变频调速节能实例

钱伯章

(上海擎督信息科技有限公司金秋能源石化工作室)

变频调速节能实例

钱伯章*

(上海擎督信息科技有限公司金秋能源石化工作室)

在风机、水泵、压缩机和空调等设备上采用变频调速技术可节约电能。分析了一些石油、化工企业采用变频调速节电的成功实例。

变频器电机风机泵节能

变频调速可节电。针对企业大马拉小车情况，可采用几种不同方式的调节：档板调节、风机动叶可调调节、液力偶合器调节、水电阻调节、高压变频器调节等。变频调速分为低压变频调速和高压变频调速。低压变频调速技术作为成熟技术早已经过市场的检验。高压变频器的使用经历了两个阶段：第一阶段是高-低-高模式；第二阶段为高-高模式。解决大马拉小车问题也可以使用更换电动机的办法。

电动机广泛用于风机、泵、压缩机等设备，用电量约占全国用电量的60%。但由于目前我国工矿企业所使用的电动机和被传动设备效率低；设计思想落后，选型上考虑安全系数偏大，“大马拉小车”现象严重；系统调节方式落后，运行中存在大量的截流损失，造成我国各类电动机平均效率比发达国家低3～5个百分点，电机传动系统整体运行效率比发达国家低20个百分点。

变频技术能实时改变用电设备的供电频率，进而达到控制设备输出功率的目的。该技术通过变频调速改变轴输出功率，使电动机能根据实际需要输出功率，达到了减少输入功率节省电能的目的，是感应式异步电动机节能的重要技术手段之一。变频传动调速的特点是：不用改动原有设备包括电机本身；可实现无级调速，满足传动设备要求；变频器软启、软停功能，可以避免启动电流冲击对电网的不良影响，减少电源容量的同时还可减少机械惯动量，减少机械损耗；不受电源频率的影响，可以开环、闭环手动/自动控制；低速时，定转矩输出和低速过载能力较好；电机的功率因数随转速增高、功率增大而提高。

我国目前石化工业系统电机的变频器使用率为10%，节能潜力十分可观，如果每台电机使用变频器，可提高能效20%～30%。

在石油和化工行业，风机、水泵和压缩机等电机传动设备的用量很大，理论上都能采用变频技术进行节能改造，节能潜力巨大。以注塑机为例，将注塑机上传统的定量泵改造成变频变量泵，能使溢流阀的回油流量降到最小，避免了高压节流能量损失，进而将传统有高压节流的“耗能型”注塑机升级为无高压节流的“节能型”注塑机，节电率可达20%～30%甚至更大。

中央空调是大厦里的耗电大户，每年的电费中空调耗电占60%左右，因此中央空调的节能改造显得尤为重要。由于设计时，中央空调系统必须按天气最热、负荷最大时设计，并且留10%～20%设计余量，然而实际上绝大部分时间空调是不会运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以节能的潜力就较大，其中，冷冻主机可以根据负载变化随之加载或减载，冷冻水泵和冷却水泵却不能随负载变化作出相应调节，存在很大的浪费。水泵系统的流量与压差是靠阀门和旁通调节来完成，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量、高压力、低温差的现象，不仅大量浪费电能，而且还造成中央空调最末端达不到合理效果的情况。为了解决这些问题需使水泵随着负载的变化调节水流量并关闭旁通。为了节约能源和费用，需对水泵系统进行改造，可采用成熟的变频器来实现，以便达到节能和延长电机、接触器及机械散件、轴承、阀门、管道的使用寿命。

一种新型节能矩阵变频环保电梯在山东百斯特电梯公司研制成功。该产品是矩阵变频拖动与永磁同步无齿轮曳引系统相结合的机电一体化产品，配置具有反馈功能（带逆变器）的“矩阵变频器”（调速器），具有电源反馈功能（可控制输入功率因数）；输入电源高次谐波少，可减少电污染；主回路无电解电容；具有交流-直流直接变换等特点。大转距、低转速的永磁同步曳引机具有机械效率高、噪音低、无需加油的特点。试验数据显示，采用该项技术的电梯与传统电梯相比，节能效果可达77.2%。

