节能专题

 前言
　　由于世界能源紧缺，煤、电、油等能源价格不断攀升，能耗高已严重制约企业的生存和可持续发展。近几年变频调速的优越性和节能效果已在低压变频器的运用中得到充分体现，同时高压变频技术的日趋成熟，并逐步在冶金、化工、电力、建材等众多行业中得到了推广和应用。我公司作为贵州省清洁生产的试点企业，节能降耗势在必行。公司各部门根据各自在操作、运行维护、设备可靠性、控制、节能和管理等方面对公司工艺控制复杂、设备维护量大、故障率高;电气控制复杂、耗电量较高、有较高的节能空间的设备进行了调研和可行性分析，确定将2号窑尾高温风机（1250kW/6kV）高压电机作为第一批变频节能改造设备。
　　一、高温风机变频改造的可行性分析

　　1、高温风机的运行现状：

　　公司2号窑高温风机电机为1250kW/6kV高压电机。该设备原设计采用襄樊大力工业控制有限责任公司生产的液体电阻起动调速器进行调速（即水电阻调速），在应用水电阻调速控制的过程中，存在以下几个方面的问题：

　　1） 转子部分仍带有集电环、碳刷等配件，在运行过程中需对这些配件进行更换或处理，运行维护量大。

　　2） 转子部分未能完全切除，在转子部分有约160V左右的电压和380A左右的电流，导致大量的电能无功的消耗在水电阻上。

　　3） 由于大量的电能消耗在水电阻上而使水电阻温度不断升高，为给水电阻进行冷却，需大量的自来水供给，造成大量的水资源浪费。

　　4） 为给水电阻进行冷却，在水电阻外部使用了一台5.5kW和一台1.5kW的电机进行电解液和自来水的循环。

　　5） 在夏季或厂区供水压力低的情况下，常因高温风机调速柜内水电阻水温过高（高于60℃时）而切除水电阻，电机全速运行，从而导致风机转速失控，影响生产。

　　2、节能计算：

　　根据电机转速与频率和极数的关系，即n=60f（1-s）/p,

　　式中

　　n表示电机转速

　　f表示输入频率

　　s表示电机转差率

　　p表示电机磁极对数

　　可知，要改变电机的转速，可以通过改变电机极数和转差率，以及频率来实现。变频调速就是采用变频调速器直接通过改变频率来改变电动机的转速的。

　　由流体力学知道，风机的流体流量（Q）与转速（n）的一次方成正比，风机的压力（H）与转速（n）的二次方成正比，风机的功率（P）正比于风机的流量（Q）与压力（H）的乘积，即风机的功率（P）与转速（n）的三次方成正比。与转速三次方成正比。即

　　流量Q ∝ 转速n

　　压力H ∝ 转速n2

　　功率 P ∝ 流量Q＊压力H ∝ 转速n3

　　高温风机电机参数：

　　功率PN：1250kW,

　　额定电压：6kV,

　　额定电流：139.5A,

　　额定转速：1487r/min,

　　功率因数：0.896;

　　高温风机运行参数：

　　运行电流：110A,

　　风门开度：90%,

　　电机转速：1300 r/min。

　　工频运行时的轴功率消耗：

　　P1=1.732×U×I×COSφ=1.732×6000×110×0.896 =1024kW,

　　保守估算变频改造后的轴功率消耗：

　　假设改造后仍需1300r/min的转速，电机在额定转速下的功率消耗为1250kW。

　　由 式PN/P2=（nN/n2）3

　　得 P2= PN （n2/nN）3=1250×（1300/1487）3=827kW

　　变频改造后一小时的节电量

　　△ P = （ P1-P2 ）=1024-827=197kW

　　变频改造后的节电率：

　　N =（ 197/1024）×100% = 19.2 %，

　　年节约电费（按80%的运转率、单位电价为0.42元/kWh）计算：

　　年运行时间为365×24×80%=7008小时

　　年节约电量为197×7008=1380576KWh=138万度

　　年节约电费为：1380576×0.42=552230=57.98万元

　　3、改造后预计效果：

　　根据以上节能计算，很明显，当采用变频调速控制后，据保守估算，节电率约为15%，除以上明显的节能外，使用变频调速还具有如下优点：

　　1） 优良的调速性能，完全可以满足于生产工艺要求。

　　2） 甩开了转子部分的集电环、碳刷等配件，大大降低了运行中的维护量且运行可靠。

　　3） 没有了自来水的冷却这个环节，节约了水资源。以目前水电阻的水消耗来看，一天大约可节约30T左右用水。按80%的运转率（365＊80%=292天），0.8元的单位水价计算，一年可节约水费：30＊292＊0.8=7008元。

