大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造可行性研究報告(WORD版本)

某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 1 目 錄 1 總論 . 1 1.1 項目概況 . 1 1.2 可行性研究報告編制依據(jù)、編制原則、編制范圍內(nèi)容 . 1 1.3 項目建設(shè)單位概況 . 3 1.4 項目建設(shè)背景 . 4 1.5 項目建設(shè)有利條件 . 5 1.6 主要原材料、燃料及動力供應(yīng) . 6 1.7 項目主要建設(shè)內(nèi)容 . 6 1.8 節(jié)能效果及主要技術(shù)經(jīng)濟指標 . 7 2.電動機變頻調(diào)速改造 . 8 2.1 設(shè)計依據(jù) . 8 2.2 概述 . 8 2.3 改造的必要性 . 10 2.4 電力負荷 . 11 2.5 變頻調(diào)速方案 . 12 2.6 軟起動 . 19 2.7 總投資 . 21 3 設(shè)備改造 . 22 3.1 項目概況 . 22 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 2 3.2 改造內(nèi)容 . 23 4 節(jié)能 . 29 4.1 設(shè)計依據(jù) : . 29 4.2 節(jié)能措施： . 29 4.3 變頻器節(jié)能效果分析 . 30 4.4 設(shè)備改造節(jié)能 . 36 4.5 總節(jié)能量 . 37 4.6 建立能源管理機構(gòu) . 38 5.環(huán)境保護 . 39 5.1 設(shè)計依據(jù)和標準 . 39 5.2 概述 . 39 5.3 環(huán)境影響分析和治理 . 40 6.勞動安全與工業(yè)衛(wèi)生 . 42 6.1 設(shè)計依據(jù)和標準 . 42 6.2 主要職業(yè)危害及因素 . 42 6.3 勞動安全與工業(yè)衛(wèi)生的主要防范措施 . 42 7 投資估算 . 46 7.1 概況 . 46 7.2 編制依據(jù) . 46 7.3 投資分析 . 47 7.4 投資 估算 . 47 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 3 8 技術(shù)經(jīng)濟 . 49 8.1 資金來源 . 50 8.2 項目實施進度 . 50 8.3 流動資金 . 50 8.4 成本預(yù)測 . 50 8.5 計算說明 . 50 8.6 利潤分配 . 51 8.7 評價指標計算 . 51 8.8 盈虧平衡分析 . 51 8.9 敏感性分析 . 52 8.10 評價結(jié)論 . 52 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 1 1總論 1.1項目概況 項目名稱：大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造項目 建設(shè)單位：某集團某分公司 建設(shè)地點：某集團某分公司下屬各煤礦 項目負責(zé)人：張賽庚； 可行性研究編制單位： 單位資質(zhì)： 項目負責(zé)人： 生產(chǎn)規(guī)模：節(jié)約標準煤 38300t/a 1.2可行性研究報告 編制依據(jù)、編制原則、編制范圍 內(nèi)容 1.2.1 可行性研究報告編制依據(jù) （ 1） 國家有關(guān)法律、法規(guī)； （ 2） 某集團某分公司 提出的工程設(shè)計委托書； （ 3） 某集團某分公司 提供的有關(guān)設(shè)計基礎(chǔ)資料。 1.2.2 可行性研究報告編制范圍與內(nèi)容 某分公司現(xiàn)有井上、井下各類提升機 65 臺，某分公司于 2000年開始對提升系統(tǒng)的電控裝置進行改造，至 2008 年 3 月，相繼改造絞車及電控拖動裝置 5 臺套，。其中有交流老式 TKD 系統(tǒng)改造為可編程控制器控制的電控系統(tǒng)，拖動方式由交流電動機改造為某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 2 直流電動機拖動系統(tǒng)。 某分公司絞車電控系統(tǒng)沒有改造的電控裝置還有 60 臺套， 某分公司現(xiàn)有主排水泵 131 臺，均 屬老舊雜水泵，運行時間長、效率低、能耗高，噸水百米電耗達 0.6kwh，超出能耗標準噸水百米電耗達 0.1kwh。主排水泵控制方式為直接啟動，在啟動時對電網(wǎng)沖擊大、電能損失大。 某分公司現(xiàn)有壓風(fēng)機 66 臺，其中 60 臺老式活塞壓風(fēng)機，使用時間較長，氣量調(diào)節(jié)采用機械調(diào)節(jié)方式，效率低、能耗大。電機起動方式采用直接起動方式； 6 臺螺桿壓風(fēng)機，采用 6KV 高壓交流電動機拖動，氣量調(diào)節(jié)采用機械調(diào)節(jié)方式。 某分公司現(xiàn)有主扇風(fēng)機 36 臺，其中對旋主扇 12 臺，老式軸流風(fēng)機 24 臺，對旋主扇采用高壓 6KV 交流電動機拖動，起動方式為直接起動 ，老式軸流風(fēng)機采用同步電動機拖動，直接起動方式。兩種風(fēng)機的風(fēng)量調(diào)節(jié)均采用調(diào)節(jié)葉片角度的方法來進行，即不經(jīng)濟又不節(jié)能。 