目前，电梯节能的主要途径是提高电动机的运行效率。如永磁同步无齿轮曳引机在解决机械损耗、提高负载运行效率方面取得了突破；同时通过变频调速技术及其优化控制方案，在满足电梯运行过程中的速度、转距于系统动态响应等要求的前提下可实现“按需供能”。如果能够通过这两个成熟技术的整合，并且进行进一步延伸，利用电梯运行固有特性——位能负载，将电机已转换到负载上的位能变换成电能，回馈再生利用，将会大大降低电梯运行的电能消耗。百斯特节能型矩阵变频环保电梯就是基于这样的创新思想研发而成的。这为消费者提供了更具价值的创造性产品。

巨化合成氨厂在对电气设备实施电机变频技术改造后，节电效果显著。仅此一项该厂每天就可节电2万kW·h多，年节省电费300多万元。巨化合成氨厂是一家老中氮企业。近年来，随着产品结构的调整和生产经济运行模式的完善，在生产过程中，该厂许多大功率的设备经常出现“大马拉小车”的现象，造成了电力资源的浪费。为此，该厂把目光投向了投资回报率较高的电机变频改造。2006年，该厂在对主要机泵的工艺及运行效率调查后，新增了9台变频器，对甲醇富液泵、造气污水泵等9台低压设备进行了第一阶段变频改造。经过动力系统技术人员近半年的努力，设备顺利完成了全部改造。在富液泵改造后，不仅每天可以节电1 000 kW·h多，而且大大降低了工人的劳动强度。化肥车间的二氧化碳压缩机使用的是6 kV高压同步电动机，这种电动机的变频改造技术在国内还是一片空白。2006年3月份，该厂与某电气技术公司合作，共同对二氧化碳压缩机实施变频改造。该厂与变频器提供厂家紧密协作，克服工艺复杂、边生产边试车等困难，不断改进技术参数，完善试车方案，通过十多次调试，成功完成了高压同步电动机的变频改造。据测算，改造后1台二氧化碳压缩机每年可以节电约30万kW·h，而且还可延长设备的使用寿命和保养周期，降低检修维护费用。

双星轮胎斜交胎一厂针对动力站供水压力不稳及两台超级“电耗子”展开攻关，实现了变频自动恒压节能供水，每年可节约电能近20万元。以前该厂成型车间动力站水泵房2台水泵同时运行，不但供水压力和供水量无法设定，而且造成了水力和电力的巨大浪费。现在该厂可任意设定供水压力，实现了自动恒压供水，提高了供水灵活性和供水质量，并达到了节能降耗的目的，日平均节电约800 kW·h。

安徽六国化工公司热电车间对2号锅炉鼓风机的电机进行了技术改造，将电机原来的继电器控制系统改造为变频器控制系统，以提供更精准的工艺参数，提高了操作的自动化和数控化，大大降低了员工的劳动强度。据悉，此次技改选用了ACS-800-07型变频器，其控制的关键程序直接转矩控制（DTC）为目前国际上最先进的交流异步电机控制方式。此次技改完成后，六国化工公司热电车间电机变频器的运行效率达到97%以上。

沧州炼化公司采用西门子无谐波高压变频技术，在450 kW循环水泵电动机上成功应用了首套高压变频装置，获得了异常显著的节电效果。在项目实施过程中，该公司采用变频器内置的PID调节器，通过泵出口压力变送器，实现了系统的恒压自动控制方式。这项技术的应用，可使企业每天节电3 800 kW·h，全年节电138.7万kW·h，预计18个月以内即可收回全部投资。

