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厂房降温风机变频调速装置在煤气鼓风机系统中的应用蓄能空调工程
叙词：可遍程序控制器变频调速节能鼓风工程
1引言
在电气拖动设备的运行过程中，经常遇到这样的问题，即拖动设备的负荷变化较大，而动力源电机的转速却不变，也就是说输出功率的变化不能随负荷的变化而变化。在实际中这种“大马拉小车”的现象较为普遍，浪费能源。在许多生产过程中采用变频调速实现电动机的变速运行，不仅可以满足生产的需要，而且还能降低电能消耗，延长设备的使用寿命。这里介绍的煤气鼓风机工程采用变频调，并应用PLC构成风压闭环自动控工程，实现了电机负荷的变化变速运行自动调节风量，即满足了生产需要，又达到了节能降耗的目的。
2工况分析
鼓风机工程构成如下。
（1）风机型号：9-26，风量：8588~10735m3/h，风压：10020~9630Pa。
（2）电机型号：Y225M-2，功率：45kW，电压：380V，电流：83.9A，频率：50Hz，功率因数：0.89，效率：2970r/min。
鼓风机的特性曲线如图1所示。
@gas_1.jpg
通过对鼓风机几年来的恒速运动实际情况的记录分析，鼓风机工程运行规律如下：最大负荷时的风量为1600m3/h，电机的电流为38A，运行时间1个月；一般负荷的风量为950m3/h，电机的电流为36A，运行时间9个月；最低负荷时的风量为500m3/h，电机的电流为18A，运行时间2个月。由此可以看出，对于该鼓风机来说，最大负荷也不到额定负荷的一半，当风量下降时，用调节管道风门的方法来改变风道阻力，使功率下降不多，耗能仍很大，这由图1可以看出。
图1中曲线1为风机在恒速下调节风门时的风压-风量（H-Q）特性，曲线2为恒速下调节风门时的功率-风量（P-Q）特性，曲线3为管网风阻（R-Q）特性。假设风机在设计时工作在A点效率最高，输出风量Q1100%。此时，轴功率P1与Q1、H1的乘积面积AH1OQ1成正比（AH1OQ1为耗能），根据生产工艺要求，当风量需从Q1减少到Q2（例如50%风量）时，如采用调节风门的方法调整风量，相当于增加了管网阻力，使管网阻力特性由曲线3变到曲线4，工程由原来的工况点A变到新的工况点B运行，尽管此时风量由Q1减小到Q2，但风压反而由H1增加到H2，轴功率P2与Q2、H2的乘积面积BH2OQ2成正比，功率的减少并不多，可见耗能仍然很大。
采用电气传动调速装置来调节风机电动机的转速是实现经济地调节风量、有效节能的最佳方法。我们选用变频调速装置对原煤气鼓风机工程进行了改造，将电机恒速运行改为按负荷变化的变速运行，得到风机合适的功率输出，达到了节能降耗的目的。
3风机变频调速节能原理
交流异步电动机的转速公式为
n=60f/p(1-s)（1）
由式（1）可以看出，电源频率f与转速n成正比。即改变频率可改变电机的转速。当改变风机的转速，由额定转速n1调整到某一转速n2时，理论上风量、风压及轴功率变化的关系如下：Q2=Q1(n2/n1)，H2=H1(n2/n1)2，P2=P1(n2/n1)3。可见，风量与转速的一次方成正比，风压与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。由图1可以看出当风机转速由n1降到n2，根据风机参数的比例定律，在转速n2下的风压-风量特性如曲线5所示。可见，在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率P3（相当于面积CH3OQ2）明显减小，节省的功率损耗DP=P1-P2与面积BH2H3C成正比，节能效果十分明显。所以，采用改变风机转速的方法对风量和风压进行控制是最合理和经济的。
4工程构成
对原有煤气鼓风机加装变频调速装置，并且在鼓风机工程出口的管道上安装压力变送器，测定管道的风量变化，通过PLC对管道压力信号的变换和处理，为变频调速装置提供参变量，实现对频率的自动调整，也就是说对电机的转速进行调整，以达到根据负荷变化调整输出功率，节能降耗的目的。
