工厂通风_高压变频器在活化石灰回转窑引风机应用工业自动化德力

         一：改造原理

             由流体传输设备水泵和风机的工作原理可知：水泵和风机的流量与其转速成正比；水泵和风机的压力（扬程）与其转速的平方成正比，而水泵和风机的轴功率即是流量与压力的乘积，故水泵和风机的轴功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）根据上述原理可知：降低水泵和风机的转速，那么其功率可以下降得更多。例如:将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=（45/50）3=0.729，即P45=0.729P50（P为电机轴功率）；将供电频率由50Hz降为40Hz，则P40/P50=（40/50）3=0.512，即P40=0.512P50（P为电机轴功率）。

             水泵和风机消耗功率与转速的三次方成正比。即N=KN3 N：为水泵和风机消耗功率；n：为水泵和风机运行时的转速；K为比例系数。而水泵和风机设计是按工频运行时设计的，但除高速外，大部分时间流量较小，由于采用了变频技术及微机技术有微机控制，因此可以使水泵和风机运行的转速随流量的变化而变化，终极达到节能的目的。实践证实，使用变频设备可使水泵和风机运行均匀转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗，节能率可达20%-40%。

             因水泵和风机属于典型的平方转矩负载类型，所以其功率（轴功率），转矩（压力），转速满足以下关系（相似定理）：

             P电=P轴=QH
    Q’/Q=N’/N   则Q’=QN’/N
    P’/P=（N’/N）3   则P’=P（N’/N）3
    异步电机的转速公式 n=60f（1-s）/p
    式中：N、Q、H、P??水泵和风机的额定转速，流量，轴功率
          N’、Q’、H’、P’??调速后水泵和风机的额定转速，流量，轴功率

             在一定范围满足生产要求的条件下，可以通过改变转速来灵活的调节水压和流量，以方便均匀的冲洗工件，并且不改变工作周期。这种特性表明，调节水泵和风机转速，改变电动机出力，使之始终满足工艺要求。

             综上所述：利用变频技术改变电机转速来调节流量和速度的变化用来取代传统工频电路的控制，能取得明显的节能效果

         二：现场工况和改造方案
     现场为其中为一套清洗工件和烘干系统。清洗工作原理是：工件通过链条输送，以一定的速度进进箱体进口，箱体两侧布满管道喷射龙头，喷头在水泵的作用下，以一定的压力和流量来清洗工件。工件不断的向前推进，经过近百米的清洗管道，终极清洗干净达到产品要求，再从箱体出口处送进烘干系统。烘干系统为风机，通过风机流量的作用下来烘干工件，送进下一工作流程。

        ,车间负压通风降温设计;     整个系统中有11台清洗用水泵电机和12台风机电机。由工艺要求可知，每一清洗阶段和工件的不同所需清洗压力和热风骚量也不尽相同，先前水泵和风机系统的流量与压力是靠阀门和旁通调节来完成，又由于此系统为开环循环水系统，因此，不可避免地存在较大截流损失和大流量现象，不仅大量浪费电能，而且还造成清洗效果不佳的情况。为了解决这些题目，通过调节变频器转速，使水泵和风机随着负载的变化调节水流量并封闭旁通，能使节能效果达到20%。

             再因水泵和风机采用工频起动方式，电机的起动电流均为其额定电流的3～4倍，在大的电流冲击下，，会影响电网的稳定及其它设备的运行安全用电，也使接触器、电机的使用寿命大大下降，同时，起动时的机械冲击和停泵时水垂现象，轻易对机械散件、轴承、阀门、管道等造成破坏，从而增加维修工作量和备品、备件用度。

             采用德力西CDI9000通用型系列变频器

             该产品的主要特点有：
    1．空间电压矢量控制技术。
    2. 转矩自动提升功能，低频大转矩输出。
    3. 载波频率可调，静音运行,负压风机工程。
    4. 控制方式多样化，通用性强，多段速和程序运行功能。
    5. 内置刹车单元，快速停车。
    6. 内置PID调节功能，闭环控制简单。
    7. 内置RS-485接口，可计算机联网控制，也可以与DCS组成闭环控制系统。
    8. 具有时间累计功能，可以显示单次通电运行时间，累计运行时间。
    9. 32位电机控制专用微处理器，频率解析度高达0.01HZ。

