次侧绕组采用延边三角形接法,各绕组间有固定的相位差,形成多脉冲整流方式,使变压器二次侧各绕组的谐波电流相互抵消,改善网侧的电流波形,消除变频器对电网的谐波污染。
MA1～MA8,MB1～MB8,MC1～MC8—A,B,C三相上串联的 功率单元模块;DSP—数字信号处理系统
(3)功率柜
功率柜内共装有24个功率单元模块,每个模块的输出均为等幅PWM电压波形,模块输出电压串联后形成变频器的输出电压。各单元输出有确定的相位偏移,串联叠加后在变频器输出正弦阶梯状PWM波形。各模块通过光纤与变频器主控板之间进行通信。
(4)控制柜
控制柜中包括各种控制板、开关、接触器、PLC、HMI以及接线端子,可实现变频器风机的启停、模块通信、本地启停电动机、运行参数设置、监控系统运行情况等功能。
(5)现场操作箱
现场操作箱作为远程操作界面,具备工频合/分闸、变频合/分闸、变频启/停风机、急停以及电流、转速显示等功能。其变频操作区的操作按钮和指示灯与变频器控制柜门上的功能完全一致。
2.2 主要功能
(1)工频/变频手动切换
QS1和QS2采用手动操作,在分闸状态下,用户可手动切换系统的工频或变频工作状态。当变频器出现故障时,用户可将系统切换至工频状态,风机在50 Hz下全速运行,通过调节风门挡板的开口度来调节风量,从而保证系统的连续运行。
(2)预充电功能
接通总电源瞬间,变频器上滤波电容两端电压为0 V,若不对滤波电容进行限流预充电,大的冲击电流可能烧坏保险和整流桥等,因此在系统合闸之前必须对变频器电容进行预充电,以减小冲击电流。本系统采用的移相变压器除输出24路722 V功率模块三相电源外,还有一个380 V辅助绕组。系统接通380 V控制电源并准备就绪后,用户操作合闸按钮,变频器自动启动预充电过程,由变压器的380 V辅助绕组激励出的24路722 V三相电源为各个功率单元模块的电容进行预充电,直到模块直流母线电压超过800 V,预充电过程结束,系统自动合闸,接入10 kV高压。
(3)完善的保护功能
1)变频器自身保护
变频器每个功率单元模块输出端并联旁路电路,当某个功率模块发生故障时,封锁对应功率单元IGBT的触发信号,切换至模块旁路,保证变频器不停机。为保证三相输出电压对称,在旁路故障功率模块的同时,对应的另外两相的两个功率模块也同时切换至旁路运行。此外,变频器设有过压、过流、欠压、缺相、过载、过热等保护功能。
2)变压器过热保护
变压器装置内设有Pt100温度传感器,在系统运行过程中,若变压器内绕组温度超过150 ℃,则系统自动跳闸,切断10 kV高压。
3)门限开关保护
系统运行过程中,除控制柜柜门可以打开外,旁路柜、变压器柜和功率柜的柜门均应处于关闭状态,以确保人身安全。带电打开柜门也将导致高压跳闸。
3 应用效果分析
北营钢铁公司烧结机尾10 kV除尘风机的节能改造已于2009年12月顺利投运,取得了可喜的应用效果。与原工频控制系统相比,显示出了巨大的优越性:
(1)系统运行稳定,安全可靠。高压变频器性能可靠,自正式投运以来,实现了连续无故障运行,运行状态良好。此外,系统采用旁路柜实现工频/变频工况的切换,确保变频器发生故障时,风机仍可以在工频条件下继续运转。
(2)节能效果显著。为了对高压变频改造的效果进行评价,在系统投运前后,分别对设备工频和变频运行状态下的风机电动机的单位产品产量的电量进行了测试和计算。变频改造后,在满足相同除尘工艺的条件下,输入电流均值由108 A减小到52 A,日用电量由36 000 kW·h降为21 000 kW·h,节能率在45%以上,年节省电费将超过300万元。
