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节能先锋--SANCH S3000变频器在水泥厂的应用

--最低的成本,创造最高的价值

供稿:SANCH-三碁(台湾)电气机构 2005/12/16 17:10:00

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节能先锋--S3000变频器在水泥厂的应用
变频器用于水泥生产过程,具有明显的节能效果,是目前最先进的节能调整设备。变频调速电气传动由于其在性能上的优异表现,性价比的不断提高,也正快速取代传统的调速方式,成为水泥行业调速控制的主流。
一、 概述
风机水泵类负载多是根据满负荷工作需求用量来选型,然而实际应用中大部分时间并非处于满负荷工作状态.由于交流电机调速很困难,常用挡风板、回流阀或开/停机时间,来调节风量或流量.同时大电机在工频状态下频繁开/停比较困难,电力冲击较大,势必造成电能损耗和开/停机时的电流冲击。采用变频器直接控制风机、泵类负载是一种最科学的控制方法,当电机在额定转速的80%运行时,理论上其消耗的功率为额定功率的(80%)2次方,即51.2%,去除机械损耗电机铜、铁损等影响。节能效率也接近40%,同时也可以实现闭环恒压控制,节能效率将进一步提高。由于变频器可实现大的电动机的软停、软起,避免了启动时的电压冲击,减少电动机故障率,延长使用寿命,同时也降低了对电网的容量要求和无功损耗。
二、交流变频调速系统的特点:
1、效率高.节约能源。在相同的情况下.交流变频驱动比一般直流传动方式能提高效率5%左右,比电机组供电的直流传动方式提高效率15%左右,比其它交流调速方式提高效率20%以上,节能效果显著。变频调速用于风机水泵的控制,甚至可节约电能50%以上。
2、S3000系列变频器具有和直流调速系统相同的调速平滑、方便、过载力矩和起动力矩大等优点。目前较先进的变频器的调速范围可达1:100,过载能力可达150%、60S。
3、所控制的交流电机容量、速度和电压等级高。可以根据需要设计出高转速、大容量的交流变频供大型交流电动机,而直流电动机因受换向条件的制约其容量和速度受到很大限制。交流电动机的电压可以达到10kV以上。
4、系统的控制精度和响应速度均优于直流传动指标和水平。
5、工/变频转换电路,保障系统的安全可靠
6、提高了运行可靠性,减少了维修工作量,降低了运行成本。
三、节能原理
罗茨风机节能
罗茨风机的风压是不受风机转速限制的,不论转速变化如何其风压可以保持不变。而风量则与风机转速成正比的,
即Q=KN
Q:表示风量 N:表示风机转速 K:为系数
从公式可知,风量调节,完全由变频器改变电机频率达到无级变速,起到调节风量的效果。根据现场应用工艺风机的最低频15HZ,通常在35HZ左右,有个别时刻50HZ满风量运行,由于立窑工艺基本是一致的,因此在不同的立窑风量调节量是基本相同的,凡立窑应用变频技术都可以获40%左右的节能效果。
罗茨鼓风机是恒转矩负载,其节电率与转速成正比即N%=△N%,虽然不比一般风机、水泵节电率更高,但因它的功率较大,而且只要炉墙不坏,是连续24小时工作的,并且开动时间亦很长。因此节电潜力大,节电费用高。
罗茨鼓风机进行技术改造后,改变了过去以调节出口(进口)阀门开度大小的方式来调节风压或风量的生产方式,劳动强度减轻,调节的及时性好,提高了产品的合格率,单耗明显下降。
立窑卸料机节能
立窑卸料机是采用18.5~30KW的滑差调速电机,转速通常控制在300-1000rpm,这是工艺上根据窑的情况,对卸料速度进行控制的。采用变频调速的方法取代滑差电机。经过多个厂家的应用结果表明,平均节能量40%左右、为什么对滑差电机进行变频改造会有如此大的节能效果呢,因为利用滑差调速方法是的一种耗能的低效调速方法,
① 滑差电机主电机轴输出功率:P0∝M0*N0
P0:表示轴输出功率; M0:表示负载转矩; N0:表示主电机转速
②滑差头输出功率:P1∝M0•N1
P1:表示输出功率; N1:表示滑差头转速;
③滑差头损耗功率:△P=P0-P1∝M0(N0-N1);
由滑差头损耗功率公式可以清楚看到,滑差电机的转速越低,浪费能源越大,然而卸料机的转速通常在400rpm左右运行,因此改用变频调速的方式会有50~60%的节能效果。
在水泥厂中除了立窑卸料机是采用滑差调速电机,还有很多设备同样是采用滑差电机,要进一步降低生产成本应全面对低效耗能的滑差电机进行变频改造,节能前景大有可为。
离心式风机水泵节能
对于离心式风机、水泵的变频调速改造同样有巨大的节能潜力。通过沸腾式锅炉高压离心式风机应用变频调速的方法调节风量,证明其节能效果在30~50%,水泵的变频改造节能效果高达70%。
离心式风机、泵类设备的流量与转速成正比Q∝N,压力与转速平方成正比H∝N2,功率与转速的立方成正比P∝N3(Q:表示流量; N:表示转速 ;H:表示压力; P:表示功率 )

