變頻調速技術節能改造小結

石立峰，耿宏霞

（黑龍江昊華化工有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161033）

變頻技術從上世紀80 年代開始迅速發展，并日趨成熟，因其節省效果而得到廣泛應用。 黑龍江昊華化工有限公司于2009 年新建 “30 萬t/a 燒堿裝置、30 萬t/a 聚氯乙烯裝置”， 并新建75 t/h 流化床鍋爐， 由于原35 t/h 鍋爐耗電量較大， 決定對3 臺35 t/h 鍋爐進行變頻改造。

1 變頻調速節能原理

從流體力學的原理得知， 使用感應電動機驅動的風機、水泵負載，軸功率P 與流量Q，揚程H 的關系為：

當電動機的轉速由n1變化到n2時，Q、H、P 與轉速的關系如下：

可見， 流量Q 和電機的轉速n 成正比關系，而所需的軸功率P 與轉速的立方成正比關系。 所以，當需要80%的額定流量時，通過調節電機的轉速至額定轉速的80%，即調節頻率到40 Hz 即可，這時所需功率僅為原來的51.2%。從圖1 所示的風機、水泵運行曲線圖來分析采用變頻調速后的節能效果。

圖1 風機、水泵（設靜壓為零）的運行曲線圖

當所需風流量從Q1減小到Q2時， 如果采用調節閥門的辦法，管網阻力將會增加，管網特性曲線上移，系統的運行工況點從A 點變到新的運行工況點B 點運行，所需軸功率與H2×Q2成正比；如果采用調速控制方式，風機、水泵轉速由n1下降到n2，其管網特性并不發生改變， 但風機、 水泵的特性曲線將下移，因此其運行工況點由A 點移至C 點。此時，所需軸功率P3與HB×Q2成正比。 從理論上分析，所節約的軸功率△P 與（H2-HB）×Q2的面積成正比。 考慮減速后效率下降和調速裝置的附加損耗， 通過實踐的統計， 風機泵類通過調速控制可節能20%～50%，有些風機負載節能達60%以上。

2 變頻技術改造

2.1 1#、2#、3#35 t 爐鼓風機變頻節能技術改造

2.1.1 改造原因

鍋爐運行負荷根據生產的需要而變化， 鼓風機的風量也隨之變化， 傳統的風量調節都是通過調節風門擋板實現的， 這種風量調節方式不但使風機的效率降低，也使很多能量白白消耗在擋板上。為了節約電能，提高鍋爐燃燒控制水平，增加經濟效益，采用變頻調速系統取代低效高能耗的風門擋板， 鼓風機風量變化范圍為30%～90%， 配套鼓風機（1#、2#、3#爐）均為90 kW 電機，都是按冬季最大負荷配置，低負荷時鼓風機能源浪費較大，因此，使用變頻器進行節能技術改造。

2.1.2 采取措施及投資

將鼓風機現有的自耦降壓起動器拆除， 更換成變頻器，通過改變頻率，調整電機轉速，使之達到鍋爐低負荷時所需的鼓風量，轉速與軸功率下降，節能效果良好。

90 kW 變頻器3 臺，約需24 萬元（西門子變頻器報價），其他材料可以利用原啟動柜的。

2.1.3 節能效果

當變頻調速后電機轉速為未調速的60%時，鼓風機消耗功率為額定功率的21.6%， 空載損耗為0.15。

全速狀態下的功率：p1=90-90×0.15=76.5（kW）；變頻狀態下功率：p2=0.216×76.5+90×0.15≈30.1（kW）；節約的功率：pj=76.5-30.1=46.4（kW）。

每年按運行180 天，每天按24 h 計，則全年節能：Q=pj×24×180=200 448（kW·h）

按每度電0.6 元/kW·h 計， 則每年節約的電費為：200 448×0.6=120 268.8（元）。

3 臺配套爐鼓風機通過變頻改造， 每年可節約電費：120 268.8×3=360 806.4（元）≈36（萬元）。

變頻器投入使用后，不但節約了電能，還可以實現大的電動機的軟停軟起， 避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機故障率，延長使用壽命，同時降低了對電網的容量要求和無功損耗。

2.2 1#、2#、3#35T 爐引風機變頻節能技術改造

2.2.1 改造原因

鍋爐引風機的變化范圍為70%～90%，配套引風機1# 爐為110 kW、2#、3# 爐均為132 kW 電機，都是按冬季最大負荷配置， 低負荷時引風機能源浪費較大，因此使用變頻器進行節能技術改造。