经过比较，我们选用日本富士变频器FRN45P9S-4，德国西门子公司可编程序控制器S7-200，组成风压变频调速自动控制装置，对原鼓风机工程进行改造。
4.1硬件组成
工程构成框图如图2所示。
@gas_2.jpg
各部分主要功能分述如下
（1）操作台。实现工程操作控制及参数的设定与显示。
（2）可编程序控制器。选用S7-200可编程序控制器及EM235模拟量I/O模块，完成风压信号和操作信号可输入以及PLC的控制输出。
（3）变频器。选用FRN45P9S-4变频器，具有手动和自动调速功能。
（4）切换装置。由继电器、接触器，开关等组成，实现1台变频器控制3台鼓风机的切换，以及在变频器故障时鼓风机的旁路工频运行。
（5）压力变送器。选用CECY型电容器式变送器，测定管道的风量变化。
4.2软件框图
PLC软件采用梯形图语言，实现各种逻辑顺序控制，风压闭环控制等，程序框图如图3所示。
@gas_3.jpg
在软件设计中利用PLC定时中断功能完成数据采样，数字滤波，PID运算及控制输出。
5运行结果
变频调速装置安装投入运行后，风门全部打开，在压力为2200Pa，风量为600m3/h，即可满足生产要求。此时测得的工程参数如下：变频器输出频率为25Hz，电压为189V，电流为20V；电机转速为1485r/min。实际运行工况在以下几个方面有了明显改善：?噪声由80dB降为40dB左右；?风量（压力）控制自动化，降低劳动强度，故障率降低；?运行参数观测直观，可同时显示压力、频率、转速、电压、电流、转矩等运行参数；?管道阀门全部打开，节门损失大大降低。
6节约电能计算
采用变频调速前全年总耗能为1.511×105kW·h，变频调速后全年总耗能为4.53×104kW·h。采用变频调速后全年节约电能为10.58×104kW·h。
另外在投运变频调速装置后，根据运行工况测算，可延长修周期1～2年，每年可节约大修费用约2万元。
7结论
实践证明，在煤气鼓风机工程中采用变频调速运行方式，可以根据负荷的变化自动调节风机的转速，解决了“大马拉小车”的问题，为降低生产成本，延长设备使用寿命，节能降耗，减轻劳动强度，改善工作环境开创了新的途径。
摘要：蓄能空调工程的应用与电力工程的政策是密不可分的，主要原因就是蓄能工程具有巨大的社会效益。蓄能工程能够转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷差，因此可以减少新建电厂投资，提高现有发电设备和输变电设备的使用率，同时，可以减少能源使用（特别是对于火力发电）引起的环境污染，充分利用有限的不可再生资源，有利于生态平衡。
关键词：蓄能 空调工程 特点
1 社会效益
蓄能空调工程的应用与电力工程的政策是密不可分的，主要原因就是蓄能工程具有巨大的社会效益。蓄能工程能够转移电力高峰用电量，平衡电网峰谷差，因此可以减少新建电厂投资，提高现有发电设备和输变电设备的使用率，同时，可以减少能源使用（特别是对于火力发电）引起的环境污染，充分利用有限的不可再生资源，有利于生态平衡。
电网的峰谷差是现代电网的一大特点，而且随着经济发展有加剧的趋势。随着我国国民经济的不断发展，虽然国家电力部门耗用大量的财力物力建设电厂，但仍然满足不了每年用电量以5－7%增长的需要。特别是近年来随着城市化进程的不断发展，城市建筑能耗呈现加速增长的趋势。据统计，国内部分大城市的高峰用电量中空调用电就占了30%以上，这样使得电力工程峰谷差急剧增加，电网负荷率明显下降，这极大影响了发电的成本和电网的安全运行。
由于电能本身不易储存，因此通常在电用户方面考虑办法。空调用电在电网中，特别是民用电中的比例越来越大。据统计，一般写字楼空调用电占1/3多一些，而商场建筑中空调用电占50~60%，从空调用电入手解决电网峰谷差问题无疑是最有效的，而且蓄能空调包括蓄冷（冰或水）和蓄热（供暖和生活热水）等应用面相当宽，同时空调用能一般具有如下特点，也非常适合蓄能使用：首先，大多数空调与供暖工程可以间歇使用，如上班时供应、下班时关闭，使工程本身有可能利用原有设备在间歇期（夜间电力低谷期）进行能量蓄存，为第二天空调运行供能或补充。第二，空调用能多为7/12℃冷水或40/50~50/60℃热水，属于低品位能量，而电能是高品位能源，可以转化为任意低品位的能源，而且利用制冷机或热泵的工作，每使用1kW电能可以获得3~6kW的热能，电能转化利用率非常高，而且蓄存使用也比较方便。
