工廠通風_高壓變頻器在活化石灰回轉窯引風機應用工業自動化德力

         一：改造原理

             由流體傳輸設備水泵和風機的工作原理可知：水泵和風機的流量與其轉速成正比；水泵和風機的壓力（揚程）與其轉速的平方成正比，而水泵和風機的軸功率即是流量與壓力的乘積，故水泵和風機的軸功率與其轉速的三次方成正比（即與電源頻率的三次方成正比）根據上述原理可知：降低水泵和風機的轉速，那么其功率可以下降得更多。例如:將供電頻率由50Hz降為45Hz，則P45/P50=（45/50）3=0.729，即P45=0.729P50（P為電機軸功率）；將供電頻率由50Hz降為40Hz，則P40/P50=（40/50）3=0.512，即P40=0.512P50（P為電機軸功率）。

             水泵和風機消耗功率與轉速的三次方成正比。即N=KN3 N：為水泵和風機消耗功率；n：為水泵和風機運行時的轉速；K為比例系數。而水泵和風機設計是按工頻運行時設計的，但除高速外，大部分時間流量較小，由于采用了變頻技術及微機技術有微機控制，因此可以使水泵和風機運行的轉速隨流量的變化而變化，終極達到節能的目的。實踐證實，使用變頻設備可使水泵和風機運行均勻轉速比工頻轉速降低20%，從而大大降低能耗，節能率可達20%-40%。

             因水泵和風機屬于典型的平方轉矩負載類型，所以其功率（軸功率），轉矩（壓力），轉速滿足以下關系（相似定理）：

             P電=P軸=QH
    Q’/Q=N’/N   則Q’=QN’/N
    P’/P=（N’/N）3   則P’=P（N’/N）3
    異步電機的轉速公式 n=60f（1-s）/p
    式中：N、Q、H、P??水泵和風機的額定轉速，流量，軸功率
          N’、Q’、H’、P’??調速后水泵和風機的額定轉速，流量，軸功率

             在一定范圍滿足生產要求的條件下，可以通過改變轉速來靈活的調節水壓和流量，以方便均勻的沖洗工件，并且不改變工作周期。這種特性表明，調節水泵和風機轉速，改變電動機出力，使之始終滿足工藝要求。

             綜上所述：利用變頻技術改變電機轉速來調節流量和速度的變化用來取代傳統工頻電路的控制，能取得明顯的節能效果

         二：現場工況和改造方案
     現場為其中為一套清洗工件和烘干系統。清洗工作原理是：工件通過鏈條輸送，以一定的速度進進箱體進口，箱體兩側布滿管道噴射龍頭，噴頭在水泵的作用下，以一定的壓力和流量來清洗工件。工件不斷的向前推進，經過近百米的清洗管道，終極清洗干凈達到產品要求，再從箱體出口處送進烘干系統。烘干系統為風機，通過風機流量的作用下來烘干工件，送進下一工作流程。

        ,車間負壓通風降溫設計;     整個系統中有11臺清洗用水泵電機和12臺風機電機。由工藝要求可知，每一清洗階段和工件的不同所需清洗壓力和熱風騷量也不盡相同，先前水泵和風機系統的流量與壓力是靠閥門和旁通調節來完成，又由于此系統為開環循環水系統，因此，不可避免地存在較大截流損失和大流量現象，不僅大量浪費電能，而且還造成清洗效果不佳的情況。為了解決這些題目，通過調節變頻器轉速，使水泵和風機隨著負載的變化調節水流量并封閉旁通，能使節能效果達到20%。

             再因水泵和風機采用工頻起動方式，電機的起動電流均為其額定電流的3～4倍，在大的電流沖擊下，，會影響電網的穩定及其它設備的運行安全用電，也使接觸器、電機的使用壽命大大下降，同時，起動時的機械沖擊和停泵時水垂現象，輕易對機械散件、軸承、閥門、管道等造成破壞，從而增加維修工作量和備品、備件用度。