將上述主要設(shè)備進行電動機變頻調(diào)述改造 ,以達到節(jié)能的目的 . 1.2.3 可行性研究報告編制原則 （ 1）滿足生產(chǎn)要求； （ 2）在設(shè)計中采用先進、適用的工藝技術(shù) （ 3）貫徹治理 “三廢 ”、防止污染的原則，滿足國家有關(guān)環(huán)境保護法規(guī)的要求； 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 3 （ 4）在工藝流程和設(shè)備選擇方面，采用先進的節(jié)能降耗技術(shù)，加強對能源的回收利用，以達到國家有關(guān)節(jié)能規(guī)定的要求。 （ 5）充分利用現(xiàn)有設(shè)施，減少工程投資，縮短建設(shè)周期，提高 項目效益。 1.3項目建設(shè)單位概況 某礦區(qū) 1917 年開發(fā)， 1945 年建企， 2002 年改制為國有獨資公司， 2004 年重組為某集團所屬分（子）公司。礦區(qū)面積 252 平方公里，現(xiàn)有煤炭地質(zhì)儲量 15.7 億噸，可采儲量 8.8 億噸，按現(xiàn)有產(chǎn)量規(guī)模計算服務(wù)年限 40 年。煤種以 1/3 焦煤和氣煤為主，兼有部分主焦煤。煤質(zhì)低硫 (0.09-0.22%)、低磷 (0.003-0.012%)、中灰(20%左右 )、高發(fā)熱量 (4430-6590 千卡 /千克 )，是符合環(huán)保要求的優(yōu)質(zhì)化工煤和動力煤。產(chǎn)品有 3 大類、 12 個品種，主要銷往東北三省的冶金、 電力、化工、建材等行業(yè)，并有部分精煤出口?，F(xiàn)有 9 個煤礦，核定年生產(chǎn)能力 1670 萬噸； 6 個洗煤廠，設(shè)計年入洗能力 885 萬噸； 25 個非煤生產(chǎn)和費用補貼單位。企業(yè)總資產(chǎn) 84.4億元，注冊資本 27.9 億元，全部為國有。在冊職工 8.4 萬人在崗職工 7.4 萬人，離退休人員 4.7 萬人。建企 63 年累計生產(chǎn)原煤 6.3億噸，上繳稅金 45 億元。 在發(fā)展煤炭主業(yè)的同時，配套形成熱電聯(lián)產(chǎn)、機械修造、建筑建材、地質(zhì)勘探、鐵路運輸、水電通訊、農(nóng)林牧業(yè)等多元產(chǎn)業(yè)格局。熱電廠總裝機容量 15 萬千瓦，年發(fā)電能力 9.7 億千瓦時，某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 4 供熱能力 420 萬平方 米；斯達機電修造公司年產(chǎn)值 1.5 億元；鑫塔水泥公司水泥年生產(chǎn)能力 40 萬噸；煤層氣儲量豐富，建有日供氣能力 4 萬立方米民用燃氣供應(yīng)系統(tǒng)，供燃氣 3.74 萬戶；有 7.8 萬畝可耕地和 22 萬畝宜林地。 1.4項目建設(shè)背景 資源開發(fā)與節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位。對保證我國經(jīng)濟快速發(fā)展提高經(jīng)濟效益，推進合理利用資源，減少環(huán)境污染，提高人民生活水平起著重要作用。也是改變我國經(jīng)濟增長方式的主要途徑和實施 “可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 ”的必要措施。 本次可行性研究的目的，是采用節(jié)能高效，環(huán)保效果好的變頻調(diào)速控制裝置，降耗增效。節(jié)約能源，合理利用 資源，提高經(jīng)濟效益。 目前，全世界正在為能源緊缺而困擾，我國的能源形勢尤其嚴峻。拒統(tǒng)計，我國電網(wǎng)的總負荷中動力負荷約占 60%，其中 85%左右為異步電動機消耗。因此，使異步電動機有效地利用，對于節(jié)能具有非常重要的意義。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源成為制約經(jīng)濟增長的瓶頸，節(jié)能降耗也就成為國家和企業(yè)嚴重關(guān)切的焦點。節(jié)約電能已成為科研、設(shè)計制造、生產(chǎn)運行等各條戰(zhàn)線上的一個重大研究課題。 隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力能源供應(yīng)緊張的局面越來越嚴重，國家也隨之對電價作出相應(yīng)調(diào)整。隨著電價的不斷上漲，某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 5 電費支出在企業(yè)生產(chǎn)成本 中占的比例越來越大，節(jié)約用電可以有效降低企業(yè)生產(chǎn)過程中可控成本。從 2006 年開始，我國在鋼鐵、有色、煤炭、電力、石油石化、化工、建材、紡織、造紙 9 個重點耗能行業(yè)組織開展千家企業(yè)節(jié)能行動。 “十一五 ”期間有望實現(xiàn)節(jié)能 1 億噸左右標準煤。國家在 “十一五 ”規(guī)劃中明確要求，到 2010年單位 GDP 能耗比 “十五 ”期末降低 20%左右，這意味著在 “十一五 ”期間每年單位 GDP 能耗下降 4%左右。為此，國家出臺相關(guān)文件，決心抓好重點耗能行業(yè)和企業(yè)節(jié)能，做好高耗能行業(yè)和企業(yè)的節(jié)能工作。 