空压机变频调速节能改造

戴宏伟 司旋坤 陈秀芹 王延敏

（1.河南格瑞特科技有限公司，河南 郑州 450001；2.河南有色汇源铝业有限公司，河南 鲁山 467300）

一、改造项目概况

某矿有两台90kW螺杆空压机，一备一用，为井下气动设备供气，系统工作压力为0.6～0.78MPa。空压机额定供风量远大于井下用风量，空压机带载运行和空载运行之间有一定时间间隔，考虑到企业节能降耗的需要，决定对空压机电机实施变频器调速改造。

二、改造前运行状态分析

空压机有两种工作状态：加载和空载。通过空压机控制柜面板设置空压机加载、空载压力，根据实际需要系统压力设置为0.6～0.78MPa。空压机启动，带载运行一段时间后，当系统压力升至大于0.78MPa时，空压机自动关闭进气口阀门，电机进入自动空载运行状态，此时电机实际运行电流为72A。当井下用风一段时间后，系统压力降低到小于0.6MPa时，进气口阀门打开，电机自动投入带载运行，此时实际运行电流162 A。空压机以上工作流程循环往复，直至手动停机。考虑到空压机带载运行并未达到满负荷，以及空载时更好的节能，完全可以把电机停掉。综合分析后，决定改装变频调速器控制空压机电机的运行，以实现节能耗的目的。

三、最初改造实施方案

根据空压机运行情况，初定改造方案如下。

将变频器串入空压机电机主回路，启停信号取自空压机进气阀门，即进气阀门打开时变频器启动，进气阀门关闭时变频器断掉，电机停止运行。

上述改造理论节能效果如下。

改造前：

空载功率＝1.732×380×72×0.8＝37.8kW

加载功率＝1.732×380×162×0.8＝85.2kW

改造后：

空载功率＝0kW

加载功率＝1.73×380×162×0.8＝85.2kW

改造后，节能效率＝37.8/（37.8＋85.2）＝30.8%。其中1.732是电机功率计算系数，0.8是电机功率因数理论取值。

四、进一步改造实施方案

根据上述方案实施改造后，发现变频器由停机状态到最大载状态，即频率升至45Hz的运行状态时，需要11s（因为变频器是带载启动，启动电流比较大，启动时间不能太短）。变频器在启动及初运行时十几秒内，储气罐内压力更是下降到0.6MPa以下的，此种压力又不能满足供气需求，说明以上方案不可行。

随即研究对方案进行改进：即空压机转为空载状态时，把变频器设定在允许的低频状态下运行，经过现场不断的调试摸索，发现空载状态下电机以30Hz的频率运行状态最佳，也避免了频率过低状态下运行对电机的不利影响；当系统压力下降到下限时，空压机加载运行，变频器运行频率设定为42Hz即可满足生产需要，加载时间在3s之内即可完成，此时运行电压电流分别为319 V、153 A；当空压机空载时，电机在30Hz频率状态下运行，其电压电流值分别为228 V和55 A。与改造前比较，不论是带载还是空载状态下，其运行的电压电流值都有不同程度的降低，节能效果非常明显。以上高低频控制信号取自空压机进气阀门的关开量。

五、节能效果

改造后空压机空载功率＝1.732×228×55×0.8＝ 16.9kW， 加 载 功 率 ＝ 1.732×319×153×0.8＝68kW。

设空压机加载与空载时间相等，则改造后理论节能率＝（85.2＋37.8－68－16.9）/（85.2＋37.8）＝31%

因实际生产中，空压机加载时间比空载时间长，加上变频本身也要消耗一定的能量，实际节能效果低于理论值。改造后应用3个月，根据实际用电度量抄表数进行前后对比，实际节能效率为21%。

改造后空压机实际节能情况如下。

理论小时节能功率＝85.6＋37.8－68－16.9＝38.5kW

实际小时节能功率＝38.5×21／31＝26.1kW

空压机实际日运行15h，年运行330天，每台空压机每年节约用电量=330×26.1×15=131175kW。每度电按0.75元计，空压机每年实际节约用电费=131175×0.75=98381元，节能效果比较明显。