             采用德力西CDI9000通用型系列變頻器

             該產品的主要特點有：
    1．空間電壓矢量控制技術。
    2. 轉矩自動提升功能，低頻大轉矩輸出。
    3. 載波頻率可調，靜音運行,負壓風機工程。
    4. 控制方式多樣化，通用性強，多段速和程序運行功能。
    5. 內置剎車單元，快速停車。
    6. 內置PID調節功能，閉環控制簡單。
    7. 內置RS-485接口，可計算機聯網控制，也可以與DCS組成閉環控制系統。
    8. 具有時間累計功能，可以顯示單次通電運行時間，累計運行時間。
    9. 32位電機控制專用微處理器，頻率解析度高達0.01HZ。

             根據現場工況分析，需每臺電機加裝一臺變頻器，通過調節變頻器面板上的旋鈕來控制電機轉速，輸出工藝所需要的流量和壓力，進步產品質量，達到節能效果。 
 
三：系統改造后的性能：

         （1）關掉旁路閥們，采用變頻器控制，在滿足使用要求的條件下達到了最大限度的節能（20%）。下圖繪出了閥門控制調節和變頻調速控制兩種狀態的水泵和風機功率消耗??流量關系曲線。

             對于水泵和風機來說，流量Q與轉速N成正比，揚程H與轉速N的二次方成正比，而軸功率與P與轉速N的三次方成正比，下表列出了它們之間的關系變化：  

             從上表中可見用變頻調速的方法來減少水泵和風機流量進行節能改造的經濟效益是十分明顯的，當所需流量減少，水泵和風機轉速降低時，其電動機的所需功率按轉速的三次方下降；

             當水泵和風機轉速下降到額定轉速的10%即F=45Hz時，其電動機軸功率下降了27.1%，水泵和風機節電率為27.1％；
    當水泵和風機轉速下降到額定轉速的20%即F=40Hz時，其電動機軸功率下降了48.8%，水泵和風機節電率為48.8％；
    當水泵和風機轉速下降到額定轉速的30%即F=35Hz時，其電動機軸功率下降了65.7%，水泵和風機節電率為65.7％；
    當水泵和風機轉速下降到額定轉速的60%即F=30Hz時，其電動機軸功率下降了78.4%，水泵和風機節電率為78.4% ；

             水泵和風機節電率的計算：
    計算公式：冷凍和冷卻水泵和風機節電率=[1－（變頻器運行頻率÷50Hz）3]×100% 
例如：水泵和風機轉速降低10％，即變頻器運行頻率＝45Hz
         水泵和風機節電率＝[1－（45Hz÷50Hz）3]×100%＝27.1％
      整個系統總功率為141.5KW，如天天工作8小時，電費按每度0.70元計算，負載系數為0.75，那么每年的可節約電費支出：
       141.5×8×365×0.7×0.75×27.1％=58785元

         　�。�2）由于降速運行和軟啟運，減少了振動、噪音和磨損，延長了設備維修周期和使用壽命，進步了設備的MTBF（均勻故障維修時間）值，并減少了對電網沖擊,車間降溫水簾，進步了系統的可靠性。
　�。�3）系統具有各種保護措施，使系統的運轉率和安全可靠性大大進步。     

              德力西變頻器公司除為用戶提供高質量的產品外，并且提供相關系統集成、安裝指導、調試和售后服務。我們的產品已經在全國各行各業有普遍的應用，下面是我公司產品在相關行業的業績：

             1：浙江傳化團體涂料有限公司
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    3：嘉興嘉善化工有限公司
    4：杭州華洋化工有限公司
    5：江蘇明光化工有限公司
    6：山東萊蕪華冠塑料機械

         關鍵詞：高壓變頻器 除塵風機 節能改造 技術方案

         1、概 述

         　　唐山某特種鋼有限公司煉鋼廠原有50t氧氣頂吹轉爐三座，轉爐在吹煉過程中，爐口會排出大量棕紅色的煙氣，煙氣溫度高，且含有易燃氣體和金屬顆粒;按照我國1996年頒布的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297一1996）的規定：對煙氣必須進行冷卻、凈化處理后，由引風機將其排至煙囪放散或輸送到煤氣回收系統中備用。因此，每座轉爐必須配置一套除塵系統：一共有四臺除塵風機，采取三用一備的運行方式。風機電動機功率為1000kW，供電電壓為10kV。由于轉爐周期性中斷吹氧，為滿足節能和環保要求，要求風機在整個煉鋼工作周期內變速運行：吹氧時高速運行，不吹氧時低速運行。最初設計采用風門擋板調節風量，電動機采用水電阻啟動;經過一段時間的運行，發現采用風門擋板調節風量存在著非常大的局限性，主要表現在：