應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和方法，查找、分析和預(yù)測節(jié)能工程 ，提出合理可行的對策措施，指導(dǎo)、監(jiān)控節(jié)能工作，以達到最佳節(jié)能效率。 要節(jié)能降耗，降低提升機、風(fēng)機、排水泵、壓風(fēng)機等用電率，改善提升機、風(fēng)機、排水泵、壓風(fēng)機調(diào)節(jié)性能。必需對提升機、主扇風(fēng)機、排水泵、空壓機進行控制系統(tǒng)的改造。 本項目不僅具有顯著的節(jié)能效益，同時也具有良好的環(huán)保效益，可做到節(jié)約能源與環(huán)保并舉，實現(xiàn)真正的節(jié)能減排。 1.5項目建設(shè)有利條件 本項目建設(shè)地點在某集團某分公司下屬各煤礦廠區(qū)內(nèi)，不用新增建設(shè)用地；主要工程僅需對某分公司大型固定機械拖動電動機控制系統(tǒng)進行改造，根據(jù)各傳動系統(tǒng)的實際工 況和使用環(huán)境的某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 6 特點選用高壓變頻調(diào)速控制裝置對提升機、壓風(fēng)機、礦井主扇進行控制，采用軟啟動器對排水泵進行控制是最佳改造方案。 本項目可以充分利用廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的生產(chǎn)輔助設(shè)施和生活福利設(shè)施，減少建設(shè)投資，提高項目經(jīng)濟效益；某集團某分公司擁有一批高素質(zhì)的生產(chǎn)工人和技術(shù)人人員。 以上都是本項目建設(shè)的有利條件。 1.6主要原材料、燃料及動力供應(yīng) 根據(jù)某分公司所提大型固定機械設(shè)備報表：提升機用交流電動機的有 60 臺，主排水泵 131 臺，壓風(fēng)機 66 臺，主扇風(fēng)機 36 臺，共計大型固定機械設(shè)備 293 臺。提升機用交流電動機安裝容量32735KW，主排水泵 73590KW，壓風(fēng)機 23293KW，主扇風(fēng)機23935KW，總安裝容量 153553KW，總計算負荷 122800KW。年耗電量 51593.8*104KWh 1.7項目主要建設(shè)內(nèi)容 本項目廠址在某集團某分公司下屬各煤礦現(xiàn)有廠區(qū)內(nèi)，本項目采暖、熱力、供排水及生活福利設(shè)施均利用公司現(xiàn)有設(shè)施，可以滿足本項目要求，因此本項目主要建設(shè)內(nèi)容為對某分公司大型固定機械拖動電動機控制系統(tǒng)進行改造，根據(jù)各傳動系統(tǒng)的實際工況和使用環(huán)境的特點選用高壓變頻調(diào)速控制裝置對提升機、壓風(fēng)機、礦井主扇進行控制，采用軟啟動器 對排水泵進行控制是最某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 7 佳改造方案 ,以達到節(jié)能的目的。 1.8節(jié)能效果及主要技術(shù)經(jīng)濟指標 本項目主要對某分公司下屬九個煤礦的主提升系統(tǒng) .主排水系統(tǒng) .壓風(fēng)系統(tǒng) .主通風(fēng)系統(tǒng)進行改造 , 改造后年節(jié)約電量 10930萬度 ,折合標準煤 38300t/a. 項目總投資為 1907.00 萬元，全部為建設(shè)投資，不新增加流動資金，年均節(jié)約標準煤為 27123t.年均新增銷售稅金及附加 16.43萬元，年均新增增值稅 205.39 萬元，新增利潤總額 1011.57 萬元，新增所得稅 252.89 萬元，新增凈利潤 758.68 萬元，稅前投資回收期 2.70 年，稅后投資回收期 3.18 年。 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 8 2.電動機變頻調(diào)速改造 2.1設(shè)計依據(jù) 1）某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造項目可行性研究報告委托書。 2）機械專業(yè)提供的設(shè)計委托資料。 3） 本設(shè)計執(zhí)行的節(jié)能法律法規(guī) （ 1） 中華人民共和國節(jié)約能源法 （ 2） 國務(wù)院關(guān)于加強節(jié)能工作的決定（國務(wù)院令 28 號） 國家鼓勵發(fā)展的資源節(jié)約綜合利用和環(huán)境保護技術(shù)（國家發(fā)改委【 2005】 65 號令） （ 3） 中國節(jié)能技術(shù)政策大綱（計交能【 1996】 905 號） （ 4） 企業(yè)節(jié)能量計算方法 GB/T 13234-91 2.2 概述 企業(yè)的電能節(jié)約，就是在電能的變換、傳輸、使用過程中，最大限度地降低電能損耗，提高用電效率，降低生產(chǎn)成本，獲得最大效益。由于異步電動機調(diào)速困難，以往很多傳動設(shè)備都是以固定的速度運轉(zhuǎn)，其輸出往往過大，控制方式效率很低，其中以鼓風(fēng)機、泵類等風(fēng)水力機械最為突出。 某分公司現(xiàn)有井上、井下各類提升機 65 臺，某分公司于 2000年開始對提升系統(tǒng)的電控裝置進行改造，至 2008 年 3 月，相繼改某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 9 造絞車及電控拖動裝置 5 臺套，。