             根据现场工况分析，需每台电机加装一台变频器，通过调节变频器面板上的旋钮来控制电机转速，输出工艺所需要的流量和压力，进步产品质量，达到节能效果。 
 
三：系统改造后的性能：

         （1）关掉旁路阀们，采用变频器控制，在满足使用要求的条件下达到了最大限度的节能（20%）。下图绘出了阀门控制调节和变频调速控制两种状态的水泵和风机功率消耗??流量关系曲线。

             对于水泵和风机来说，流量Q与转速N成正比，扬程H与转速N的二次方成正比，而轴功率与P与转速N的三次方成正比，下表列出了它们之间的关系变化：  

             从上表中可见用变频调速的方法来减少水泵和风机流量进行节能改造的经济效益是十分明显的，当所需流量减少，水泵和风机转速降低时，其电动机的所需功率按转速的三次方下降；

             当水泵和风机转速下降到额定转速的10%即F=45Hz时，其电动机轴功率下降了27.1%，水泵和风机节电率为27.1％；
    当水泵和风机转速下降到额定转速的20%即F=40Hz时，其电动机轴功率下降了48.8%，水泵和风机节电率为48.8％；
    当水泵和风机转速下降到额定转速的30%即F=35Hz时，其电动机轴功率下降了65.7%，水泵和风机节电率为65.7％；
    当水泵和风机转速下降到额定转速的60%即F=30Hz时，其电动机轴功率下降了78.4%，水泵和风机节电率为78.4% ；

             水泵和风机节电率的计算：
    计算公式：冷冻和冷却水泵和风机节电率=[1－（变频器运行频率÷50Hz）3]×100% 
例如：水泵和风机转速降低10％，即变频器运行频率＝45Hz
         水泵和风机节电率＝[1－（45Hz÷50Hz）3]×100%＝27.1％
      整个系统总功率为141.5KW，如天天工作8小时，电费按每度0.70元计算，负载系数为0.75，那么每年的可节约电费支出：
       141.5×8×365×0.7×0.75×27.1％=58785元

         　　（2）由于降速运行和软启运，减少了振动、噪音和磨损，延长了设备维修周期和使用寿命，进步了设备的MTBF（均匀故障维修时间）值，并减少了对电网冲击,车间降温水帘，进步了系统的可靠性。
　　（3）系统具有各种保护措施，使系统的运转率和安全可靠性大大进步。     

              德力西变频器公司除为用户提供高质量的产品外，并且提供相关系统集成、安装指导、调试和售后服务。我们的产品已经在全国各行各业有普遍的应用，下面是我公司产品在相关行业的业绩：

             1：浙江传化团体涂料有限公司
    2：杭州富阳造纸产业园国佳纸业、华胜纸业、东大纸业。。。。。。。
    3：嘉兴嘉善化工有限公司
    4：杭州华洋化工有限公司
    5：江苏明光化工有限公司
    6：山东莱芜华冠塑料机械

         关键词：高压变频器 除尘风机 节能改造 技术方案

         1、概 述

         　　唐山某特种钢有限公司炼钢厂原有50t氧气顶吹转炉三座，转炉在吹炼过程中，炉口会排出大量棕红色的烟气，烟气温度高，且含有易燃气体和金属颗粒;按照我国1996年颁布的《大气污染物综合排放标准》（GB16297一1996）的规定：对烟气必须进行冷却、净化处理后，由引风机将其排至烟囱放散或输送到煤气回收系统中备用。因此，每座转炉必须配置一套除尘系统：一共有四台除尘风机，采取三用一备的运行方式。风机电动机功率为1000kW，供电电压为10kV。由于转炉周期性中断吹氧，为满足节能和环保要求，要求风机在整个炼钢工作周期内变速运行：吹氧时高速运行，不吹氧时低速运行。最初设计采用风门挡板调节风量，电动机采用水电阻启动;经过一段时间的运行，发现采用风门挡板调节风量存在着非常大的局限性，主要表现在：