(3)延长了设备寿命,减少了噪声污染。变频器能够通过平滑控制电动机来启动风机进入工作状态,避免了过去直接启动高压风机时7～8倍的电流冲击和机械振动,增加了风机设备的运行寿命,同时降低了厂房内的噪声污染。
(4)网侧功率因数得到改善。高压变频改造后,网侧功率因数由0.84提高到0.99,可大大减小电网容量,降低无功补偿设备的投资。
(5)保护功能完善。变频器自身具有过压、过流、短路、缺相等多项保护功能,当电网和电动机发生异常时,立即切断变频器输出,更精确地保护了电动机。
(6)降低劳动强度。工频运行时,值班人员需要根据生产现场的实际粉尘浓度,经常调节入口阀门开度。高压变频调速系统可在保持风门全开的情况下,通过改变变频器的输出频率来调节风机转速,提高了工作效率。
4 结束语
随着市场经济环境的不断变化,节能降耗已成为企业提高产品市场占有率和企业竞争力的有效手段。对烧结除尘风机进行高压变频调速节能改造,操作方便,维护量小,设备寿命充分延长,节电效果显著,在冶金、电力、石油、化工、建材、市政等行业的应用前景十分广阔。
摘要：简要介绍传统烧结除尘风机的工艺要求和控制设备,分析传统控制方式在能源消耗和运行特性上的弊端。根据高压变频器的节能原理,提出了烧结除尘风机高压变频调速的改造方案,并详细阐述了系统结构和主要功能。最后,通过在本溪北营钢铁(集团)股份有限公司烧结除尘风机上的实际应用,验证了高压变频器出色的控制特性和节能效果。
关键词：除尘风机,高压变频器,节能改造
参考文献
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[4]刘松斌.高电压大容量H桥串联型变频器的研究[D].北京:清华大学,2002.
空压机变频调速节能改造 篇10
将变频器串入空压机电机主回路, 启停信号取自空压机进气阀门, 即进气阀门打开时变频器启动, 进气阀门关闭时变频器断掉, 电机停止运行。
理论节能效果, 改造前, 空载功率37.8 k W, 加载功率85.2 k W。改造后空载功率=0, 加载功率85.2 k W。改造后, 节能效率30.8%。电机功率计算系数取1.732, 电机功率因数理论取值0.8。
根据上述方案实施改造后, 发现变频器由停机状态到最大载状态, 即频率升至45 Hz的运行状态时间需要11 s (因为变频器是带载启动, 启动电流比较大, 启动时间不能太短) 。变频器在启动及初运行时十几秒内, 储气罐内压力更是下降到0.6MPa以下, 此种压力不能满足供气需求, 说明以上方案不可行。
进一步改进方案, 空压机转为空载状时, 不妨把变频器设定在允许的低频状态下运行, 经过现场不断调试摸索, 发现空载状态下电机以30 Hz频率运行状态最佳, 也避免了频率过低状态下运行, 对电机的不利影响。当系统压力下降到下限时, 空压机加载运行, 变频器运行频率设定为42 Hz, 可满足生产需要, 而加载时间在3 s内即可完成, 而此时运行电压、电流分别为319 V、153A;当空压机空载时, 电机在30 Hz频率状态下运行, 其电压电流值分别为228 V和55 A。与改造前比较, 不论是带载还是空载状态下, 运行的电压、电流值都有不同程度降低, 节能效果明显。以上高低频控制信号, 取自空压机进气阀门的关开量。
改造后, 空压机空载功率16.9 k W, 加载功率68 k W, 设空压机加载与空载时间相等, 则改造后空压机理论节能效率31%。因实际生产中, 空压机加载时间要比空载时间长, 加上变频本身也要消耗一定的能量, 实际节能效果低于理论值。改造后应用3个月, 根据实际用电度量对抄表数进行前后对比, 实际节能效率为21%。
空压机变频调速节能改造 篇11