其中有交流老式 TKD 系統(tǒng)改造為可編程控制器控制的電控系統(tǒng)，拖動方式由交流電動機改造為直流電 動機拖動系統(tǒng)。 某分公司絞車電控系統(tǒng)沒有改造的電控裝置還有 60 臺套， 某分公司現(xiàn)有主排水泵 131 臺，均屬老舊雜水泵，運行時間長、效率低、能耗高，噸水百米電耗達 0.6kwh，超出能耗標準噸水百米電耗達 0.1kwh。主排水泵控制方式為直接啟動，在啟動時對電網(wǎng)沖擊大、電能損失大。 某分公司現(xiàn)有壓風(fēng)機 66 臺，其中 60 臺老式活塞壓風(fēng)機，使用時間較長，氣量調(diào)節(jié)采用機械調(diào)節(jié)方式，效率低、能耗大。電機起動方式采用直接起動方式； 6 臺螺桿壓風(fēng)機，采用 6KV 高壓交流電動機拖動，氣量調(diào)節(jié)采用機械調(diào)節(jié)方式。 某分公司現(xiàn)有主扇風(fēng)機 36 臺，其中對旋主扇 12 臺，老式軸流風(fēng)機 24 臺，對旋主扇采用高壓 6KV 交流電動機拖動，起動方式為直接起動，老式軸流風(fēng)機采用同步電動機拖動，直接起動方式。兩種風(fēng)機的風(fēng)量調(diào)節(jié)均采用調(diào)節(jié)葉片角度的方法來進行，即不經(jīng)濟又不節(jié)能。 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 10 2.3改造的必要性 資源開發(fā)與節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位。對保證我國經(jīng)濟快速發(fā)展提高經(jīng)濟效益，推進合理利用資源，減少環(huán)境污染，提高人民生活水平起著重要作用。也是改變我國經(jīng)濟增長方式的主要途徑和實施 “可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略 ”的必要措施。 本次可行性研究的目的，是采用節(jié)能高效，環(huán)保 效果好的變頻調(diào)速控制裝置，降耗增效。節(jié)約能源，合理利用資源，提高經(jīng)濟效益。 目前，全世界正在為能源緊缺而困擾，我國的能源形勢尤其嚴峻。拒統(tǒng)計，我國電網(wǎng)的總負荷中動力負荷約占 60%，其中 85%左右為異步電動機消耗。因此，使異步電動機有效地利用，對于節(jié)能具有非常重要的意義。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源成為制約經(jīng)濟增長的瓶頸，節(jié)能降耗也就成為國家和企業(yè)嚴重關(guān)切的焦點。節(jié)約電能已成為科研、設(shè)計制造、生產(chǎn)運行等各條戰(zhàn)線上某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 11 的一個重大研究課題。 隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力能源供應(yīng)緊張的局面越來越嚴重，國家也隨之對電價作 出相應(yīng)調(diào)整。隨著電價的不斷上漲，電費支出在企業(yè)生產(chǎn)成本中占的比例越來越大，節(jié)約用電可以有效降低企業(yè)生產(chǎn)過程中可控成本。從 2006 年開始，我國在鋼鐵、有色、煤炭、電力、石油石化、化工、建材、紡織、造紙 9 個重點耗能行業(yè)組織開展千家企業(yè)節(jié)能行動。 “十一五 ”期間有望實現(xiàn)節(jié)能 1 億噸左右標準煤。國家在 “十一五 ”規(guī)劃中明確要求，到 2010年單位 GDP 能耗比 “十五 ”期末降低 20%左右，這意味著在 “十一五 ”期間每年單位 GDP 能耗下降 4%左右。為此，國家出臺相關(guān)文件，決心抓好重點耗能行業(yè)和企業(yè)節(jié)能，做好高耗能行業(yè)和企業(yè)的節(jié)能工 作。 應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和方法，查找、分析和預(yù)測節(jié)能工程，提出合理可行的對策措施，指導(dǎo)、監(jiān)控節(jié)能工作，以達到最佳節(jié)能效率。 要節(jié)能降耗，降低提升機、風(fēng)機、排水泵、壓風(fēng)機等用電率，改善提升機、風(fēng)機、排水泵、壓風(fēng)機調(diào)節(jié)性能。必需對提升機、主扇風(fēng)機、排水泵、空壓機進行控制系統(tǒng)的改造。 2.4電力負荷 根據(jù)某分公司所提大型固定機械設(shè)備報表：提升機用交流電動機的有 60 臺，主排水泵 131 臺，壓風(fēng)機 66 臺，主扇風(fēng)機 36 臺，某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 12 共計大型固定機械設(shè)備 293 臺。提升機用交流電動機安裝容量32735KW，主排水泵 73590KW，壓風(fēng)機 23293KW，主扇風(fēng)機23935KW，總安裝容量 153553KW，總計算負荷 122800KW。年耗電量 51593.8*104KWh 本次對某分公司大型固定機械拖動電動機控制系統(tǒng)進行改造，根據(jù)各傳動系統(tǒng)的實際工況和使用環(huán)境的特點選用高壓變頻調(diào)速控制裝置對提升機、壓風(fēng)機、礦井主扇進行控制，采用軟啟動器對排水泵進行控制是最佳改造方案。 