三、作者孔宏偉-風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)計(jì)算.docx

風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)計(jì)算通過近期對(duì)我真空制鹽項(xiàng)目自備電站中，鍋爐引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)的節(jié)能方案的一系列探討，初步確定根據(jù)變頻器廠家節(jié)能方案參考，設(shè)計(jì)單位方案審核后，確定我方電站風(fēng)機(jī)，乃至制鹽、礦山等符合工藝要求情況下的設(shè)備，是否采用變頻調(diào)速技術(shù)。現(xiàn)就電站風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)與風(fēng)門調(diào)節(jié)方案做如下比較，以求比較準(zhǔn)確的預(yù)估實(shí)際運(yùn)行條件下的節(jié)能情況，為后期方案的進(jìn)一步實(shí)施做參考。1. 風(fēng)門開度與風(fēng)量的關(guān)系風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度（葉片角度）與風(fēng)量之間的關(guān)系是非線性的，不同類型的風(fēng)機(jī)開度（葉片角度）與風(fēng)量之間的關(guān)系也是不一致的。以離心式風(fēng)機(jī)為例，離心式風(fēng)機(jī)在不同的風(fēng)門開度時(shí)的特性曲線之間的間隔是不均勻的，也就是說線性度較差。可以畫一條阻力曲線，與不同風(fēng)門開度的特性曲線的交點(diǎn)即為不同風(fēng)門開度時(shí)的工作點(diǎn)，由各個(gè)工作點(diǎn)讀出的風(fēng)門開度、風(fēng)量及風(fēng)壓的關(guān)系數(shù)據(jù)見表1.離心式風(fēng)機(jī)的風(fēng)門開度風(fēng)量曲線的線性較差。小風(fēng)門時(shí)，隨著風(fēng)門的大小，風(fēng)量增大很快。當(dāng)風(fēng)門開度大于50以上時(shí)，風(fēng)量增大的速度明顯放慢，當(dāng)風(fēng)門開度大于75以上時(shí)，風(fēng)量增大已不太明顯，因此風(fēng)門開的較大時(shí)，實(shí)際上的節(jié)電效果已經(jīng)微乎其微。在知道了不同工況下的風(fēng)門開度時(shí)，就可以用查表的方法，求出風(fēng)量和風(fēng)壓值，并依此作為節(jié)能計(jì)算的依據(jù)。當(dāng)然還可以用三角函數(shù)法、開平方法的標(biāo)么值計(jì)算，均存在一些誤差，那么如何得出準(zhǔn)確的風(fēng)量、風(fēng)壓值對(duì)于節(jié)能效果的計(jì)算就相當(dāng)關(guān)鍵了。表1 離心式風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度與風(fēng)量，風(fēng)壓和節(jié)電率的關(guān)系風(fēng)門開度（度）風(fēng)門開度（%） 風(fēng)量（%） 風(fēng)壓（%） 節(jié)電率10。 11.1 25O 10O 9O15。 167 350 l50 8020。 22 2 450 22.O 7025。 277 55O 320 6030。 33_3 617 42O 5035。 38 9 68.3 500 4040。 444 767 600 3045。 500 817 680 2050。 55 6 833 75 0 1655。 611 855 800 l360。 667 88.3 840 1065。 722 908 87。3 770。 77，8 93.1 90。4 575。 833 951 93。3 380。 889 96.7 95.8 285。 944 988 98O 090。 1O00 1O0O 100O 一42.