变频调速技术节能改造小结

石立峰，耿宏霞

（黑龙江昊华化工有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161033）

变频技术从上世纪80 年代开始迅速发展，并日趋成熟，因其节省效果而得到广泛应用。 黑龙江昊华化工有限公司于2009 年新建 “30 万t/a 烧碱装置、30 万t/a 聚氯乙烯装置”， 并新建75 t/h 流化床锅炉， 由于原35 t/h 锅炉耗电量较大， 决定对3 台35 t/h 锅炉进行变频改造。

1 变频调速节能原理

从流体力学的原理得知， 使用感应电动机驱动的风机、水泵负载，轴功率P 与流量Q，扬程H 的关系为：

当电动机的转速由n1变化到n2时，Q、H、P 与转速的关系如下：

可见， 流量Q 和电机的转速n 成正比关系，而所需的轴功率P 与转速的立方成正比关系。 所以，当需要80%的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的80%，即调节频率到40 Hz 即可，这时所需功率仅为原来的51.2%。从图1 所示的风机、水泵运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。

图1 风机、水泵（设静压为零）的运行曲线图

当所需风流量从Q1减小到Q2时， 如果采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况点从A 点变到新的运行工况点B 点运行，所需轴功率与H2×Q2成正比；如果采用调速控制方式，风机、水泵转速由n1下降到n2，其管网特性并不发生改变， 但风机、 水泵的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A 点移至C 点。此时，所需轴功率P3与HB×Q2成正比。 从理论上分析，所节约的轴功率△P 与（H2-HB）×Q2的面积成正比。 考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗， 通过实践的统计， 风机泵类通过调速控制可节能20%～50%，有些风机负载节能达60%以上。

2 变频技术改造

2.1 1#、2#、3#35 t 炉鼓风机变频节能技术改造

2.1.1 改造原因

锅炉运行负荷根据生产的需要而变化， 鼓风机的风量也随之变化， 传统的风量调节都是通过调节风门挡板实现的， 这种风量调节方式不但使风机的效率降低，也使很多能量白白消耗在挡板上。为了节约电能，提高锅炉燃烧控制水平，增加经济效益，采用变频调速系统取代低效高能耗的风门挡板， 鼓风机风量变化范围为30%～90%， 配套鼓风机（1#、2#、3#炉）均为90 kW 电机，都是按冬季最大负荷配置，低负荷时鼓风机能源浪费较大，因此，使用变频器进行节能技术改造。

2.1.2 采取措施及投资

将鼓风机现有的自耦降压起动器拆除， 更换成变频器，通过改变频率，调整电机转速，使之达到锅炉低负荷时所需的鼓风量，转速与轴功率下降，节能效果良好。

90 kW 变频器3 台，约需24 万元（西门子变频器报价），其他材料可以利用原启动柜的。

2.1.3 节能效果

当变频调速后电机转速为未调速的60%时，鼓风机消耗功率为额定功率的21.6%， 空载损耗为0.15。

全速状态下的功率：p1=90-90×0.15=76.5（kW）；变频状态下功率：p2=0.216×76.5+90×0.15≈30.1（kW）；节约的功率：pj=76.5-30.1=46.4（kW）。

每年按运行180 天，每天按24 h 计，则全年节能：Q=pj×24×180=200 448（kW·h）

按每度电0.6 元/kW·h 计， 则每年节约的电费为：200 448×0.6=120 268.8（元）。

3 台配套炉鼓风机通过变频改造， 每年可节约电费：120 268.8×3=360 806.4（元）≈36（万元）。

变频器投入使用后，不但节约了电能，还可以实现大的电动机的软停软起， 避免了启动时的电压冲击，减少电动机故障率，延长使用寿命，同时降低了对电网的容量要求和无功损耗。

2.2 1#、2#、3#35T 炉引风机变频节能技术改造

2.2.1 改造原因

锅炉引风机的变化范围为70%～90%，配套引风机1# 炉为110 kW、2#、3# 炉均为132 kW 电机，都是按冬季最大负荷配置， 低负荷时引风机能源浪费较大，因此使用变频器进行节能技术改造。