2.5變頻調(diào)速方案 2.5.1 異步電動機 1）異步電動機的用處 在企業(yè)的生產(chǎn)過程中，為了適應(yīng)不同設(shè)備的用電要求，需要利用不同的設(shè)備將電能轉(zhuǎn)換成光能、熱能、機械能、勢能、動能等， 在企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中利用這些能量進行正常的生產(chǎn)活動。而電動機就是將電能轉(zhuǎn)換成機械能的電氣設(shè)備，應(yīng)用非常廣泛，各種工業(yè)設(shè)備上到處可以看到異步電動機，如在礦山采礦采煤上它被用來拖動卷揚機、鼓風(fēng)機、排水泵、壓風(fēng)機等。 2）異步電動機的優(yōu)缺點 異步電動機所以用得廣泛，主要原因是它的結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，而且堅固耐用，維修方便。異步電動機具有的一系列優(yōu)點，成了工業(yè)驅(qū)動方面的主要動力。但是，異步電動機也存在著不足，某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 13 最主要的不足是它的功率因數(shù)比較低，調(diào)速性能不夠好，浪費電能。同時，啟動電流大，加快絕緣老化，對機械設(shè)備沖擊 大，縮短機械及電動機使用壽命。 3）異步電動機的工作原理 三相異步電動機它是利用電磁感應(yīng)原理設(shè)計制造而成。也就是由一個固定不動的叫做定子的部分和另一個可以旋轉(zhuǎn)的叫做轉(zhuǎn)子的部分組成的。定子上裝有三相對稱繞組，通入三相交流電流后，在電機起隙中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。這個旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 n1和定子電流的頻率 f1以及電動機的極對數(shù) p 有關(guān)，即 n1=60f1/p 由異步電動機的轉(zhuǎn)速公式可知，電動機的旋轉(zhuǎn)近似地決定于電動機的極數(shù)和頻率。由于電動機的工作原理決定電動機的極數(shù)是固定不變的，頻率是電動機供電電源的電信號，若設(shè)法連續(xù)改變 供電電源的頻率 f,則電動機的轉(zhuǎn)速隨之連續(xù)變化。所以，頻率能夠在電動機的外面調(diào)節(jié)后再供給電動機，這樣電動機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。 4）電動機的損耗： 電動機的損耗包括恒定損耗、負載損耗及雜散損耗。 恒定損耗是指電動機運行時的固有損耗，它與電動機材料、制造工藝、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)。一般約占總損耗的 20%25%。 負載損耗是指電動機運行時，定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組通過電流引起的電阻損耗，即稱為銅損，它與繞組的電阻和負載電流有關(guān)。銅耗約占總損耗的 20%70%。 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 14 雜散損耗主要由定子漏磁通和定、轉(zhuǎn)子的高次諧波在 導(dǎo)線、鐵芯及其它金屬部件內(nèi)引起的損耗。一般約占總損耗的 10%15% 對于長時間運行、負載變化比較大的連續(xù)運轉(zhuǎn)電動機，象排水泵、風(fēng)機的設(shè)計容量要比實際需要高出許多，出現(xiàn)人們常說的“大馬拉小車 ”的現(xiàn)象，造成電能的大量浪費。 2.5.2 變頻器 2.5.2.1 變頻器 -首選節(jié)能產(chǎn)品 節(jié)能改造有各種不同的方法，如加強廢物利用、利用可再生能源、禁用耗能設(shè)備等。但是，某分公司各礦采選設(shè)備中如：拖動風(fēng)機、水泵、空氣壓縮機、礦井提升機等負載， 80%的耗電集中在高壓大功率電動機上，功率大多在 1001000KW 之間，個別電機的 功率高達 3000KW、 3500KW。利用高電壓大功率電動機變頻調(diào)速方式來實現(xiàn)節(jié)能，無疑是潛力最大的節(jié)能方式。因此，具有理想節(jié)能效果和調(diào)速性能的高壓變頻器引起政府主管部門和各高耗能企業(yè)的高度關(guān)注，成為其首選的節(jié)能產(chǎn)品。 2.5.2.2 變頻器技術(shù) 隨著大功率電力電子技術(shù)、變流控制技術(shù)以及微電子技術(shù)的進步，大規(guī)模集成電路和微機控制技術(shù)的突飛猛進，交流電動機變頻技術(shù)已日趨完善，變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速范圍寬和軟起動性能，高效率、高精度、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào) 速方式。近 10 年交流變頻技術(shù)在國內(nèi)也得到了迅速發(fā)展，利用變頻器對電某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 15 動機進行調(diào)速將成為電氣調(diào)速傳動的主流。