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洗煤厂渣浆泵变频控制系统方案

洗煤厂渣浆泵变频控制系统方案

2008/2/18 9:55:00
摘要:交流变频调速技术是集电子、自动控制、微电子、电机学等技术为一体的先进产品。随着科技的发展,变频器技术的成熟,以及其优异的调速性能、显著的节能效果,已广泛应用于各行各业,是电气传动的发展方向。一个大型建筑中用于泵类和风机类的电机是主要负荷,其中多数是适合于采用调速运行的。传统作法是风机、泵类采用交流电动机恒速传动,靠调节风闸和阀门的开度来调节流量,这种调节的方法是以增加管网的损耗,耗用大量的能源为代价的。如果改用调节电机转速的办法来调节流量,就从根本上克服了电能的浪费。随着电力电子技术的飞速发展,变频调速技术已日臻完善。它不仅仅可以大幅度节能,而且在改善机械性能、实现完善的自动控制、环境保护等多方面都有显著的效果。特别是对风机、水泵的节能改造目前已在工业领域中广泛推广,其平均节电30%以上。由于空调系统主要设备是风机和水泵,所以节能最佳方法就是采用变频器。 一、 变频器节能原理 以往风机、水泵的风(流)量是通过挡板(阀门)来调节,大量的能量被挡板和阀门白白浪费。据统计,目前使用的风机、水泵大约有25-60%的能量是无谓消耗。根据风机水泵原理我们知道风机、水泵的能量与转速一次方成正比,压力与转速二次方成正比,轴功率与转速三次方成正比,即 Q2/Q1=n2/n1 (1) H2/H1=(n2/n1)2 (2) P2/P1=(n2/n1)3 (3) 图一中,曲线①、③为水泵在不同阻力下的特性曲线。曲线②、④为工频、变频状态下的流量与压力关系曲线。水泵工作在A点时,轴功率P1等于Q1、H1的乘积,即与图中面积AQ10H1A成正比。若要将流量从Q1降到Q2时,如用闸阀调节,则工作点由A移到B,流量下降,压力上升,轴功率减少不多;若采用变频调速,则工作点由A移动到C,在满足同样流量Q2的情况下,压力也下降,轴功率大大降低。假设电机的运行频率由工频下调到45Hz,则 节电率=(电机工频功率-电机变频功率)/电机工频功率 =(W工频 – W变频)/W工频=1 -(45/50)3 =27%
图一 二、设备基本情况与改造方案 洗煤厂有185KW渣浆泵两台,采用软起动器起动,长期处于高速运行状态,电流280A,能耗很大。因不能调节速度,渣浆水一直从沉降池往外溢出,从回流管道逆流到渣浆泵进口处的储液池,使渣浆泵长期低效率工作,造成大量能源浪费(见附图1),为响应国家节约型社会号召以及省发改委3515节能文件要求,决定进行节能改造,具体改造方案如下: 保留原有的软起动装置,和变频器一起控制电机,软启动作为工频旁路备份使用。当变频器有故障时,改为软启动运行。 安装方式采用一台变频器带一台渣浆泵的方式。具体改造办法为:关闭回流阀,采用水位闭环控制方式,在池内壁上安装液位传感器,利用变频器的PID调节功能,当水位到达时,变频器频率下降,渣浆泵以低速运转,水位越高,转速越低;水位越低,转速越高。同时将水位信号传送给控制柜,使操作人员能适时了解液位状况。通过此控制保持渣浆池内的循环基本不变。
附图1 三、变频控制原理图
电机在空载或轻载运行时,通过检测负载电流,在原有的特性曲线基 础上减小输出电压,达到节能的目的 四、变频器的性能   现在有很多企业已经采用新型的大功率变频调速装置拖动水泵,取得了良好的应用效果。我公司选用的变频器为美国EMERSON公司产品,该产品具有以下优点: a.电路板采用三层防护处理,具有防尘,抗潮,抗干扰等功效,针对我们选煤厂的恶劣工作环境(高煤尘、高潮湿度,强干扰),同时采用先进的电路结构设计,减少了输出侧的电流谐波,提高了功率因数,解决了对电网的谐波污染,无需任何滤波或功率因数的补偿。 b.电动机实现了真正的软启动、软停止,变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流,峰值电流和峰值时间大为减少,可消除对电网和负载的冲击,避免产生操作过电压而损伤电机绝缘,延长了电动机和风机、水泵的使用寿命。同时,变频器设置共振点跳转频率,避免了风机、水泵处于共振点运行的可能性,使风机、水泵工作平稳,轴承磨损减少,启动平滑,消除了机械的冲击力,提高了设备的使用寿命。 c.变频器自身保护功能完善,同原来继电保护比较,保护功能更多,更灵敏,瞬间过流保护(超过200%额定电流峰值)10μs,动作有效过流保护(150%额定电流)3s动作,过载保护(120%额定电流)1min动作,大大加强了对电动机的保护。 d.调速工段内的设备调节和优化控制由DCS完成,与集控系统完美结合,通过RS485和RS232接口与集控系统通讯,并通过集控系统实时监控介质泵工作情况。DCS负责采集模拟量、开关量等信号,变频器输出的模拟量、开关量信号全部进入DCS系统,形成闭环控制,同时实现相关辅机联锁功能等。 e.采用变频调节,实现了挡板、阀门全开,减少了挡板、阀门节流损失,且能均匀调速,满足调峰需要,节约了大量的电能,具有显著的节电效果。 f.整机的运行噪音改善明显:采用液力耦合器时,无论低速高速,由于电机均处于工频运行,整机的噪音明显,达到90dB左右,但是进行变频改造后,整机的运行频率下降至40Hz左右,电机的运行噪音明显下降,低于80dB,在低速运行时基本上听不到噪音,达到65dB以下,大大改善了现场的噪音污染。 g.由于电机降低速度运行以及工作在高效率区,电机的温升和轴承温升下降明显:电机温升由采用液力耦合器时的59℃下降至44℃,电机的前后轴承的温度都有相应的下降,延长了风机系统的使用寿命。 h.低负荷下转速降低,减少了机械部分的磨损和振动,延长了风机大修周期,可节省大量的检修费用。 i.日常维护保养工作量和费用下降:采用液力耦合器估计每年的维护费用在2万元左右,采用变频器后,这项费用下降为数千元左右。 j.调速范围:采用液力耦合器调速范围具有相当大的限制,采用变频器后,实现智能调速,系统调频范围0~50Hz,大大地增强了工艺调节能力。 五、节能分析 1、 按平均运行40-45HZ,电流由280A降到240A以下,节电按20%计算,每年节省功率为: P=1.732*U*I*30%*20*30*12 P=1.732*0.38*280*30%*20*30*12=398055 每年节约电费按每度电0.6元计算约节电238833元,一年内收回投资,同时保护水泵,减少维修量,提高了生产效率。 六、 变频其他好处 1、能对渣浆泵实现软启动和软停止。 2、延长渣浆泵寿命。因转速下降,水泵磨损减小。 3、保护功能强大。变频器提供过载、过电流、过电压、缺相等保护功能。 七、结束语 交流变频调速技术是集电子、自动控制、微电子、电机学等技术为一体的先进产品。随着科技的发展,变频器技术的成熟,以及其优异的调速性能、显著的节能效果,已广泛应用于各行各业,是电气传动的发展方向。变频器不仅具有对电网冲击小,而且节能,是未来电气行业对电动机传动的首选调速设备。 参考文献: (1) 艾默生EV2000使用说明书 (2) 艾默生EC10小型系列PLC
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