　　4） 采用变频调速控制后，减少了以前用于外部循环的5.5kW和1.5kW（共7kW）的电机消耗。按70%的负载率（5kW），仍按80%的运转率（7000h）、0.40元的单位电价计算，一年可节约电费：5＊7000＊0.42=14700元。

　　5）实现了空载软启动，启动峰值电流和时间大大减少，避免了因大电流造成电机的绝缘老化及由于大力矩造成的机械冲击对电机寿命的影响，减少电机的维护工作量。

　　6）避免了大力矩造成的机械冲击，减少了机械的磨损，延长风机叶轮的使用寿命，降低了维护费用。

　　7） 系统安全、可靠，控制方便、灵活，自动化水平高。

　　因此，对2号窑尾高温风机进行高压变频节能改造是可行的。

　　二、高温风机高压变频改造的选择

　　我公司与北京合康亿盛科技有限公司在2007年8月15日签署了一台1250kW/6kV的高压变频器购销合同，选用了一套该公司自主研发和生产的HIVERT-06/154 P变频器，用于公司2号窑高温风机的改造。变频器为电压源型，直接“高—高”方式，6kV电压直接输入，6kV电压直接输出，单元串联PWM叠波输出，每相5单元。功率单元和控制系统之间采用光纤通讯，实现强弱电的完全电气隔离，提高了整个系统的抗干扰能力。

　　变频器及其工频旁路开关由变频器整体配套提供，主要元器件均采用国际知名厂家产品，所有重要零部件均经过严格筛选和100%测试，整机进行空载高压负载试验。考虑到变频器因故障退出运行后不影响生产，确保系统正常工作，系统旁路选用手动旁路柜，当变频器发生重大故障无法运行时，变频器将立刻分断高压输入，并给出故障报警，此时可以通过手动旁路柜将电机投入工频电网运行。

　　2007年9月18日设备到货，28日变频器安装就位。10月1日利用2#窑停窑检修的机会，完成了高压柜到变频器的连接，柜内干式变压器与功率单元的连线，变频器与DCS的连接、DCS程序及操作界面和运行曲线的制作。10月4日先后对安全上电联锁、变频器控制柜、空电机、轻载和重载等进行了调试。

　　高压变频器调试正常后，合康公司技术人员还在现场对高压变频器的操作、日常维护以及易出现的故障等作了详细的讲解。

　　三、高温风机高压变频器的运行情况

　　2号窑尾高温风机变频器于10月5日正式投入运行。投运后运行状况稳定良好、故障率极低、运行电流和风机振动值均有下降，完全可以满足于生产工艺控制的要求，具体数据详见下表：

　　四、高温风机高压变频器的节能情况

　　高温风机进行变频节能改造后，不但在运行方面取得良好的效果，作为节能项目，在节能方面，其节能效果非常显著，根据改造后一个月（10月份）的用电量与改造前一个月（1月份）的用电量进行比较，可以看到进行变频节能改造后，高温风机明显的节能效果，具体数据详见下表：

　　高温风机变频改造前后用电量对比表

　　从上表可以看出，改造前的1月份与改造后的10月份，其单月产量差不多（10月份比1月份多产熟量717T），停窑时间都是6天，但1月份的用电量为794060kWH，10月份的用电量为489120kWH，1月份比10月份多用电304940kWH;1月份日平均用电量为25614kWH，10月份日平均用电量为15778kWH，1月份日平均用电量比10月份多9836kWH;1月份（高温风机）平均单位熟料电耗为27.49kWH/T，10月份为16.52kWH/T，1月份（高温风机）平均单耗比10月份多10.97 kWH/T。

　　按以上数据进行计算，则：

　　高温风机日节约电费=0.42元/ kWH×9836KWH=4131.32元

　　高温风机月节约电费=4131.32元×30 =123933元

　　高温风机年节约电费=123933元×12 =1484203.2元

　　高压变频器投资回收期=1395000/1484203=0.94年，即1年就可收回成本。

　　五、小 结

　　目前，水泥行业的竞争非常激烈，但关键还是制造成本的竞争。电动机电耗占成本近30%，拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。对高温风机进行高压变频节能改造不管从操作、运行维护，还是节能方面都取得了很好的效果，是成功的。国内高压变频调速器节能技术目前已经比较成熟，是水泥厂节能改造的理想设备，具有很高的推广价值。