變頻技術(shù)日新月異，知識含量高， PWM抑制諧波能力很強，優(yōu)化 PWM 可以實現(xiàn)電流諧波畸變率最小，電壓利用率最高，效率最優(yōu)。脈寬調(diào)制技術(shù)一直是變頻的核心技術(shù)之一，從模擬技術(shù)發(fā)展到全數(shù)字化方案完成優(yōu)化的實時在線的 PWM信號輸出，實現(xiàn)變壓變頻。隨機 PWM可以有效消除機械和電磁噪音，控制原理為隨機改變開關(guān)頻率使電機電磁噪音近似為白造音，有效消弱以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音。 2.5.2.3 變頻調(diào)速的系統(tǒng)原理 高 壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高 -高電壓源型變頻器，直接 3、 6、 10KV 高壓輸入，直接 3、 6、 10KV 高壓輸出。 輸入側(cè)由移相變壓器給每個功率模塊供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，根據(jù)電壓等級和模塊串聯(lián)級數(shù)，一般由 24 脈沖系列、 42 脈沖系列等構(gòu)成移相疊加的整流方式，可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近 1，無須任何功率因數(shù)補償、諧波抑制裝置。 輸出側(cè)由每個單元的 U、 V 輸出端子相互串接而成星型接法給電動機供電。通過對每個單元的 PWM 波形進行重組，可以得到階梯正弦 PWM 波形，這種波 形正弦度好， dv/dt 小，對電纜和電動機的絕緣無損壞，無須輸出濾波器，就可以延長輸出電纜長度，可直接用于普通電動機。同時，電動機的諧波損失大大減少，某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 16 消除負載機械軸承和葉片的振動。當某一單元出現(xiàn)故障時，通過控制可將此單元退出系統(tǒng)，變頻器可降額繼續(xù)運行，由此可避免很多場合下停機造成的損失。 功率模塊為基本的交 -直 -交單相逆變電路。整流側(cè)為二極管三極管三相全橋，通過對逆變橋進行正弦 PWM 控制，可得到單相交流輸出。 控制器由高速單片機、工控 PC 和 PLC 共同構(gòu)成。單片機實現(xiàn) PWM 控制，工控 PC 提供友好 的全中文WINDOWS 監(jiān)控和操作界面，內(nèi)置 PLC 則用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，控制器與功率單元之間采用光纖通訊技術(shù)，高低壓完全可靠隔離，系統(tǒng)具有極高的安全性，同時具有很好的抗干擾性能，可靠性大大提高。 變頻器在開環(huán)運行于設(shè)定頻率，在閉環(huán)運行模式下，可以設(shè)定并調(diào)節(jié)被控量的期望值，變頻器將根據(jù)被控量的實際值，自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制電動機的轉(zhuǎn)速，使被控量的實際值自動逼近期望值。 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 17 2.5.2.4 變頻器的優(yōu)越性： 高壓電動機節(jié)能效果顯著，人們想了各種各樣的辦法來實現(xiàn)電動機的調(diào)速，來達到節(jié) 能的目的。從目前來看，變頻調(diào)速是電動機調(diào)速的最佳解決方案。 1）與定速泵、風(fēng)機相比，變頻調(diào)速普遍節(jié)能在 25%以上。節(jié)能效果顯著。 2）運行穩(wěn)定，安全可靠，免維護。只須定期清洗通風(fēng)濾網(wǎng)，不用停機，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。能使風(fēng)機軸承磨損減少，延長電動機、風(fēng)機的使用壽命和維修周期，提高風(fēng)機的利用效率。 采用變頻器可以使水泵電動機實現(xiàn)真正的軟起 /軟停，從而使急扭及水錘現(xiàn)象得到解決。而且變頻器能夠在合適的情況下降低泵的轉(zhuǎn)速，一方面可以避免水泵長期工作在滿負荷狀態(tài)下，另一方面變頻的軟起動大大的減小水泵起動時對機械的沖擊。 3）變頻器效率高，沒有因調(diào)速帶來的附加轉(zhuǎn)差損耗。調(diào)速范圍大，精度高，可實現(xiàn)無級調(diào)速，而且容易實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制 4）變頻器提供給電動機的無諧波干擾的正弦波電流，能降低電動機的故障次數(shù)。由于電平數(shù)和等效開關(guān)頻率的增加有利于改善輸出波形，降低輸出諧波，電動機發(fā)熱得到改善。在設(shè)備加速期間能大大減小噪聲，削弱噪聲污染，能極大的改善現(xiàn)場工作環(huán)境。免去了許多繁瑣的人工操作和不安全隱患因素，并使系統(tǒng)始某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 18 終處于節(jié)能狀態(tài)下運行，延長了設(shè)備的使用壽命，更好的適應(yīng)了生產(chǎn)需要。 5）變頻器自身保護功能完善。同原來繼電器保護相比較 ，保護功能更多，更靈敏，保護 動態(tài)響應(yīng)快，能大大加強對電動機的保護。