上海與鑫機電科技有限公司

引言

在能源日益緊張的現代社會，“節能降耗”是企業未來發展的重點工作。我廠是一個具有25年生產歷史的風機制造廠。近年來，我們不斷向管理要效益，通過生產組織合理配置、采取生產過程能源消耗與職工收益掛鉤、制定能源消耗管理辦法等措施，使我廠的節能降耗工作取得了顯著的成績。但是，由于工藝流程已經形成了固定的生產模式，僅僅依靠潛力的挖掘，已難以滿足“節能降耗”這一大氣候的需要，在現有的生產工藝流程模式下，只有依靠節能技術來達到降低能耗的目的。我們通過對我廠耗能設備的摸底分析，認為高壓變頻技術在高壓風機上的應用，其節能效果非常可觀。

 高壓風機使用現狀

我公司實驗室現有高壓風機4臺，運行方式為兩開兩備，主要任務是給充氣式浮選級進行充氣，從目前風機的運行情況來看，風機是通過調節擋板來達到控制風量的目的，并且擋板一般僅調節在1/3處；此種調節方式屬恒速調節方式，從理論上講，就是依靠改變風機的管網特性來達到調節風量的目的，這種調節方式很不經濟，人為增大了管網的阻力，相當于增大了每立方米空氣所消耗的電能。一般來說，風機風量的調節方法可分為恒速調節和調速調節兩大類，而在目前所有的調速調節方法之中，采用變頻調速方式是節能效果的一種方法。

今年一季度，我公司對高壓風機的風量與壓力進行了多次測試。測試條件：10臺球磨機全部運行，在滿足正常生產的情況下，將單臺浮選機及每組浮選機總閥門開在合理位置。測試情況如表1~表3所列。

點擊看原圖

這里需要說明的是，由于1、2風機與3、4風機分別在三組浮選機系統的兩端，輸送風向相反，存在相互干擾現象，故測試有一定誤差；盡管如此，從測試情況來看，對風機配電系統采用變頻調速，節能效果是非常顯著的。

高壓變頻技術說明

從交流異步電動機的轉速公式

點擊看原圖式中：n為電動機轉速r／min；f為電源頻率Hz；s為轉差率；P為極對數。

　我們知道，改變異步電動機的電源頻率就可以改變電動機的轉速，這是目前zui簡單、zui有效的交流異步電動機調速方法，可以很容易做到無極變速。而且交流變頻調速技術是上世紀90年代后期迅速發展起來的一種新型電力傳動調速技術，主要用于交流電動機的變頻調速，其技術和性能在交流電動機調速控制方面勝過其它任何一種調速方式。變頻調速裝置以系統效率高、節能*、調速精度高、調速范圍寬、機械特性硬、起制動能耗小、電力電子保護功能完善、易于實現自動控制及通信功能，得到了越來越廣泛的應用；并且在運行安全可靠性、安裝使用、維修維護等方面，也給使用者帶來了極大的便利，使之成為企業采用電動機節能方式的設備。

可行性分析

風機、水泵均屬于典型的平方減轉矩負載，如圖1所示，為風機的風壓與流量的關系曲線，圖2表示了電動機轉矩與轉速的關系曲線，下面以風機的工作特性來分析其節能原理。

風機的電動機軸功率P與其流量Q，風壓p之間的關系為P∝Qxp。

當電動機分別在轉速為n1、n2下運行時，流量由Q1變化到Q2，此時Q、p、P相對于轉速的關系如式(2)～式(4)所列。

點擊看原圖

　由式(2)～式(4)可以看出，風機的風量與轉速成正比，風機的風壓與轉速的平方成正比，風機的軸功率(功率輸出)與轉速的立方成正比，調節電動機的轉速即可調節流量。從理論上講，速度降低lO％時會帶來27％左右的功率下降，由于功率的大幅度降低，可獲得顯著的節能效果。

