變頻器在球團(tuán)礦生產(chǎn)中的節(jié)能應(yīng)用

趙士杰+劉欣

摘要：萊鋼集團(tuán)礦建公司60萬噸球團(tuán)廠自2004年建廠來，一直使用調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板、調(diào)節(jié)閥的方法，控制風(fēng)量和水量，運(yùn)行成本較高。2015年將廠內(nèi)水泵和部分風(fēng)機(jī)改成變頻器控制，降低了運(yùn)行成本，取得了較好的績(jī)效。

關(guān)鍵字： 變頻器 節(jié)能 風(fēng)機(jī) 泵

一、引言

在工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品加工制造業(yè)中，風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備應(yīng)用范圍廣泛；其電能消耗和諸如閥門、擋板相關(guān)設(shè)備的節(jié)流損失以及維護(hù)、維修費(fèi)用占到生產(chǎn)成本的7%～25%，是一筆不小的生產(chǎn)費(fèi)用開支。隨著經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇；節(jié)能降耗已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一。

二、綜述

通常在氧化球團(tuán)礦的生產(chǎn)中風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)及除塵系統(tǒng)等場(chǎng)合，根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)鏈篦機(jī)內(nèi)壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對(duì)象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)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(fèi)和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。

同樣，泵類設(shè)備在球團(tuán)礦的生產(chǎn)中也有著廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用在工業(yè)水循環(huán)系統(tǒng)。而且，根據(jù)不同的生產(chǎn)需求往往采用調(diào)整閥、回流閥、截止閥等節(jié)流設(shè)備進(jìn)行流量、壓力、水位等信號(hào)的控制。這樣，不僅造成大量的能源浪費(fèi)，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(yán)重時(shí)損壞設(shè)備、影響生產(chǎn)、危及產(chǎn)品質(zhì)量。

風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，存在啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備，時(shí)常出現(xiàn)風(fēng)機(jī)、泵損壞，同時(shí)電機(jī)也被燒毀的情況。

近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，加之采用變頻調(diào)速器（簡(jiǎn)稱變頻器）易操作、免維護(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn)；因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)的方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案。

三、變頻器調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)述：

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）；通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)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(shù)，電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。

四、節(jié)能計(jì)算

對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，通常采用以下兩種方式進(jìn)行計(jì)算： 1、根據(jù)已知風(fēng)機(jī)、泵類在不同控制方式下的流量-負(fù)載關(guān)系曲線和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的負(fù)荷變化情況進(jìn)行計(jì)算。

以一臺(tái)IS150-125-400型離心泵為例，額定流量200.16m3/h，揚(yáng)程50m；配備Y225M-4型電動(dòng)機(jī)，額定功率 45kW。根據(jù)運(yùn)行要求，水泵連續(xù)24小時(shí)運(yùn)行，其中每天11小時(shí)運(yùn)行在90%負(fù)荷，13小時(shí)運(yùn)行在 50%負(fù)荷；全年運(yùn)行時(shí)間在300天。

則每年的節(jié)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(jì)算，則每年可節(jié)約電費(fèi)8.883萬元。

2、根據(jù)風(fēng)機(jī)、泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載關(guān)系式：P / P0=（n / n0）3計(jì)算，式中為P0額定轉(zhuǎn)速n0時(shí)的功率；P為轉(zhuǎn)速n時(shí)的功率。

以一臺(tái)成品系統(tǒng)的22 kW除塵風(fēng)機(jī)為例。運(yùn)行工況仍以 24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，其中每天11小時(shí)運(yùn)行在90%負(fù)荷（頻率按46Hz計(jì)算，擋板調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)功耗按98%計(jì)算），13小時(shí)運(yùn)行在50%負(fù)荷（頻率按 20Hz計(jì)算，擋板調(diào)節(jié)時(shí)電機(jī)功耗按70%計(jì)算）；全年運(yùn)行時(shí)間在300天為計(jì)算依據(jù)。

則變頻調(diào)速時(shí)每年的節(jié)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(diào)節(jié)時(shí)的節(jié)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(jié)電量為：W= Wb-Wd=96376-23232=73144 kW·h

每度電按0.5元計(jì)算，則采用變頻調(diào)速每年可節(jié)約電費(fèi)3.657萬元。理論節(jié)電率達(dá)42.1%，通過測(cè)算變頻器節(jié)能實(shí)際節(jié)電率約為30%（詳見實(shí)際運(yùn)行情況測(cè)算）。

四、實(shí)際運(yùn)行情況測(cè)算：

經(jīng)過實(shí)際測(cè)算某泵站4臺(tái)水泵及1臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)如下：

經(jīng)過實(shí)際測(cè)算，此泵站與除塵風(fēng)機(jī)使用變頻器后節(jié)電率約為29%。

五、結(jié)束語

風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行是我國節(jié)能的一項(xiàng)重點(diǎn)推廣技術(shù)，受到國家政府的普遍重視，《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39 條就把它列為通用技術(shù)加以推廣。萊鋼礦建公司60萬噸球團(tuán)廠自2015年6月，將水泵、部分風(fēng)機(jī)改為變頻器控制后，使用效果良好，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且因此而大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，還降低了停產(chǎn)周期。直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，值得大力推廣。endprint