关键词：空压机,变频调速,节能改造
一、改造项目概况
某矿有两台90k W螺杆空压机, 一备一用, 为井下气动设备供气, 系统工作压力为0.6~0.78MPa。空压机额定供风量远大于井下用风量, 空压机带载运行和空载运行之间有一定时间间隔, 考虑到企业节能降耗的需要, 决定对空压机电机实施变频器调速改造。
二、改造前运行状态分析
空压机有两种工作状态:加载和空载。通过空压机控制柜面板设置空压机加载、空载压力, 根据实际需要系统压力设置为0.6~0.78MPa。空压机启动, 带载运行一段时间后, 当系统压力升至大于0.78MPa时, 空压机自动关闭进气口阀门, 电机进入自动空载运行状态, 此时电机实际运行电流为72A。当井下用风一段时间后, 系统压力降低到小于0.6MPa时, 进气口阀门打开, 电机自动投入带载运行, 此时实际运行电流162 A。空压机以上工作流程循环往复, 直至手动停机。考虑到空压机带载运行并未达到满负荷, 以及空载时更好的节能, 完全可以把电机停掉。综合分析后, 决定改装变频调速器控制空压机电机的运行, 以实现节能耗的目的。
三、最初改造实施方案
根据空压机运行情况, 初定改造方案如下。
将变频器串入空压机电机主回路, 启停信号取自空压机进气阀门, 即进气阀门打开时变频器启动, 进气阀门关闭时变频器断掉, 电机停止运行。
上述改造理论节能效果如下。
改造前:
空载功率=1.732×380×72×0.8=37.8k W
加载功率=1.732×380×162×0.8=85.2k W
改造后:
空载功率=0k W
加载功率=1.73×380×162×0.8=85.2k W
改造后, 节能效率=37.8/ (37.8+85.2) =30.8%。其中1.732是电机功率计算系数, 0.8是电机功率因数理论取值。
四、进一步改造实施方案
根据上述方案实施改造后, 发现变频器由停机状态到最大载状态, 即频率升至45Hz的运行状态时, 需要11s (因为变频器是带载启动, 启动电流比较大, 启动时间不能太短) 。变频器在启动及初运行时十几秒内, 储气罐内压力更是下降到0.6MPa以下的, 此种压力又不能满足供气需求, 说明以上方案不可行。
随即研究对方案进行改进:即空压机转为空载状态时, 把变频器设定在允许的低频状态下运行, 经过现场不断的调试摸索, 发现空载状态下电机以30Hz的频率运行状态最佳, 也避免了频率过低状态下运行对电机的不利影响;当系统压力下降到下限时, 空压机加载运行, 变频器运行频率设定为42Hz即可满足生产需要, 加载时间在3s之内即可完成, 此时运行电压电流分别为319 V、153 A;当空压机空载时, 电机在30Hz频率状态下运行, 其电压电流值分别为228 V和55 A。与改造前比较, 不论是带载还是空载状态下, 其运行的电压电流值都有不同程度的降低, 节能效果非常明显。以上高低频控制信号取自空压机进气阀门的关开量。
五、节能效果
改造后空压机空载功率=1.732×228×55×0.8=16.9k W, 加载功率=1.732×319×153×0.8=68k W。
设空压机加载与空载时间相等, 则改造后理论节能率= (85.2+37.8-68-16.9) / (85.2+37.8) =31%
因实际生产中, 空压机加载时间比空载时间长, 加上变频本身也要消耗一定的能量, 实际节能效果低于理论值。改造后应用3个月, 根据实际用电度量抄表数进行前后对比, 实际节能效率为21%。
改造后空压机实际节能情况如下。
理论小时节能功率=85.6+37.8-68-16.9=38.5k W
实际小时节能功率=38.5×21/31=26.1k W