移峰填谷和节约用电，统称为用电需求侧管理，英文缩写为DSM。美国在70年代开始用电需求侧管理工作，在三十年时间里，政府陆续出台了鼓励用电需求侧管理项目的一系列优惠政策，包括直接提供经费、提供各种低息或无息贷款、鼓励各行业投资此类项目并给予电价政策回收投资、提供购买蓄能节能设备的价格折扣等。在亚洲，泰国、菲律宾、斯里兰卡等发展中国家都开展了需求侧管理工作，也收到了巨大的社会效益和经济效益。在国外，工厂车间、办公楼、商场、医院、学校甚至居民住宅等建筑物都可以看到蓄能技术的应用，使用范围非常广阔，可以说前途光明。
我国电力行业的技术装备和管理水平经过多年的努力，已经跃上了一个新的台阶，电网建设和改造也取得了重大进展。但是，电网负荷率低、峰谷差大的特点使电力供应仍很紧张。例如华北电网的最大峰谷差别达到最大负荷的40%，而1999年电网负荷率在95%以上的只有12天，而实际每天达到最高负荷的仅持续1~2小时。国家计委、国家经贸委协同国家电力公司历经数次研究，先后出台了一系列指令性或指导性的计划下达至各地方经委和电力公司，要以经济手段推动电力“削峰填谷”的实现。目前绝大多数地方电力公司均推出了峰谷分时电价政策，特别是制订了针对蓄能空调技术推广使用的各种优惠政策，为蓄能空调的广泛推广带来了契机。
2 用户收益
蓄能工程在带来巨大的社会效益的同时，也具有良好的经济效益，如推迟或减少发电装机容量，减少环境污染治理费用，减少电网调峰次数、降低发电成本等。对用户来说，实实在在的经济效益和运行管理的优点主要体现在以下方面：
首先，利用分时电价政策，可以大幅节省运行费用。就象炒股票一样，蓄能工程的用电策略也是“高抛低吸”，即在电价高时少用或不用电，把蓄存的能量释放出来使用，而在电价低时多用电，把制得的冷或热量储存起来。一般情况下，峰谷时段的电价比可达3:1或4:1，因此每年节省的运行电费是相当可观的。
其次，可以减少制冷主机装机容量和功率达30~50%，相应地，减少冷却塔和水泵等的装机容量和功率。由于在空调负荷高峰时，可以依靠融冰来供冷，因此主机的装机制冷容量可以减少，而不必象常规空调工程那样按高峰负荷配备设备。相应地，设备满负荷运行比例增大，可充分提高设备利用率，而且设备运行效率也较高。
第三，减少一次电力初投资费用。由于制冷工程设备装机功率下降，电贴费、变压器和高低压配电柜等费用均可减少。另外，由于电力工程的优惠政策，蓄能工程可以争取到电贴费减免的额外优惠。
另外，蓄冷工程可作为应急冷源，停电时可利用自备电力启动水泵融冰供冷；蓄热工程减少了粉尘烟尘的污染，减少或免除了消防措施等。因此，蓄能工程在运行管理上具有更大的灵活性和更广的适应性。
以某地建筑面积22000m2的办公大楼为例，夏天设计日空调的尖峰负荷2616kW，空调使用时间为8:00~18:00，年使用时间为135天，冰蓄冷空调与常规电制冷空调工程的经济性分析如表1所示。
表1 冰蓄冷空调工程与常规电制冷空调工程经济分析表
序号名称 冰蓄冷空调工程 常规电制冷空调工程规格电功率(kW)价格 (万元)规格电功率 (kW)价格 (万元)1螺杆式冷水机组810kW2x1602x65870kW3x1753x702制冷辅助设备冰蓄冷专用设备441604配电设施53243 初投资费用总计 398万元 344万元 年运行电费 30.6万元 49.3万元可以看出，冰蓄冷空调工程比常规电制冷空调工程初投资增加16%，而年运行费用减少38%，初投资增加费用的投资回收周期约为3年。因此，冰蓄冷空调工程具有良好的推广意义。
3 工程设计
蓄能工程的方案设计需要依据当地电力政策、建筑物实际使用情况和蓄能设备的性能进行工程形式和设备容量的优化设计。一般情况下，商业、民用和工业建筑用空调均为非全日空调，即每天空调工程只需运行10~14小时，而且几乎都在非满负荷下工作。下图中A部分为某建筑典型设计日空调冷负荷：
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