扬子石化公司中压加氢裂化装置反应器加热炉于2009年6月5日实施鼓风机、引风机增设变频设备改造。经过精心调节，反应器加热炉的热效率从原先的87%提高到了92%，同时通过合理调节鼓风机、引风机的电机转速，有效降低了风机电能的消耗，每年可节电近10万元。加氢装置反应炉在开工时热量消耗很大，而正常运行时负荷偏低，这种差异造成了反应炉燃料日积月累被白白浪费。扬子炼油厂联合加氢装置自开工以来，反应器加热炉一直处于低负荷运行状态，设计所用烟气预热回收系统的鼓风机、引风机功率较大，出现大马拉小车的现象，使加热炉氧含量长期超标，火嘴经常出现结焦、积炭现象，影响装置长周期运行，既增加了装置的燃料消耗，又浪费了大量电能。针对反应加热炉的现状，扬子石化加氢车间认真计算和分析风量、氧含量之间的关系，查找节能途径，提出了在反应炉鼓风机、引风机上增加变频设备的合理化建议。此项目投资小，见效快，又不影响装置正常生产，施工也十分简单。通过实施变频技术改造，使反应炉氧含量从9%降到了5%，仅每年节约燃料费就达到近百万元。

扬子石化公司炼油厂鼓引风机增设变频改造已于2009年6月在中压加氢裂化装置反应炉上实施，经过精心调试，反应器加热炉的热效率从原先的87%提高到92%，同时合理调节了鼓引风机的电机转速，有效降低了风机电能的消耗，据测算每年可节省电费近10万元。加氢装置反应炉的特点在于开工时热量消耗很大，而正常运行时负荷偏低，这种差异造成了反应炉燃料被浪费。扬子石化炼油厂联合加氢装置自开工以来，反应器加热炉一直处于低负荷运行状态，设计所用烟气预热回收系统的鼓引风机功率较大，出现大马拉小车的现象，使加热炉氧含量长期超标，火嘴经常出现结焦、积炭现象，影响装置长周期运行，既增加了装置的燃料消耗，又浪费了大量电能。加氢车间在加强现场节能管理的同时，坚持从工艺中发现能耗浪费点，进行创新改进，挖掘节能潜力。他们针对反应加热炉的现状，认真计算和分析风量、氧含量之间的关系，查找节能途径，提出了在反应炉鼓引风机上增加变频设备的合理化建议。这个项目投资小，见效快，又不影响装置正常生产，施工也比较简单。另外通过实施变频技术改造，也使反应炉氧含量从9%左右降到了5%左右，仅此一项，每年可节约燃料费达百万元。

全球领先的电力和自动化集团ABB作为推广节能型产品和技术的代表，与上海焦化有限公司签署了节能改造项目合作协议。ABB向上海焦化公司提供高效节能的ACS800变频器，实现对其高压水煤浆泵的节能控制。项目完成后，预计上海焦化公司年节电量140万kW·h。上海焦化公司是以煤为主要原料的综合性大型化工企业，多年来一直致力于对项目进行节能改造，其碳一分公司的高、低压水煤浆泵，气体分公司的高压氧泵和动力分公司的工业水泵、冷却塔风机等都选用了ABB节能型系列变频器产品，通过对电机转速的控制，取得显著的节能效果。

2009年10月28 日，大庆炼化公司柴油加氢装置新氢压缩机无级控制系统改造项目投用，实现正常运行。该项目为中石油2009年节能专项投资项目，共投资800万元，可以实现正常负荷下氢气压缩机回流量基本为零的目标，节电效果显著。这项技术此前已在国外和中石化等多家炼厂得到成功应用，但在中石油尚未广泛推广。据了解，经过初步标定显示，改造后柴油加氢装置日节电量达到15 000 kW·h左右，全年可节电450万kW·h，经济效益十分可观。

2010年6月10 日，锦西石化公司新投用的两台高压变频器节能效果凸显，经过近两个月的运行共计节电31万kW·h，节约电费15.5万元。照此计算，两台机泵一年就会节电186万kW·h，折合成电费就是93万元，一年左右就可收回投资。

Cases of Energy-economization of Frequency Control

Qian Bozhang

The application of inverter technique in fans,pumps,compressors and air conditioning can save electric energy.This paper introduces some energy-economization cases of inverter used in petrochemical enterprises.

Inverter;Motor;Fan;Pump;Energy-economization

TM4

*钱伯章，男，1939年10月生，教授级高工。上海市，200127。

2011-03-01)