不同風(fēng)量和不同控制方式時(shí)的軸功率由于現(xiàn)場數(shù)據(jù)調(diào)查表中提供的風(fēng)機(jī)軸功率一般不是風(fēng)機(jī)的額定軸功率，而是電動(dòng)機(jī)的額定輸出功率；而用風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量、風(fēng)壓和效率來計(jì)算風(fēng)機(jī)的額定軸功率，又因?yàn)闆]有風(fēng)機(jī)效率數(shù)據(jù)以及給出的風(fēng)量和風(fēng)壓數(shù)據(jù)明顯有誤，所以也不是風(fēng)機(jī)真正的額定軸功率：即使有風(fēng)機(jī)的額定軸功率數(shù)據(jù)，由于鍋爐的阻力曲線也不能精確計(jì)算，所以當(dāng)風(fēng)門全開時(shí)的風(fēng)機(jī)軸功率與其額定軸功率也會(huì)有出入：如風(fēng)道的阻力過大，則因?yàn)轱L(fēng)壓增大，會(huì)使風(fēng)機(jī)的軸功率超過其額定軸功率；反之如風(fēng)道的阻力過小，則因?yàn)轱L(fēng)壓減小，而會(huì)使風(fēng)機(jī)的軸功率低于其額定軸功率等等。因?yàn)楣こ讨胁环@樣的案例：有的風(fēng)機(jī)在風(fēng)門全開運(yùn)行時(shí)，其電動(dòng)機(jī)的電流還遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流；而有的風(fēng)機(jī)在風(fēng)門開度尚不到50時(shí)，其電動(dòng)機(jī)已因過載而跳閘了。計(jì)算當(dāng)風(fēng)門全開時(shí)的風(fēng)機(jī)軸功率，這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)于節(jié)能計(jì)算來說又是至關(guān)重要的。很多的節(jié)能計(jì)算出現(xiàn)較大誤差的原因主要就是不能精確的計(jì)算出當(dāng)風(fēng)門全開時(shí)的風(fēng)機(jī)軸功率。工程上有一種計(jì)算方法算出的風(fēng)門全開時(shí)的風(fēng)機(jī)軸功率較為準(zhǔn)確，即根據(jù)某一風(fēng)門開度時(shí)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率來反推風(fēng)門全開時(shí)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率(包括電動(dòng)機(jī)的損耗)。表2 離心式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在不同風(fēng)量（風(fēng)門開度）和不同控制方式時(shí)的軸功率風(fēng)門開度（%） 風(fēng)量風(fēng)量（%PE） 入口門控制（%PE） 出口門控制（%PE）10 23 52 6015 33 54 6720 42 56 7425 51 58 8130 58 60 8535 65 63 8940 71 65 91 45 77 68 9350 82 71 9455 83 73 95 60 85 75 9665 87 78 9770 89 80 97.575 91 83 9880 93 86 98.585 95 90 9990 97 95 99.595 99 98 99.8100 100 100 1003.調(diào)速范圍的確定 當(dāng)風(fēng)機(jī)采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)，其風(fēng)量和風(fēng)壓可用比例定律計(jì)算，在確定調(diào)速范圍時(shí)應(yīng)兼顧風(fēng)量和風(fēng)壓的要求，一般這時(shí)將風(fēng)門開到最大，僅用轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量，并留有一定的風(fēng)壓裕量。所以一定要知道生產(chǎn)工藝所要求的最小風(fēng)壓，作為確定最低轉(zhuǎn)速的根據(jù)。我項(xiàng)目電站： 煙、空氣量： A：一次風(fēng)量：75000Nm3/h；一次風(fēng)壓：11570PaB：二次風(fēng)量：75000Nm3/h；二次風(fēng)壓：9750PaC：引風(fēng)量： 173140Nm3/h；鍋爐本體阻力：3440PaD：返料風(fēng)風(fēng)量：1000Nm3/h，風(fēng)壓：25000Pa；返料風(fēng)機(jī)數(shù)量為兩只，一開一備。設(shè)計(jì)院選取一次風(fēng)機(jī)可按照60%的總風(fēng)量來選取，以適應(yīng)煤種的變化，及一次風(fēng)量為90000Nm3/h。