山宇變頻器在化工風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造應(yīng)用
一、方案說明
目前化肥廠共有四臺加壓風(fēng)機(jī)，其中兩臺大風(fēng)機(jī)功率為280KW，另外兩臺風(fēng)機(jī)功率分別為為240KW、155KW，一般情況下為一臺280KW和240KW工作（電流分別是490A、405A），利用主管的回路閥開度進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)節(jié)，以滿足后段壓縮工段的需要。這就造成系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時需要人工頻繁調(diào)節(jié)回路閥以穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，而且長期有一部分電能消耗在回路閥上。
本系統(tǒng)可根據(jù)具體需要做成一拖二、一拖三兩種方式，一拖三方式相比較而言安全性更高，在控制上也更靈活，可在兩臺電機(jī)均出現(xiàn)問題時仍然能夠保證變頻控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，將系統(tǒng)的風(fēng)險性降至最低。如考慮成本及系統(tǒng)安全性已能滿足要求，也可采用一拖二的控制方案。
在變頻器的選型上，因為加壓風(fēng)機(jī)屬于整個生產(chǎn)線上非常重要的環(huán)節(jié)，而且羅茨風(fēng)機(jī)較離心風(fēng)機(jī)而言屬于重型負(fù)載，在啟動力矩及負(fù)荷變化時變頻器要求更高，所以我們在本方案中使用了通用性變頻器，通用性變頻器在IGBT逆變模塊、整流元件、儲能元件上都較同功率的風(fēng)機(jī)水泵型變頻器放大了一檔，可以更有效地保證變頻器的穩(wěn)定性、可靠性及使用壽命。
針對工藝現(xiàn)狀，本變頻控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式，回路閥全關(guān)，通過壓力傳感器采集出口風(fēng)壓至變頻器，通過變頻器的PID回路調(diào)節(jié)，調(diào)整輸出到電機(jī)的電壓、頻率參數(shù)，從而調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到出口風(fēng)壓恒定的目的。這樣既在系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時可以自動地穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，而且消耗在回路閥門上的電能也能夠有效地節(jié)約.
二、控制電路
1、可方便地在操作間進(jìn)行變頻器的啟停和速度調(diào)節(jié)；
2、可實現(xiàn)變頻到工頻的無擾切換，以滿足系統(tǒng)對安全性的需要；
3、當(dāng)280KW變頻電機(jī)或240KW工頻電機(jī)出現(xiàn)故障時，此時由變頻器切換到另外一臺280KW電機(jī)，原280KW或240KW電機(jī)工頻運(yùn)行，避免了因變頻電機(jī)故障而影響變頻閉環(huán)控制的情況。
4、變頻器或電機(jī)故障時，可聲光報警，便于及時排故；
5、壓力目標(biāo)值可根據(jù)工藝上的需要隨時指定，操作簡單方便。
6、可在操作間實時觀察變頻器和設(shè)備的輸入電流及電壓，便于了解電機(jī)及設(shè)備工作狀況。
三、效益分析
1、節(jié)電降耗效果明顯。根據(jù)風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性，功率與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時，電機(jī)功率迅速下降，通常風(fēng)機(jī)的平均節(jié)電率都在20%以上。目前滬州天力化肥廠加壓機(jī)每月做功為380V×（490＋405）A×0.89÷1000×24小時×30天×1.732＝217936度），回路閥開度約1/3，節(jié)能保守估計約20%，則每月節(jié)電43587度，按電電費(fèi)均價0.35計算，則每月可節(jié)省15255.00元，一年按工作10個月計算，則全年可節(jié)省152550.00元。
2、增加了工藝參數(shù)的穩(wěn)定性，降低了物料的消耗，可以有效地提高生產(chǎn)效率，降低單位成本。
3、通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（電機(jī)從0Hz開始啟動），電機(jī)可以軟啟動，實現(xiàn)恒壓供風(fēng)，可降低啟動電流，提高電氣保護(hù)質(zhì)量，從而提高了起動轉(zhuǎn)矩，因此，對電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊下降，啟動壓降減小，對電網(wǎng)的容量要求降低，變頻器能快速檢測和保護(hù)，它的保護(hù)功能齊全，保護(hù)的反應(yīng)速度和精度均比常規(guī)電氣保護(hù)大為提高，對電動機(jī)的保護(hù)更為完善，有利于電機(jī)的安全運(yùn)行。
4、解決了出口壓力升高時的憋壓現(xiàn)象，機(jī)械磨損減小，降低了設(shè)備損耗，電機(jī)、風(fēng)機(jī)等機(jī)械磨損減小，可有效地延長設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備維護(hù)及采購成本。
5、控制方式為閉環(huán)自控，提高了生產(chǎn)上的自動化程度，消除了人工調(diào)節(jié)時的誤差。反應(yīng)速度快、精度高、控制方便：變頻器的機(jī)械特性硬，調(diào)速性能好，可滿足嚴(yán)格的工藝要求，控制質(zhì)量高。
