變頻器在球團礦生產中的節能應用

趙士杰+劉欣

摘要：萊鋼集團礦建公司60萬噸球團廠自2004年建廠來，一直使用調節風門、擋板、調節閥的方法，控制風量和水量，運行成本較高。2015年將廠內水泵和部分風機改成變頻器控制，降低了運行成本，取得了較好的績效。

關鍵字： 變頻器 節能 風機 泵

一、引言

在工業生產和產品加工制造業中，風機、泵類設備應用范圍廣泛；其電能消耗和諸如閥門、擋板相關設備的節流損失以及維護、維修費用占到生產成本的7%～25%，是一筆不小的生產費用開支。隨著經濟改革的不斷深入，市場競爭的不斷加劇；節能降耗已成為降低生產成本、提高產品質量的重要手段之一。

二、綜述

通常在氧化球團礦的生產中風機設備主要用于烘干系統、冷卻系統、通風系統及除塵系統等場合，根據生產需要對鏈篦機內壓力、風速、風量、溫度等指標進行控制和調節以適應工藝要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調節風門、擋板開度的大小來調整受控對象。這樣，不論生產的需求大小，風機都要全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以風門、擋板的節流損失消耗掉了。在生產過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗。從而導致生產成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。

同樣，泵類設備在球團礦的生產中也有著廣泛的應用，主要應用在工業水循環系統。而且，根據不同的生產需求往往采用調整閥、回流閥、截止閥等節流設備進行流量、壓力、水位等信號的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費，管路、閥門等密封性能的破壞；還加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴重時損壞設備、影響生產、危及產品質量。

風機、泵類設備多數采用異步電動機直接驅動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點。不僅影響設備使用壽命，而且當負載出現機械故障時不能瞬間動作保護設備，時常出現風機、泵損壞，同時電機也被燒毀的情況。

近年來，出于節能的迫切需要和對產品質量不斷提高的要求，加之采用變頻調速器（簡稱變頻器）易操作、免維護、控制精度高，并可以實現高功能化等特點；因而采用變頻器驅動的方案開始逐步取代風門、擋板、閥門的控制方案。

三、變頻器調速技術簡述：

變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系： n =60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術，電力電子、微電腦控制等技術于一身的綜合性電氣產品。

四、節能計算

對于風機、泵類設備采用變頻調速后的節能效果，通常采用以下兩種方式進行計算： 1、根據已知風機、泵類在不同控制方式下的流量-負載關系曲線和現場運行的負荷變化情況進行計算。

以一臺IS150-125-400型離心泵為例，額定流量200.16m3/h，揚程50m；配備Y225M-4型電動機，額定功率 45kW。根據運行要求，水泵連續24小時運行，其中每天11小時運行在90%負荷，13小時運行在 50%負荷；全年運行時間在300天。

則每年的節電量為：W1=45×11×（100%-69%）×300=46035kW·h

W2=45×13×（95%-20%）×300 =131625kW·h

W = W1+W2=46035+131625=177660kW·h

每度電按0.5元計算，則每年可節約電費8.883萬元。

2、根據風機、泵類平方轉矩負載關系式：P / P0=（n / n0）3計算，式中為P0額定轉速n0時的功率；P為轉速n時的功率。

以一臺成品系統的22 kW除塵風機為例。運行工況仍以 24小時連續運行，其中每天11小時運行在90%負荷（頻率按46Hz計算，擋板調節時電機功耗按98%計算），13小時運行在50%負荷（頻率按 20Hz計算，擋板調節時電機功耗按70%計算）；全年運行時間在300天為計算依據。

則變頻調速時每年的節電量為：W1=22×11×[1-（46/50）3]×300=16067kW·h

W2=22×13×[1-（20/50）3]×300=80309kW·h

Wb = W1+W2=16067+80309=96376 kW·h

采用擋板開度調節時的節電量為：W1=22×（1-98%）×11×300=1452kW·h

W2=22×（1-70%）×11×300=21780kW·h

Wd = W1+W2=1452+21780=23232 kW·h

相比較節電量為：W= Wb-Wd=96376-23232=73144 kW·h

每度電按0.5元計算，則采用變頻調速每年可節約電費3.657萬元。理論節電率達42.1%，通過測算變頻器節能實際節電率約為30%（詳見實際運行情況測算）。

四、實際運行情況測算：

經過實際測算某泵站4臺水泵及1臺除塵風機運行參數如下：

經過實際測算，此泵站與除塵風機使用變頻器后節電率約為29%。

五、結束語

風機、泵類等設備采用變頻調速技術實現節能運行是我國節能的一項重點推廣技術，受到國家政府的普遍重視，《中華人民共和國節約能源法》第39 條就把它列為通用技術加以推廣。萊鋼礦建公司60萬噸球團廠自2015年6月，將水泵、部分風機改為變頻器控制后，使用效果良好，設備運行穩定，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產工藝要求，并且因此而大大減少了設備維護、維修費用，還降低了停產周期。直接和間接經濟效益十分明顯，值得大力推廣。endprint