按照：工況標(biāo)況氣體換算公式：（P1V1）T1=（P2V2）T2P1：標(biāo)況壓力，以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓取值=101.325KPaV1：標(biāo)況流量，T1：標(biāo)況溫度，取值273.15P2：工況壓力=（表壓Mpa1000+P現(xiàn)）Kpa V2：工況流量， T2：工況溫度，273.15+實(shí)際溫度推導(dǎo)出： V2=P1V1T2P2T1 V2=標(biāo)準(zhǔn)大氣壓V1（273.15+實(shí)際溫度）（表壓Mpa1000+P現(xiàn)）273.15 P現(xiàn)為現(xiàn)場實(shí)際大氣壓，近似按標(biāo)準(zhǔn)大氣壓取值，表壓按照全壓的80計(jì)算，假設(shè)一次風(fēng)機(jī)14.872KPA，二次風(fēng)機(jī)12.71 KPA，引風(fēng)機(jī)6.48 KPA，故:通過計(jì)算，額定工況下一次風(fēng)量應(yīng)為85376方，二次風(fēng)量57996方，引風(fēng)機(jī)為177031方。風(fēng)道阻力和煙、風(fēng)道的漏風(fēng)量各按照10考慮，風(fēng)量備用系數(shù)選1.2，那么實(shí)際運(yùn)行風(fēng)量接近于一次風(fēng)102451方，二次風(fēng)69595方，引風(fēng)機(jī)212437方。由于我方已選風(fēng)機(jī)一次風(fēng)機(jī)入口風(fēng)量131550方，二次風(fēng)機(jī)109600方，引風(fēng)機(jī)380000方，則預(yù)計(jì)額定負(fù)荷下，工頻調(diào)節(jié)時(shí)閥門開度接近于77.9，二次風(fēng)機(jī)開度63.5，引風(fēng)機(jī)為55.9。實(shí)際上，就本項(xiàng)目而言，從額定風(fēng)壓、考慮的裕量及風(fēng)門開度都已經(jīng)假設(shè)的較大了，實(shí)際運(yùn)行量可能小于以上數(shù)值。實(shí)際風(fēng)量站額定風(fēng)量的比值越小，采用變頻調(diào)節(jié)時(shí)節(jié)能效果越明顯。可見節(jié)能潛力較大。當(dāng)然， 當(dāng)最小風(fēng)壓要求低于最小風(fēng)量要求時(shí)，可以風(fēng)量要求為準(zhǔn)。注意：這只是最低轉(zhuǎn)速，不能作為節(jié)能計(jì)算的轉(zhuǎn)速依據(jù)；節(jié)能計(jì)算時(shí)應(yīng)以中心調(diào)節(jié)頻率為準(zhǔn)，中心調(diào)節(jié)頻率則為最低頻率和額定頻率(50Hz)的中心值。如最低調(diào)速頻率為3OHz，則中心調(diào)節(jié)頻率為40Hz，為額定轉(zhuǎn)速的80。4.節(jié)能效果的計(jì)算風(fēng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能效果計(jì)算比較簡單，由于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)一般不存在反壓，所以風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行時(shí)消耗的電功率可以直接用比例定律求得。注意使用的工頻運(yùn)行電功率應(yīng)為采用風(fēng)門調(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)機(jī)實(shí)際消耗的電功率，而不是電動(dòng)機(jī)的額定電功率。而轉(zhuǎn)速也應(yīng)為中心調(diào)節(jié)頻率(轉(zhuǎn)速)，而不是最低(頻率)轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵的是要根據(jù)風(fēng)門開度數(shù)據(jù)測算出準(zhǔn)確的風(fēng)量數(shù)據(jù)，才能準(zhǔn)確算出節(jié)電率來。