分析风机和水泵变频调速节能

　　能源是国家重要的物质基础，能源的供需矛盾已成为制约我国社会主义经济建设的主要因素之一。在能源问题上依靠技术进步，把节约能源以解决能源问题作为我国重要的技术经济政策。

　　据不完全统计，全国风机、水泵、压缩机就有1500万台电动机，用电量占全国总发电量的40～50，这些电动机大多在低的电能利用率下运行，只要将这些电动机电能利用率提高10～15，全年可节电300亿kW以上。

　　根据火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的送、引风机的风量裕度分别为5和5～10，风压裕度分别为10和10～15。设计过程中很难计算管网的阻力、并考虑到长期运行过程中发生的各种问题，通常总是把系统的最大风量和风压裕度作为选型的依据，但风机的型号和系列是有限的，往往选取不到合适的风机型号时就往上靠，裕度大于20～30比较常见。因此这些风机运行时，只有靠调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。风机和水泵的机械特性均为平方转矩特性，水泵运行时，靠阀门的开度调节流量来满足供水要求，工况与风机相似，靠调节风门、风道档板或阀门的开度来调节风机风量，水泵流量的方法、称为节流调节，在节流调节过程中，风机或水泵固有特性不变、仅仅靠关小风门、挡板或阀门的开度，人为地增加管路的阻力，由此增大管路系统的损失，不利于风机，水泵的节能运行。

　　采用调速控制装置，通过改变风机水泵转速，从而改变风机风量，水泵流量以适应生产工艺的需要，这种调节方式称为风机水泵的调速控制。风机、水泵以调速控制方式运行能耗最省，综合效益最高。交流电机的调速方式有多种、变频调速是高效的最佳调速方案，它可以实现，风机水泵的无级调速，并可方便地组成闭环控制系统、实现恒压或恒流量控制。

　　一、风机水泵变频调速的节电原理：

　　如图示为离心风机水泵的风压、(水压)H-风量(流量)Q曲线特性图。

　　n1-代表风机水泵在额定转速运行时的特性;

　　n2-代表风机水泵降速运行在n2转速时的特性;

　　R1-代表风机水泵管路阻力最小时的阻力特性;

　　R2-代表风机水泵管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

　　风机水泵在管路特性曲R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机水泵所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小风量(流量)到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机水泵的工作点移到R2上的B点，风压(水压)增大到H2，这时风机水泵所需的功率正比H2Q2的面积，即近比广BH2OQ2的面积。显然风机水泵所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。

　　若采用变频调速，风机水泵转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机(水泵)所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。

　　二、风机水源节能的计算：

　　风机水泵流量变化量，如前所述，采用变频调速是节电之有效的措施。根据GB12497对电机经济济运行管理的规定有如下的计算公式。

　　采用档板调节流量对应电动机输入功率P1V与流量Q的关系为：

　　P1V≈[0.45 0.55(Q/QN)2]P1e(1)

　　式中：P1e——额定流量时电动机输入功率(kW)。

　　QN——额定流量

　　三、应用实例：

　　某水泥厂机立窑离心风机245KW，电机4极、实际用风量为0.6～0.7，准备改造为变频器驱动，估算节电率和投资回收期。

　　取Q/QN=0.65，由(2)式

　　由(1)式P1V=〔0.45 0.55(0.65)2〕245

　　=0.6428×245=157(KW)

　　采取风门调节风量时风机所需的轴功率为157kW，变频器调速器调风量时相对调节风门调风量的节电率为0.6。

　　年节电量，每年按300天计算。

　　24×306×157×60=678240KWh≈67.8(万kWh)

　　年节电费(电价0.40元/kWh)

　　0.4×678240=27万元

　　投资回收期:

　　投资回收期=设备投资总额(元)÷年节电费(元)

　　=18÷27=0.67(年)=8(个月)

　　由此可判定，该水泥厂机立窑离心风机采用变频器驱动后，年节电量67.8万kWh，年节电费27万元，投资回收期8个月，技术经济效益可观。

　　该水泥厂订购了一台变频调速柜、内装森兰BT40S250kW变频器一台，另有空开、熔断器、电表、指示灯等，价值18万元。投入运行后，变频器频率调到35Hz左右满足机窑立风量要求，这时电动机电流210A左右，变频器输电压、298V，实际输出功率为

　　P=√3IVCOφ4=3×210×298×0.9≈97.5kW

　　与理论计算值157×0.6=94.2kW基本吻合。

　　通过以上分析，风机水泵采用变频器调速后，节电效果是明显的，此外，机械的转速降低后，机械的磨损减少，使用寿命延长了，间接经济效益也很可观。