變頻器在風機控制系統(tǒng)中應用的經(jīng)濟性分析

　　摘要：采用變頻器對風機類機械進行調速來調節(jié)風量的方法，對節(jié)約能源，建設節(jié)約型社會，提高經(jīng)濟效益具有重要意義。文章通過對變頻器在風機控制系統(tǒng)中應用的經(jīng)濟性分析，進一步明確了風機變頻控制節(jié)能的巨大潛力，指明了風機節(jié)能改造的方向。
　　關鍵詞：節(jié)約；經(jīng)濟效益；變頻調速節(jié)能
　　
　　變頻調速是交流電動機調速方法中最理想的方案，采用變頻器對風機類機械進行調速來調節(jié)風量的方法，對節(jié)約能源，建設節(jié)約型社會，提高經(jīng)濟效益具有重要意義。但是，過去由于各種原因，如變頻器的價格、質量、容量等因素的約束，沒有得到廣泛應用。近年來隨著IC產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，變頻器的價格大幅下降，可靠性增強，容量增大（已達到400KW），變頻器的使用已成倍增長。
　　
　　一、變頻調速節(jié)能理論
　　
　　風機，是傳送氣體裝置。就其結構和工作原理，現(xiàn)先以風機為例加以說明。采用變頻器對風機進行控制，屬于減少空氣動力的節(jié)電方法，它和一般常用的調節(jié)風門控制風量的方法比較，具有明顯的節(jié)電效果。由圖1可以說明其節(jié)電原理：
　　
　　圖1中，曲線（1）為風機在恒定轉速n1下的風壓一風量（H―Q）特性，曲線（2）為管網(wǎng)風阻特性（風門全開）。假設風機工作在A點效率最高，此時風壓為H2，風量為Q1，軸功率N1與Q1、H2的乘積成正比，在圖中可用面積AH2OQ1表示。如果生產(chǎn)工藝要求，風量需要從Q1減至Q2，這時用調節(jié)風門的方法相當于增加管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性變到曲線（3），系統(tǒng)由原來的工況點A變到新的工況點B運行。從圖1中看出，風壓反而增加，軸功率與面積BH1OQ2成正比。顯然，軸功率下降不大。如果采用變頻器調速控制方式，風機轉速由n1降到n2，根據(jù)風機參數(shù)的比例定律，畫出在轉速n2風量（Q―H）特性，如曲線（4）所示。可見在滿足同樣風量Q2的情況下，風壓H3大幅度降低，功率N3隨著顯著減少，用面積CH3OQ2表示。節(jié)省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面積BH1H3C表示。顯然，節(jié)能的經(jīng)濟效果是十分明顯的。
　　由流體力學可知，風量與轉速的一次方成正比，風壓H與轉速的平方成正比，軸功率N與轉速的三次方成正比。采用變頻器進行調速，當風量下降到80%時，轉速也下降到80%，而軸功率N將下降到額定功率的51.2%，如果風量下降到60%，軸功率N可下降到額定功率的21.6%，當然還需要考慮由于轉速降低會引起的效率降低及附加控制裝置的效率影響等。即使這樣，這個節(jié)能數(shù)字也是很可觀的，因此在裝有風機水泵的機械中，采用轉速控制方式來調節(jié)風量或流量，在節(jié)能上是個有效的方法。
　　
　　二、應用案例
　　
　　在單位鍋爐房擴建工程中，新增一臺20T鍋爐。原設計采用軟啟動控制，未設變頻調速裝置，根據(jù)目前的發(fā)展現(xiàn)狀及工程應用采用變頻控制技術實現(xiàn)該工程的引風及鼓風控制，下面說明變頻器應用在工程鍋爐采暖系統(tǒng)上的節(jié)能效果。20T蒸汽鍋爐所用電機容量如下：引風機：110KW。鼓風機：37KW。本變頻控制柜可保證在供熱鍋爐正常工作的基礎上，同時達到節(jié)電、節(jié)煤以及環(huán)保的目的。電機總容量=110+37=147KW。鍋爐用于供暖條件下每天工作24小時、每月30天、每年6個月，變頻控制柜在起爐高額區(qū)和恒溫運行區(qū)的綜合節(jié)電率約在35%左右，由此：1、每月節(jié)電總量=147KW×35%×24×30=37044度。按每度電以0.75元計算，則：10T爐的節(jié)電資金：0.75×37044度=27783元/每月。2、每月用煤量約為1500噸，按5%節(jié)能率計算：（1）每月節(jié)煤量：1500T×5%=75噸。現(xiàn)按每噸煤280元計算。（2）每月節(jié)煤資金：280元×75噸=21000元。每月節(jié)電節(jié)煤總額：27783+21000=48783元安裝20T鍋爐的鼓、引風和安裝監(jiān)測儀表所需投入200，000元，收回投資時間：200，000元÷48783=4.1月。因此，不到一個采暖期就能夠完全回收該部分投資，投資的回收是非常快的，其經(jīng)濟及環(huán)保效益也很明顯。
　　目前，國內(nèi)外許多電力拖動場合已將矢量控制的變頻器廣泛應用于通用機械、紡織、印染、造紙、軋鋼、化工等行業(yè)中交流電動機的無級調速，已明顯取得節(jié)能效果并滿足工藝和自動調速要求。但在風機、水泵應用領域仍沒有得到充分應用。其主要原因是對風機、水泵類負載可大量節(jié)能了解不夠。我國風機、水泵用電量占工業(yè)用電的60%以上，如果能在這個領域進行風機節(jié)能改造，充分使用變頻器進行變頻無級調速，對節(jié)約用電、降低能耗、促進環(huán)保、提高經(jīng)濟效益都具有積極意義，同時也極大地降低企業(yè)電力成本，提高企業(yè)競爭力。
　　（作者單位：哈爾濱工程大學基建處）