最準(zhǔn)確的是根據(jù)各種工況下的風(fēng)量、風(fēng)壓和電動(dòng)機(jī)電流數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：其次是根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性曲線以及風(fēng)門開度和電流數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，風(fēng)門開度決定節(jié)電率，而電動(dòng)機(jī)電流的大小則決定節(jié)電量；最后就只能根據(jù)風(fēng)門開度數(shù)據(jù)用查表法和函數(shù)逼近法算出風(fēng)量來，然后根據(jù)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比進(jìn)行計(jì)算了。不論用哪種方法計(jì)算，風(fēng)門開度的準(zhǔn)確性都是致關(guān)重要的，其次就是風(fēng)量的計(jì)算尤為關(guān)鍵。具體到我項(xiàng)目自備電站風(fēng)機(jī)中，145噸循環(huán)流化床鍋爐，鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)均留有裕量較大，根據(jù)制鹽車間蒸汽需求，假設(shè)在90負(fù)荷條件下入口風(fēng)門開度為66.7時(shí)運(yùn)行12小時(shí)，80負(fù)荷條件下入口風(fēng)門開度為55時(shí)運(yùn)行8小時(shí)，50負(fù)荷條件下入口風(fēng)門開度為45運(yùn)行4小時(shí)（低于45風(fēng)門開度無法運(yùn)行）：計(jì)算一下我方采用變頻調(diào)速時(shí)的節(jié)電率：一次風(fēng)機(jī)（鍋爐風(fēng)機(jī)）風(fēng)機(jī)型式及型號(hào)：（1）型式：單吸；轉(zhuǎn)子安裝型式：單支撐；（2）型號(hào)：AGX1302A19D。風(fēng)機(jī)參數(shù)：序號(hào)項(xiàng)目名稱數(shù) 值 備 注1風(fēng)機(jī)入口流量(m3/h)131550-2風(fēng)機(jī)全壓(Pa)18590-3進(jìn)風(fēng)溫度（）20-4空氣密度（kg/ m3）1.06-5風(fēng)機(jī)選用功率(kW)1000-6風(fēng)機(jī)全壓效率（%）80.40- ：（1） 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)：YKK560-4 （2） 電動(dòng)機(jī)的規(guī)范：額定功率：1000KW。 額定電壓：10KV； 額定轉(zhuǎn)速：1480 r/min ； 外殼防護(hù)等級(jí):IP54； 設(shè)備名稱：二次風(fēng)機(jī)（鍋爐風(fēng)機(jī)）風(fēng)機(jī)型式及型號(hào)：（1）型式：單吸；轉(zhuǎn)子安裝型式：單支撐；（2）型號(hào): AGX130-217.5D。 風(fēng)機(jī)參數(shù)：序號(hào)項(xiàng)目名稱數(shù) 值 備 注1風(fēng)機(jī)入口流量(m3/h)1096002風(fēng)機(jī)全壓(Pa)158903進(jìn)風(fēng)溫度（）204空氣密度（kg/ m3）1.06-5風(fēng)機(jī)選用功率(kW)710-6風(fēng)機(jī)全壓效率（%）80.70-7風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）1480-傳動(dòng)裝置的型式及規(guī)范：（1） 型式：箱式、軸承冷卻方式為開式外循環(huán)水冷 ； （2） 軸承型號(hào)/數(shù)量： SKF22324。驅(qū)動(dòng)裝置型號(hào)及規(guī)范：（1） 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)：YKK500-4（2） 電動(dòng)機(jī)的規(guī)范：額定功率：710KW ； 額定電壓：10KV； 額定轉(zhuǎn)速：1480r/min； 外殼防護(hù)等級(jí):IP54 ； 設(shè)備名稱：引風(fēng)機(jī)（鍋爐風(fēng)機(jī)） 風(fēng)機(jī)型式及型號(hào)：（1）型式：單吸；轉(zhuǎn)子安裝型式：雙支撐；（2）型號(hào)：AYX1305A26F。 