2.2.2 采取措施及投资

将鼓风机现有的自耦降压起动器拆除， 更换成变频器，通过改变频率，调整电机转速，使之达到锅炉低负荷时所需的鼓风量，转速与轴功率下降，节能效果良好。

110 kW 变频器一台， 需8.5 万元；132 kW 变频器2 台，需18 万元；共计投资26.5 万元；其他材料可以利用原启动柜的。

2.2.3 节能效果

当变频调速后电机转速为未调速的80%时，引风机消耗功率为额定功率的51%，空载损耗为0.15。

1#35 t 炉（110 kW）全速状态下的功率：p1=110-110×0.15=93.5（kW）；变频状态下功率：p2=0.51×93.5+110×0.15≈64.2（kW）；节约的功率：pj=93.5-64.2=29.3（kW）。

每年运行按180 天，每天按24 h 计，则全年节能：Q=pj×24×180=126 576（kW·h）。

按0.6 元/kW·h 计， 则每年节约的电费为：126 576×0.6=75 945.6（元）。

2#、35 t 炉 （132 kW） 全速状态下的功率：p1=132-132×0.15=112.2（kW）；变频状态下功率：p2=0.51×112.2+132×0.15≈77 （kW）； 节约的功率：pj=112.2-77=35.2（kW）。

每年按运行180 天，每天按24 h 计，则全年节能：Q=pj×24×180=152 064（kW·h）。

按每度电0.6 元/kW·h 计， 则每年节约的电费为：Md=152 064×0.6 元=91 238.4（元）。

3#炉同2#炉。

1#、2#、3#炉引风机通过变频改造，每年可节约电费：75 945.6+91 238.4×2=258 422.4（元）≈25.8（万元）。

3 “双三十”高压电机变频改造方案

3.1 改造方案

现有的24 台各种工业高压（10 kV）电机开工率仅为40%，为了节约能源，拟进行变频电气了自动化节能改造。

24 台高压电机合计总功率为26 069 kW， 年总消耗电量为26 069 kW×8 000 h=20 855 200 kW·h=2 085.5 万kW·h。根据生产负荷情况，拟按照合同能源管理模式分三期实施。

（1）一期改造。改造公用循环水泵（1 000 kW）2台；聚合循环水泵（1 400 kW）1 台。

表1 一期改造后预计年节电量及电费预测表

（2）二期改造。改造5 ℃冷冻水机组（1 303 kW）2 台；-35 ℃冷冻水机组（820 kW）1 台；75 t 炉给水泵（280 kW）1 台、引风机（560 kW）1 台、二次风机（220 kW）1 台、一次风机（450 kW）1 台；鼓风机（710 kW）1 台、（355 kW）1 台；雨水泵（185 kW）1台。

（3）三期改造。 改造空气压缩机（1 050 kW）1 台、（370 kW）1 台； 氯气压缩机 （450 kW）1 台、（220 kW）2 台；水环压缩机（250 kW）3 台；VCM 压缩机（500 kW）3 台。

3.2 实际节能率测量方法

3.2.1 测量装置及测量范围

根据用户配电系统的具体情况， 在被控对象的电源进线处安装三相电度表计量装置 （含电流互感器），所安装计量设备的计量范围能覆盖全部被控对象，但不应包含可能运行的非被控对象。

3.2.2 测量方法及条件

采用HCS 系列节能控制系统在节能工况下运行和在原模式（即工频运行）工况下运行的能耗进行对比的测试方法，即系统在相邻两天中，采用节能模式和原模式（即工频运行） 交替在相同时间段上运行，对其能耗进行测试、记录和对比。

使用HCS 负荷动态自动跟踪智能控制系统后，系统运行管理的自动化程度得到大大提高，可减轻操作人员的劳动强度。 同时，系统将实现在低频状态下启、停，可大大减少对电网的冲击和对电机的磨损，减少设备的故障率，延长设备的使用寿命，降低设备的维修成本。

4 建议

现阶段， 节能减排已成了每个企业可持续发展必须考虑的问题， 而高压变频器的广泛应用可以很好地节约电能，减少能源消耗。建议有关企业积极推行高压电机变频改造， 对经常不需要在工频状态下满负荷运行就可满足工艺要求的风机、 水泵类电机进行变频改造， 自有资金不足的可以利用节能返款发承包模式，这样，既不用业主单位直接投资，又节约了电能，降低了能源消耗。新建项目也应该在设计时就充分考虑变频器的节能作用，工况经常变动的，有时不需要在满负荷条件下运行的电机都尽量加装变频器，以达到节能的目的。