         　　a） 风门挡板须人工调节，使用不便;通常不论工况如何，风门一直不变，造成巨大浪费;

         　　b） 风门挡板调节风量是把风量消耗在挡风板上，造成挡风板前后压差大，风门易磨损;

         　　c） 风机、电机全速运行，震动大、噪声大、损耗大，轴承磨损严重;

         　　d） 调节精度低、线性度差，响应速度慢;

         　　e） 电动机启动电流大，影响电网稳定。

         　　鉴于存在上述众多题目，炼钢厂决定对三座转炉的除尘系统分别进行改造，采用深圳市科陆变频器有限公司生产的CL2700系列高压变频器通过电动机调速来调节转炉除尘风机的风量。

         2、电动机基本参数及变频器设置的参数

         3、高压变频器技术要求及改造方案

         　　3.1. 除尘风机是除尘净化系统的动力中枢，一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产、造成巨大的经济损失，还有可能威胁到现场生产职员的人身安全;另外，调速系统工作的环境比较恶劣，转炉又是周期性中断吹氧，所以，为除尘风机配套的高压变频调速系统，要求具有极高的可靠性。基于以上工作特点，对变频调速系统的主要要求如下：

         　　a） 要求变频用具有高可靠性，长期运行无故障;

         　　b） 调速范围要大，效率要高;

         　　c） 具有逻辑控制能力，可以自动按照吹氧周期升降速;

         　　d） 有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，保证风机不喘震。

         　　3.2. 经过多方调研、比较，最后决定采用深圳市科陆变频器公司生产的CL2700系列高压变频器，通过双方技术职员的合作，共同制定了1#转炉除尘风机的变频改造方案，改造方案如下：

         　　a） 拆除水阻启动柜，电动机中性点直接短接;

         　　b） 在控制室增加一台操纵柜，可实现远程、本地控制以及电流、转速、频率的监视;

         　　c） 设立高速、低速两档速度控制;

         　　d） 当除尘风机运行时，功率单元故障只报警不停机。

         　　3.3. 系统与远程控制箱接口图、功能表：

图1 系统与远程控制箱接口图、功能表

         4、经济效益及附加值

         　　运行参数比较

         　　4.1. 减少电机启动时的电流冲击

         　　电机采用水电阻启动时的最大启动电流达到额定电流的2.5～4倍。经过变频改造后，观察变频器启动的负荷曲线，发现它启动时基本没有冲击，电流从零开始，仅是随着转速增加而上升，无论如何都不会超过额定电流的1.2倍。因此风机变频运行解决了电机启动时的大电流冲击题目，消除了大启动电流对电机、传动系统和主机的冲击应力，大大降低日常的维护保养用度。

         　　4.2. 延长设备使用寿命

         　　使用变频器可使电机转速变化沿风机的加减速特性曲线变化，没有应力负载作用于轴承上，延长了轴承的寿命。同时有关数据说明，机械寿命与转速的倒数成正比，降低风机转速可成倍地进步风机寿命，风机的使用维护用度自然就降低了。

         　　4.3. 降低噪音

         　　风机采用变频器调速驱动，在降低风机转速运行的同时，噪音也大幅度地降低，同时克服了由于调整风门线性度不好，调节品质差，引起共振，造成风道强烈震动的缺陷，运行工况得到明显改善。

         　　由上述可知，采用变频调速的方式可进步电机的使用效率，综合利用能源，减小损耗,给企业带来可观的经济效益。

         5、结束语

         　　通过运行实践证实，深圳市科陆变频器有限公司生产的CL2700系列高压变频器是稳定可靠的，达到了预期的节能目的。随着科技的进步，国产变频器的技术已经非常成熟，已经逐步替换各种进口产品，特别是高压变频器，可靠性和性价比都比进口产品具有明显上风，为我国的节能降耗做出了突出的贡献。