由上图(左)可知,改变转速其流量线性变化的功耗则是立方关系变化,因此在调节风量或流量时如降低20%的风量或流量,功耗则会下降50%。但是必须注意,转速与压力是平方关系,当转速下降20%压力则会下降64%,因此必须要注意工艺要求压力范围不能像罗茨风机那样,不用考虑转速与风压的关系。
离心风机、泵类设备传统的风量、流量控制的,大量的能源耗在风门或截流阀的阻力上,风门或截流阀控制流量的功耗与流量关系:P=P0+K•Q; Q:表示流量; K:为系数; P:表示功耗; P0:表示基本功率。
由上图(右)比较风门或截流阀控制与变频调速调节,可以看到在流量变化范围,采用变频调速的方法具有很大的节能潜力,因此在水泥厂的供水泵或其它离心风机上进行变频改造同样会取得很大的节能效果。
系统特点
变频节能技术在水泥厂应用后不但节省了电费支出(节电率可达30%-50%),提高了产品质量,也提高了使用上的灵活性,对不同工艺性要求适应性更强。
避免电机启动时的大电流冲击和电网电压降低,可明显减少风机叶轮、机壳及轴承的磨损,延长检修换件周期和设备使用寿命,节约维修费。
四、改造方案
根据技术要求,本方案采用变频调速技术,把挡风门开到最大
根据生产需要工人可随时可以在现场或在电气控制室控制,只需调
电位器即可调节风机转速。系统可随时随意改变引风、鼓风量,以
适应的变化,保持风机的正常经济运行,达到稳定控制、方便操作
节约能源的目的

五、节能效果计算
风机配用45kw电机,实际工作为一台风机,如风门开启度为20%来计算,利用变频器可以使得风机的运行频率设置在35Hz,全天24小时工作, 设原来电机全速供风量为Qn空载损耗为0.1(Y0≈cosnt)。每天总供风量则全速Pp=(45-45×0.1)kw=40.5kw,现更改变频器后平均转速为30HZ左右,根据风压与转速n的平方成正比。
变频时只需功率: P/40.5=352/502 ;所以P=19.845KW
节约的功率:Pj=(40.5-19.845)kw*80%(实际效率)=20.655 kw *80%=16.524KW
如果电费按0.6元/kw小时计算,每月节约的电费:
16.524kw×24h×30×0.6元/kwh=7138.5元
六、结束语
利用变频器调速是目前最佳的调速方式.传统的调速、流量控制方式存在着效率低、质量差、消耗大、故障率高等弱点。利用变频器调速来改造落后的传统调速方式,能明显提高用电效率,同时有利于提高水泥生产过程的自动化水平,提高设备运转率,降低工人劳动,从而有利于提高水泥企业竞争力。随着变频技术的不断提高和水泥从业人员对其认识的不断加深,变频技术必将在水泥生产过程中有关更广阔的应用前景。
SANCH机构将为你提供最佳的电机节能方案



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