同有的主扇風(fēng)機風(fēng)量調(diào)節(jié)采用機械調(diào)整葉片角度的方法相比較，主扇調(diào)風(fēng)方式用機械調(diào)整葉片角度存在著局限性，電動機始終運行在 100%額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，造成能源浪費。 6）適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強。 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 19 2.5.3 電動機變頻調(diào)速改造設(shè)備投資 提升機用交流電動機安裝容量 32735KW，壓風(fēng)機 23293KW，主扇風(fēng)機 23935KW，總安裝容量 79963KW 某分公司現(xiàn)大型設(shè)備改造老式電控為變頻調(diào)速控制設(shè)備共計162 臺套。暫 按變頻器設(shè)備平均價格 900 元 /KW計算： 79963KW X 900 元 /KW=7196.67 萬元。 其中主扇風(fēng)機： 23935KW X 900 元 /KW=2154.15 萬元 壓風(fēng)機： 23293KW X 900 元 /KW=2096.37 萬元 提升機： 32735KW X 900 元 /KW=2946.15 萬元 變頻調(diào)速優(yōu)越的調(diào)速性能和顯著的節(jié)能效果已被國內(nèi)外各個領(lǐng)域應(yīng)用實踐得到驗證和認可?？梢詮V泛應(yīng)用于礦山提升機、主扇風(fēng)機、壓風(fēng)機等設(shè)備節(jié)能改造。 某分公司現(xiàn)大型設(shè)備改造老式電控為變頻調(diào)速控制設(shè)備總投資 7196.67 萬元。 2.6軟起動 2.6.1 概述 應(yīng)用最廣泛的交流電動機大多數(shù)以反電勢為主的負載，起動電某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 20 流非常大，嚴重影響電動機的使用壽命，并危害電網(wǎng)的安全運行。 某分公司各礦現(xiàn)有排水泵 131 臺，控制方式為直接起動，起動電流大，對電網(wǎng)造成很大沖擊，電能損失大。老式水泵，效率低，能耗高。噸水百米電耗達 0.6kWh。 2.6.2 改造主要內(nèi)容 為提高水泵運行效率降低電耗，某分公司決定采用高效節(jié)能水泵，噸水百米電耗降到 0.5kWh。并對控制系統(tǒng)進行改造，達到降低起動電流，提高設(shè)備運行效率。 2.6.3 電氣控制系 統(tǒng)改造措施 2.6.3.1 軟起動器 隨著大功率電力電子技術(shù)、變流控制技術(shù)以及微電子技術(shù)的進步，一種新型起動設(shè)備 -異步電動機軟起動器幾年間迅速發(fā)展起來。它即能改變電動機的起動特性，保護拖動系統(tǒng)，更能保證電動機可靠平滑軟起動。而軟起動器主要由定子回路的具有限流作用的電力器件 -晶閘 實現(xiàn)限流起動。通過改變晶閘管的導(dǎo)通角，來改變加到定子繞組的三相電壓，實現(xiàn)軟起動。 當電動機起動時，在電動機電流不超過額定值 400%的范圍內(nèi)，軟起動器的輸出電壓迅速上升至起動時的初始電壓值，然后輸出電壓按所設(shè)定的起動參數(shù)逐漸上升，電動機隨著電壓的上升不斷平穩(wěn)加速，當電壓達到額定電壓時，電動機達到額定轉(zhuǎn)速，旁路接觸器吸合，起動過程完成。 2.6.3.2 軟起動器的優(yōu)越性 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 21 軟起動器起動性能好，軟起軟停過程平穩(wěn)、不抖動。保護功能強，性能穩(wěn)定可靠，通用性能好，微功耗：由于采用無觸點控制運行功耗近乎于零，抗干擾能力強。 2.6.3.3 改造措施 通過異步電動機軟起動器與傳統(tǒng)的起動設(shè)備相比較，軟起動器以其 優(yōu)越的起動性能而廣泛應(yīng)用在礦山、冶金、化工、電力、煤炭、水利、輕工等各個行業(yè)。所以在本次公司大型設(shè)備改造中，對礦井排水泵電動機電控系統(tǒng)的改造，采用軟起動器作為首選設(shè)備。對電動機實行軟起動。改善工藝，提高自動化控制水平，降低起動電流，提高設(shè)備運行效率，降低成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。 2.6.4 排水泵電動機軟起動改造設(shè)備投資 礦井主排水泵安裝容量 73590KW， 暫按軟起動器設(shè)備平均價格 300 元 /KW計算： 軟起動設(shè)備投資： 73590KW X 300 元 /KW=2207.7 萬元 2.7總投資 公司大型固定機械采用變 頻調(diào)速控制裝置和軟啟動器控制裝置總投資： 變頻調(diào)速控制設(shè)備總投資 7196.67 萬元。 軟起動設(shè)備投資： 2207.7 萬元 投資合計： 7196067-2207.7=9404.37 萬元 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 22 3設(shè)備改造 3.1項目概況 3.1.1 主提升系統(tǒng) 某分公司共有井上、井下各類提升機 65 臺。