風機進風口閥門調節節能計算：

　基本計算公式為

點擊看原圖式中：PW為風機消耗的電功率；η為風機效率；cosφ為功率因數；U為電壓；I為電流；P為壓力；Q為流量；K為常數。

　系統在工頻運行情況下，由于系統在工頻運行時電網電壓不變，因此由式(5)、式(6)可知

點擊看原圖式中：Pw為節流一節流運行時的電功率；Pwe為電機額定功率；I2為節流運行時的電機電流；Ie為電機額定電流；Q2為節流運行時的流量；Qe為額定流量。

系統在變頻運行情況下，由于頻率的變化，使風機轉速發生變化；變頻后出風口風門全開，只要保證出口流量達到變頻前的流量即可，這時當頻率變化時，流量、壓力都在變化。

點擊看原圖由此可得到采用變頻調速裝置前、后所消耗的電功率比值為

點擊看原圖式中：Pw為變頻一變頻運行時的電功率；Pwe為電機額定功率；n2為節流運行時的轉速；ne為額定轉速；I2為節流運行時的電機電流；Ie為電機額定電流；Q2為節流運行時的流量；Qe為額定流量。

風機出風口閥門調節變頻改造后，理論節電率為

　這里需要說明的是，由于以上計算未考慮系統損耗等情況，并且不論用那種方式調節，風機的效率及電動機的功率因數也有一定的變化，在上述計算中也沒考慮；所以以上是理論計算值，實際工況情況比上述計算復雜得多，因此，節能率要比計算值低一些。

 變頻技術應用方案

風機的負載特點是其轉矩與轉速的平方成正比，其軸功率與轉速的立方成正比。從理論上講，速度降低10％時會帶來27％左右的功率下降。因此，將電動機以定速運轉、用擋板閥門調節風量的方法，改用根據風量需要調節電動機的轉速就可獲得較好的節電效果。即需要多少就提供多少，而不是足量提供多余丟棄。高壓變頻技術在D450風機上的應用方案是將目前運行的電動機直接起動／運行方式改為采用變頻裝置起動／運行方式，利用風機風量實現對變頻器閉環控制，以達到系統節能的目的。由于風機運行時的實際風量比其額定風量小得多，所以節電潛力是非常大的。采用變頻調速來獲得實際需要的風量，在節約電能、降低風機電動機維修費用的同時，還提高了系統的自動化水平、提高輸出風量的穩定性、減輕設備的磨損、降低了系統的噪音、改善了工作環境、減輕了工人的勞動強度。

投資與回收說明

單臺風機變頻改造投資組成，如表4所列。

點擊看原圖由于“高壓變頻技術在高壓風機上的應用方案”一次性投資比較大，我們希望先對其中一臺風機電氣系統進行變頻改造，在項目實施完成，系統運行3～6個月后，視變頻裝置運行情況，再對另外風機進行變頻改造。

2、3風機電動機技術參數及目前的運行數據如表5及表6所列。

點擊看原圖

15)可得：，風機的效率按照70％，電動機效率按照75％考慮，根據2、3風機目前運行參數，在變頻改造后做節能估算如下。

風機節能概算

按照風機年運行時間8640小時計算，變頻節能改造前年消耗電能187．66萬kW·h；年消耗總電費：187．66萬kW·hxO．42元／kW·h=78．82萬元。

經變頻節能改造后，節能率按照36％估算，年可節約電費78．82萬元x36％=28．38萬元。

投資回收期：86．48萬元/28．38萬元=3．0年。

通過對D450風機工況進行了解、運行參數測試及節能分析，對D450風機系統進行變頻改造后將達到以下效果：

(1)改善了工況，提高了效率，節約了電能：

系統投入變頻器后，不需調節擋風板，也避免了電動機的頻繁起停等現象；

提高了系統的自動化程度，變頻器自動根據需求量調節轉速，有效改善了室內環境，節約了大量電能；

設備的運行參數得以改進，系統效率大為提高。

(2)系統的維護維修量大為減少、降低了維修費用：

系統投入變頻器后，延長了管道的檢修周期和使用壽命；

系統投入變頻器后，電動機平滑穩定地起動和減速停止，降低了電動機修理費用，有效地延長了設備的檢修期。

減小了啟動時對電網的沖擊：系統投入變頻器后，電動機實現了軟起動、軟停止，相應的減小了對電網的沖擊。

　　通過對高壓風機工況摸底與高壓變頻技術在高壓風機風機上應用分析，此方案是可行的。

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秦浩成