目前化肥廠共有四臺加壓風(fēng)機(jī)，其中兩臺大風(fēng)機(jī)功率為280KW，另外兩臺風(fēng)機(jī)功率分別為為240KW、155KW，一般情況下為一臺280KW和240KW工作（電流分別是490A、405A），利用主管的回路閥開度進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)節(jié)，以滿足后段壓縮工段的需要。這就造成系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時需要人工頻繁調(diào)節(jié)回路閥以穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，而且長期有一部分電能消耗在回路閥上。
本系統(tǒng)可根據(jù)具體需要做成一拖二、一拖三兩種方式，一拖三方式相比較而言安全性更高，在控制上也更靈活，可在兩臺電機(jī)均出現(xiàn)問題時仍然能夠保證變頻控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，將系統(tǒng)的風(fēng)險性降至最低。如考慮成本及系統(tǒng)安全性已能滿足要求，也可采用一拖二的控制方案。
在變頻器的選型上，因為加壓風(fēng)機(jī)屬于整個生產(chǎn)線上非常重要的環(huán)節(jié)，而且羅茨風(fēng)機(jī)較離心風(fēng)機(jī)而言屬于重型負(fù)載，在啟動力矩及負(fù)荷變化時變頻器要求更高，所以我們在本方案中使用了通用性變頻器，通用性變頻器在IGBT逆變模塊、整流元件、儲能元件上都較同功率的風(fēng)機(jī)水泵型變頻器放大了一檔，可以更有效地保證變頻器的穩(wěn)定性、可靠性及使用壽命。
針對工藝現(xiàn)狀，本變頻控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式，回路閥全關(guān)，通過壓力傳感器采集出口風(fēng)壓至變頻器，通過變頻器的PID回路調(diào)節(jié)，調(diào)整輸出到電機(jī)的電壓、頻率參數(shù)，從而調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到出口風(fēng)壓恒定的目的。這樣既在系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時可以自動地穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，而且消耗在回路閥門上的電能也能夠有效地節(jié)約.
二、控制電路
1、可方便地在操作間進(jìn)行變頻器的啟停和速度調(diào)節(jié)；
2、可實現(xiàn)變頻到工頻的無擾切換，以滿足系統(tǒng)對安全性的需要；
3、當(dāng)280KW變頻電機(jī)或240KW工頻電機(jī)出現(xiàn)故障時，此時由變頻器切換到另外一臺280KW電機(jī)，原280KW或240KW電機(jī)工頻運(yùn)行，避免了因變頻電機(jī)故障而影響變頻閉環(huán)控制的情況。
4、變頻器或電機(jī)故障時，可聲光報警，便于及時排故；
5、壓力目標(biāo)值可根據(jù)工藝上的需要隨時指定，操作簡單方便。
6、可在操作間實時觀察變頻器和設(shè)備的輸入電流及電壓，便于了解電機(jī)及設(shè)備工作狀況。
三、效益分析
1、節(jié)電降耗效果明顯。根據(jù)風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性，功率與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時，電機(jī)功率迅速下降，通常風(fēng)機(jī)的平均節(jié)電率都在20%以上。目前滬州天力化肥廠加壓機(jī)每月做功為380V×（490＋405）A×0.89÷1000×24小時×30天×1.732＝217936度），回路閥開度約1/3，節(jié)能保守估計約20%，則每月節(jié)電43587度，按電電費(fèi)均價0.35計算，則每月可節(jié)省15255.00元，一年按工作10個月計算，則全年可節(jié)省152550.00元。
2、增加了工藝參數(shù)的穩(wěn)定性，降低了物料的消耗，可以有效地提高生產(chǎn)效率，降低單位成本。
3、通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（電機(jī)從0Hz開始啟動），電機(jī)可以軟啟動，實現(xiàn)恒壓供風(fēng)，可降低啟動電流，提高電氣保護(hù)質(zhì)量，從而提高了起動轉(zhuǎn)矩，因此，對電機(jī)和電網(wǎng)的沖擊下降，啟動壓降減小，對電網(wǎng)的容量要求降低，變頻器能快速檢測和保護(hù)，它的保護(hù)功能齊全，保護(hù)的反應(yīng)速度和精度均比常規(guī)電氣保護(hù)大為提高，對電動機(jī)的保護(hù)更為完善，有利于電機(jī)的安全運(yùn)行。
4、解決了出口壓力升高時的憋壓現(xiàn)象，機(jī)械磨損減小，降低了設(shè)備損耗，電機(jī)、風(fēng)機(jī)等機(jī)械磨損減小，可有效地延長設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備維護(hù)及采購成本。
5、控制方式為閉環(huán)自控，提高了生產(chǎn)上的自動化程度，消除了人工調(diào)節(jié)時的誤差。反應(yīng)速度快、精度高、控制方便：變頻器的機(jī)械特性硬，調(diào)速性能好，可滿足嚴(yán)格的工藝要求，控制質(zhì)量高。
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