風(fēng)機(jī)參數(shù)：序號(hào)項(xiàng)目名稱數(shù) 值 備 注 1風(fēng)機(jī)入口流量(m3/h)380000- 2風(fēng)機(jī)全壓(Pa)8100- 3進(jìn)風(fēng)溫度（）130- 4空氣密度（kg/ m3）0.77- 5風(fēng)機(jī)選用功率(kW)1250- 6風(fēng)機(jī)全壓效率（%）86.20- 7風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）980-傳動(dòng)裝置的型式及規(guī)范：（1） 型式：箱式、軸承冷卻方式為開式外循環(huán)水冷 ； （2） 軸承型號(hào)/數(shù)量： SKF22332。 驅(qū)動(dòng)裝置型號(hào)及規(guī)范：（1） 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)：YKK630-6 （2） 電動(dòng)機(jī)的規(guī)范：額定功率：1250KW。 額定電壓：10KV； 額定轉(zhuǎn)速：980 r/min ； 外殼防護(hù)等級(jí):IP54； 以一次風(fēng)機(jī)為例：風(fēng)機(jī)全壓：18.59KPA， 運(yùn)行風(fēng)壓：11.57KPA額定風(fēng)量：131550方 滿負(fù)荷運(yùn)行風(fēng)量：102451方額定電流：70 A 滿負(fù)荷運(yùn)行電流：45A額定轉(zhuǎn)速：1480 功率因數(shù)：0.86額定全壓效率：80.4 變頻器效率：0.96那么首先確定調(diào)速范圍，風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速時(shí)，風(fēng)門全開，全速運(yùn)行時(shí)全壓18.59KPA，根據(jù)比例定律，為保證最低風(fēng)壓11.57KPA時(shí)為額定轉(zhuǎn)速的62.2，為留有一定裕量，最低轉(zhuǎn)速取額定轉(zhuǎn)速的65（962轉(zhuǎn)每分），變頻器的最低輸出頻率為32.5赫茲。1）. 90負(fù)荷條件下入口風(fēng)門開度為66.7，由表1查得風(fēng)量按88.3運(yùn)行，變頻至88.3轉(zhuǎn)速下（44HZ）運(yùn)行，此時(shí)風(fēng)壓為15.62KPA，滿足最低風(fēng)壓要求，由表2查得此時(shí)電動(dòng)機(jī)功率接近為全風(fēng)量功率的79。風(fēng)機(jī)在90負(fù)荷時(shí)，運(yùn)行電流43A，電動(dòng)機(jī)的功率為P1=1.73210000430.84=626KW當(dāng)風(fēng)機(jī)在88.3轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，其消耗的電功率為P2=6260.790.8830.8830.8830.96=568KW，則節(jié)約電功率58KW2） 80負(fù)荷條件下入口風(fēng)門開度為55，由表1查得風(fēng)量按85.5運(yùn)行，變頻至83轉(zhuǎn)速下（42HZ）運(yùn)行，此時(shí)風(fēng)壓為12.80KPA，滿足最低風(fēng)壓要求，由表2查得此時(shí)電動(dòng)機(jī)功率接近為全風(fēng)量功率的73。風(fēng)機(jī)在80負(fù)荷時(shí)，運(yùn)行電流41A，電動(dòng)機(jī)的功率為P1=1.73210000410.84=597KW當(dāng)風(fēng)機(jī)在85.5轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，其消耗的電功率為P2=5970.730.8550.8550.8550.96=532KW，則節(jié)約電功率65KW3） 50負(fù)荷條件下入口風(fēng)門開度為45，由表1查得風(fēng)量按81.7運(yùn)行，變頻至81.7轉(zhuǎn)速下（40HZ）運(yùn)行，此時(shí)風(fēng)壓為12.64KPA，滿足最低風(fēng)壓要求，由表2查得此時(shí)電動(dòng)機(jī)功率接近為全風(fēng)量功率的71。風(fēng)機(jī)在50負(fù)荷時(shí)，運(yùn)行電流35A，電動(dòng)機(jī)的功率為P1=1.73210000350.84=509KW當(dāng)風(fēng)機(jī)在81.7轉(zhuǎn)速下運(yùn)行