2.2.2 采取措施及投資

將鼓風機現有的自耦降壓起動器拆除， 更換成變頻器，通過改變頻率，調整電機轉速，使之達到鍋爐低負荷時所需的鼓風量，轉速與軸功率下降，節能效果良好。

110 kW 變頻器一臺， 需8.5 萬元；132 kW 變頻器2 臺，需18 萬元；共計投資26.5 萬元；其他材料可以利用原啟動柜的。

2.2.3 節能效果

當變頻調速后電機轉速為未調速的80%時，引風機消耗功率為額定功率的51%，空載損耗為0.15。

1#35 t 爐（110 kW）全速狀態下的功率：p1=110-110×0.15=93.5（kW）；變頻狀態下功率：p2=0.51×93.5+110×0.15≈64.2（kW）；節約的功率：pj=93.5-64.2=29.3（kW）。

每年運行按180 天，每天按24 h 計，則全年節能：Q=pj×24×180=126 576（kW·h）。

按0.6 元/kW·h 計， 則每年節約的電費為：126 576×0.6=75 945.6（元）。

2#、35 t 爐 （132 kW） 全速狀態下的功率：p1=132-132×0.15=112.2（kW）；變頻狀態下功率：p2=0.51×112.2+132×0.15≈77 （kW）； 節約的功率：pj=112.2-77=35.2（kW）。

每年按運行180 天，每天按24 h 計，則全年節能：Q=pj×24×180=152 064（kW·h）。

按每度電0.6 元/kW·h 計， 則每年節約的電費為：Md=152 064×0.6 元=91 238.4（元）。

3#爐同2#爐。

1#、2#、3#爐引風機通過變頻改造，每年可節約電費：75 945.6+91 238.4×2=258 422.4（元）≈25.8（萬元）。

3 “雙三十”高壓電機變頻改造方案

3.1 改造方案

現有的24 臺各種工業高壓（10 kV）電機開工率僅為40%，為了節約能源，擬進行變頻電氣了自動化節能改造。

24 臺高壓電機合計總功率為26 069 kW， 年總消耗電量為26 069 kW×8 000 h=20 855 200 kW·h=2 085.5 萬kW·h。根據生產負荷情況，擬按照合同能源管理模式分三期實施。

（1）一期改造。改造公用循環水泵（1 000 kW）2臺；聚合循環水泵（1 400 kW）1 臺。

表1 一期改造后預計年節電量及電費預測表

（2）二期改造。改造5 ℃冷凍水機組（1 303 kW）2 臺；-35 ℃冷凍水機組（820 kW）1 臺；75 t 爐給水泵（280 kW）1 臺、引風機（560 kW）1 臺、二次風機（220 kW）1 臺、一次風機（450 kW）1 臺；鼓風機（710 kW）1 臺、（355 kW）1 臺；雨水泵（185 kW）1臺。

（3）三期改造。 改造空氣壓縮機（1 050 kW）1 臺、（370 kW）1 臺； 氯氣壓縮機 （450 kW）1 臺、（220 kW）2 臺；水環壓縮機（250 kW）3 臺；VCM 壓縮機（500 kW）3 臺。

3.2 實際節能率測量方法

3.2.1 測量裝置及測量范圍

根據用戶配電系統的具體情況， 在被控對象的電源進線處安裝三相電度表計量裝置 （含電流互感器），所安裝計量設備的計量范圍能覆蓋全部被控對象，但不應包含可能運行的非被控對象。

3.2.2 測量方法及條件

采用HCS 系列節能控制系統在節能工況下運行和在原模式（即工頻運行）工況下運行的能耗進行對比的測試方法，即系統在相鄰兩天中，采用節能模式和原模式（即工頻運行） 交替在相同時間段上運行，對其能耗進行測試、記錄和對比。

使用HCS 負荷動態自動跟蹤智能控制系統后，系統運行管理的自動化程度得到大大提高，可減輕操作人員的勞動強度。 同時，系統將實現在低頻狀態下啟、停，可大大減少對電網的沖擊和對電機的磨損，減少設備的故障率，延長設備的使用壽命，降低設備的維修成本。

4 建議

現階段， 節能減排已成了每個企業可持續發展必須考慮的問題， 而高壓變頻器的廣泛應用可以很好地節約電能，減少能源消耗。建議有關企業積極推行高壓電機變頻改造， 對經常不需要在工頻狀態下滿負荷運行就可滿足工藝要求的風機、 水泵類電機進行變頻改造， 自有資金不足的可以利用節能返款發承包模式，這樣，既不用業主單位直接投資，又節約了電能，降低了能源消耗。新建項目也應該在設計時就充分考慮變頻器的節能作用，工況經常變動的，有時不需要在滿負荷條件下運行的電機都盡量加裝變頻器，以達到節能的目的。