         　　a） 風門擋板須人工調節，使用不便;通常不論工況如何，風門一直不變，造成巨大浪費;

         　　b） 風門擋板調節風量是把風量消耗在擋風板上，造成擋風板前后壓差大，風門易磨損;

         　　c） 風機、電機全速運行，震動大、噪聲大、損耗大，軸承磨損嚴重;

         　　d） 調節精度低、線性度差，響應速度慢;

         　　e） 電動機啟動電流大，影響電網穩定。

         　　鑒于存在上述眾多題目，煉鋼廠決定對三座轉爐的除塵系統分別進行改造，采用深圳市科陸變頻器有限公司生產的CL2700系列高壓變頻器通過電動機調速來調節轉爐除塵風機的風量。

         2、電動機基本參數及變頻器設置的參數

         3、高壓變頻器技術要求及改造方案

         　　3.1. 除塵風機是除塵凈化系統的動力中樞，一旦除塵風機不能正常運行，不但影響生產、造成巨大的經濟損失，還有可能威脅到現場生產職員的人身安全;另外，調速系統工作的環境比較惡劣，轉爐又是周期性中斷吹氧，所以，為除塵風機配套的高壓變頻調速系統，要求具有極高的可靠性�；�于以上工作特點，對變頻調速系統的主要要求如下：

         　　a） 要求變頻用具有高可靠性，長期運行無故障;

         　　b） 調速范圍要大，效率要高;

         　　c） 具有邏輯控制能力，可以自動按照吹氧周期升降速;

         　　d） 有共振點跳轉設置，能使電機避開共振點運行，保證風機不喘震。

         　　3.2. 經過多方調研、比較，最后決定采用深圳市科陸變頻器公司生產的CL2700系列高壓變頻器，通過雙方技術職員的合作，共同制定了1#轉爐除塵風機的變頻改造方案，改造方案如下：

         　　a） 拆除水阻啟動柜，電動機中性點直接短接;

         　　b） 在控制室增加一臺操縱柜，可實現遠程、本地控制以及電流、轉速、頻率的監視;

         　　c） 設立高速、低速兩檔速度控制;

         　　d） 當除塵風機運行時，功率單元故障只報警不停機。

         　　3.3. 系統與遠程控制箱接口圖、功能表：

圖1 系統與遠程控制箱接口圖、功能表

         4、經濟效益及附加值

         　　運行參數比較

         　　4.1. 減少電機啟動時的電流沖擊

         　　電機采用水電阻啟動時的最大啟動電流達到額定電流的2.5～4倍。經過變頻改造后，觀察變頻器啟動的負荷曲線，發現它啟動時基本沒有沖擊，電流從零開始，僅是隨著轉速增加而上升，無論如何都不會超過額定電流的1.2倍。因此風機變頻運行解決了電機啟動時的大電流沖擊題目，消除了大啟動電流對電機、傳動系統和主機的沖擊應力，大大降低日常的維護保養用度。

         　　4.2. 延長設備使用壽命

         　　使用變頻器可使電機轉速變化沿風機的加減速特性曲線變化，沒有應力負載作用于軸承上，延長了軸承的壽命。同時有關數據說明，機械壽命與轉速的倒數成正比，降低風機轉速可成倍地進步風機壽命，風機的使用維護用度自然就降低了。

         　　4.3. 降低噪音

         　　風機采用變頻器調速驅動，在降低風機轉速運行的同時，噪音也大幅度地降低，同時克服了由于調整風門線性度不好，調節品質差，引起共振，造成風道強烈震動的缺陷，運行工況得到明顯改善。

         　　由上述可知，采用變頻調速的方式可進步電機的使用效率，綜合利用能源，減小損耗,給企業帶來可觀的經濟效益。

         5、結束語

         　　通過運行實踐證實，深圳市科陸變頻器有限公司生產的CL2700系列高壓變頻器是穩定可靠的，達到了預期的節能目的。隨著科技的進步，國產變頻器的技術已經非常成熟，已經逐步替換各種進口產品，特別是高壓變頻器，可靠性和性價比都比進口產品具有明顯上風，為我國的節能降耗做出了突出的貢獻。