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變頻調(diào)速技術(shù)在水廠的實(shí)際應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2018-08-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1 概述

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201808/387828.htm

中國石化上海石油化工股份有限公司是一個(gè)大型石油化工企業(yè),也是一個(gè)用水大戶。為滿足前方設(shè)備大量的用水需求,其下屬水廠配備的水泵都在幾百kW以上,這些水泵的裝機(jī)容量是按最大負(fù)荷和所需揚(yáng)程來設(shè)計(jì)的。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中,不同時(shí)段出水流量變化迥異,大多數(shù)時(shí)間水泵處于不飽和流量狀態(tài),所以需頻繁地調(diào)整水泵的出水流量來維持出廠水壓力,以達(dá)到供、用水的平衡。

傳統(tǒng)方式下,主要是通過調(diào)整出水閥門的開啟度來調(diào)整水泵出水流量,以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的目的,從而造成大量電能的損耗。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展,及變頻器在大型機(jī)泵上的成功應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)的良好節(jié)能效果,變頻器在機(jī)泵上的應(yīng)用逐步得到推廣。

2 調(diào)速節(jié)能原理

采用閥門節(jié)流法、變頻調(diào)速法調(diào)整水泵的出水流量,水泵工作特性會(huì)有所不同,其工作性能曲線如圖1 所示。

在圖1 中,R1,R2分別表示不同阻力下的管阻特性曲線,N1,N2分別表示不同轉(zhuǎn)速下的揚(yáng)程特性曲線,管阻特性曲線與揚(yáng)程特性曲線的交點(diǎn)就是水泵的工作點(diǎn)。假設(shè)目前水泵在A 點(diǎn)工作,要求出水流量從q圓減小到q1,采用閥門節(jié)流法就需調(diào)小閥門開度,此時(shí)管路阻力增大,而水泵轉(zhuǎn)速維持不變,管阻特性曲線由R1轉(zhuǎn)變?yōu)镽2,揚(yáng)程從h0 上升到h1,水泵的工作點(diǎn)從A 點(diǎn)移到了B 點(diǎn);采用變頻調(diào)速法就需調(diào)低水泵轉(zhuǎn)速,此時(shí)管路阻力不變,揚(yáng)程特性曲線由N1 轉(zhuǎn)變?yōu)镹2,揚(yáng)程從h0 下降到h2,水泵的工作點(diǎn)從A 點(diǎn)移到了C 點(diǎn)。

很明顯,同樣是將出水流量從q圓減小到q1,采用閥門節(jié)流法要比變頻調(diào)速法多消耗h1原h(huán)2 壓差的能量,而這部分能量是無效的,因此采用變頻器調(diào)速法實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果要好于閥門節(jié)流法。

另外,按照流體機(jī)械相似定律,水泵的流量q、揚(yáng)程(壓力)h、軸P與轉(zhuǎn)速n 遵循比例定律,即q1/q2=n1/n2,h1/h2=(n1/n2)2,P1/P2=(n1/n2)3。由比例定律可知,當(dāng)出水需求流量下降時(shí),采用變頻調(diào)速法只要相應(yīng)地調(diào)低水泵的轉(zhuǎn)速,就可成倍地減少水泵的軸需求,采用閥門節(jié)流法水泵的軸功率需求始終維持不變,同樣證明了采用變頻器調(diào)速法實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果要好于閥門節(jié)流法。

3 應(yīng)用實(shí)例

2008 年我廠在低硅水車間802# 機(jī)泵上選用了安川公司CIMR-MV1SDC630 高壓變頻器,以此為例,分析變頻調(diào)速的實(shí)際運(yùn)行效果。802#機(jī)泵基本參數(shù)如表1所列。

為了便于分析802# 變頻機(jī)泵的節(jié)電效果,抽取低硅水車間802# 變頻機(jī)泵改造前、后水泵在不同出水量狀態(tài)下的電單耗對比如表2 所列。

根據(jù)表2所列數(shù)據(jù)計(jì)算,低硅水802#變頻機(jī)泵改造前平均電單耗為255.97 kW·h/kt,改造后平均電單耗為175.91 kW·h/kt。因此,802#變頻機(jī)泵改造后與改造前相比,每1 kt 出水可節(jié)電80.06 kW·h,相對節(jié)電率為31.3%。

802#機(jī)泵的年出水量約為15 Mt。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,每1 kt 出水可節(jié)電80.06 kW·h,則802#機(jī)泵全年節(jié)約電量為1 200.9 MW·h,以每kW·h電費(fèi)0.58 元計(jì)算,則每年可節(jié)約電費(fèi)69.65 萬元。

當(dāng)初將802# 變頻泵改造投資約160 萬元,設(shè)備一次性投資在2年多內(nèi)全部收回。

4 采用變頻調(diào)速的其他特點(diǎn)

4.1 提高功率因數(shù)節(jié)能

安川變頻器采用阻容濾波,相當(dāng)于在電機(jī)與電網(wǎng)之間加入了一級(jí)容性隔離。變頻器中的濾波電容與電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無功能量交換,因此變頻器實(shí)際輸入電流減小,從而減小了電網(wǎng)與變頻器之間的線損和供電變壓器的銅耗,同時(shí)減少了無功電流上串電網(wǎng),使整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)大為提高。

802# 變頻調(diào)速機(jī)泵運(yùn)行時(shí)功數(shù)因數(shù)始終保持在0.97 以上,而非變頻機(jī)泵運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)通常在0.8~0.85,因而變頻調(diào)速同時(shí)實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)償功率因數(shù)帶來的節(jié)能。

4.2 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水

閥門節(jié)流法是通過人工改變出水閥開啟度的大小來適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化,因而水量變化越大,操作人員調(diào)節(jié)閥門也就越頻繁;而采用變頻調(diào)速就可利用水泵出口壓力傳感器將信號(hào)傳輸至變頻器的PID控制宏,構(gòu)成變頻器的閉環(huán)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié),使流量隨用水量的多少而自動(dòng)平衡。

4.3 延長設(shè)備使用壽命

1)延長了管道設(shè)備的使用壽命變頻調(diào)速可保持水壓基本恒定,不會(huì)出現(xiàn)水壓過高的現(xiàn)象,可將管道的壓力一直維持在合理的范圍內(nèi),使管接件所承受的壓力減小,延長了更換周期,減少了維修的投入。

2)延長電機(jī)和泵的使用壽命對于電機(jī)和水泵來說,由于起動(dòng)過程平緩,可運(yùn)行在最佳工作狀態(tài),不再產(chǎn)生“悶泵”現(xiàn)象,運(yùn)行損耗小,發(fā)熱大為降低,延長使用壽命。

4.4 實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)

異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí),起動(dòng)時(shí)間短,起動(dòng)電流很大,會(huì)產(chǎn)生刺耳的噪音;采用變頻調(diào)速就可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng),起動(dòng)平穩(wěn),噪音低,減少對電網(wǎng)的電流沖擊及設(shè)備的機(jī)械沖擊。

5 結(jié)語

水泵在不飽和流量狀態(tài)下,采用變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)電率在31.3%以上,并可有效提高功率因數(shù),提升水廠供水自動(dòng)化水平,延長設(shè)備使用壽命,降低維修費(fèi)用,減少電網(wǎng)沖擊等。雖然對水泵進(jìn)行變頻技術(shù)改造價(jià)格相對較高,但在大型水泵上應(yīng)用,2~3年就可回收設(shè)備投資,具有很好的推廣使用價(jià)值。

作者簡介:

干希兵,現(xiàn)在中國石化上海石油化工股份有限公司水廠工作。



關(guān)鍵詞: 功率

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