采用直流電動機拖動系統(tǒng)的有 12 臺，交流電動機拖動系統(tǒng)的有 50 臺（其中電控系統(tǒng)采用變頻調(diào)速的 1臺，其余均為轉(zhuǎn)子回路串電阻的調(diào)速系統(tǒng)），防爆電動機拖動的液壓絞車 3 臺。 某分公司于 2000 年開始對提升系統(tǒng)的電控裝置進行技術(shù)改造，至 2008 年 3 月， 相繼改造了提升機及電控拖動裝置 5 臺套。其中電控裝置由老式的交流 TKD系統(tǒng)改造為可編程控制器控制的電控系統(tǒng)，拖動方式由交流電動機拖動系統(tǒng)改造為直流電動機拖動系統(tǒng)。經(jīng)過改造后，明顯提高了設(shè)備的運行效率，降低了能耗，提高了設(shè)備的運行安全性能和可靠性。 3.1.2 主排水系統(tǒng) 某分公司現(xiàn)有主排水泵 131 臺，均屬老、舊、雜牌水泵。其運行的時間長、效率低、能耗高，排水的電耗達 0.6 kW h/百米 噸，超出標準 0.1 kW h/百米 噸。主排水泵的控制方式為直接起動，方式落后，在啟動時對電網(wǎng)的沖擊大，電能損失明顯。 3.1.3 壓縮空氣系統(tǒng) 某分公司現(xiàn)有空氣壓縮機 66 臺，其中 60 臺為老式的活塞式空氣壓縮機，服務(wù)的時間較長（ 70 80 年代），效率低（ 65%）、某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 23 能耗大，且氣量的調(diào)節(jié)方式為機械調(diào)節(jié)方式，無法做到按需供氣。電動機的啟動方式方式為直接啟動，方式落后，在啟動時對電網(wǎng)的沖擊大，電能損失明顯。 6 臺螺桿式空氣壓縮機的服務(wù)年限不長，采用 6 kV高壓交流電動機拖動，但氣量的調(diào)節(jié)方式為機械調(diào)節(jié)方式。 3.1.4 主通風(fēng)系統(tǒng) 某分公司現(xiàn)有主扇風(fēng)機 36 臺，其中對旋主扇 12 臺，老式軸流風(fēng)機 24 臺。對旋主扇采用 6 kV 高壓交流電動機拖動，啟動 方式為直接起動；老式軸流風(fēng)機采用同步電動機拖動，啟動方式為直接啟動。以上兩種風(fēng)機的風(fēng)量調(diào)節(jié)均采用調(diào)節(jié)風(fēng)機葉片角度的方法來進行風(fēng)量調(diào)節(jié)，方式落后，耗能大。 3.2改造內(nèi)容 3.2.1 主提升系統(tǒng)的改造 隨著科學(xué)技術(shù)的進步，大功率電力電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路和微機控制技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)日趨完善。近 10 年來，變頻調(diào)速以其高效率、高功率因數(shù)、節(jié)電效果好、適用范圍廣泛及調(diào)速和起動制動性能優(yōu)異等優(yōu)點，在國內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 目前某分公司提升機電控系統(tǒng)中沒有改造的電控裝置還有 60臺 套。如果及交流電動機部分的電控裝置改造成為變頻調(diào)速系統(tǒng)，節(jié)能的空間將是十分巨大的。 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 24 3.2.1.1 提升機的拖動電動機的改造 某分公司的提升機采用交流電動機拖動的 50 臺提升機中，大部分為 JR 系列的高耗能電動機，是國家明令禁止的淘汰產(chǎn)品。由于前些年煤炭行業(yè)的經(jīng)濟效益不佳，公司沒有能力及時進行大規(guī)模的技術(shù)改造，改造的力度很小。 對于 JR 系列的高耗能電動機，由于其耗能高的原因，采用其替代產(chǎn)品即 YR 系列新型節(jié)能電動機進行替換，可以提高提升系統(tǒng)的效率 2%。年節(jié)約電量 220 萬度 ,折合標準煤 770t. 3.2.1.2 電控系 統(tǒng)的改造 目前某分公司交流電動機拖動的提升機的電控系統(tǒng)采用電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻的控制方式。雖然這種控制方式能限制啟動電流和提高起到轉(zhuǎn)矩，并能在一定的范圍內(nèi)調(diào)速，但其缺點是確定階段的電能損耗較大，尤其當用于要求頻繁啟動或不同運行速度的多水平提升機時，問題就尤為突出，此外由于靠切除電動機轉(zhuǎn)子回路電阻進行調(diào)速，系統(tǒng)的調(diào)速性能不好，且調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差能量均消耗在轉(zhuǎn)子電阻中。 針對電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻的控制方式的缺點，結(jié)合變頻調(diào)速的高效率、高功率因數(shù)、調(diào)速和起動制動性能優(yōu)異的優(yōu)點，采用變頻調(diào)速技術(shù)對某分公司提升系統(tǒng)交 流電動機的電控系統(tǒng)進行改造。改造后的系統(tǒng)效率可提高 20%。 3.2.2 主排水系統(tǒng)的改造 3.2.2.1 排水泵的改造 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 25 某分公司主排水系統(tǒng)的排水電耗達 0.6 kW h/百米 噸，超出標準 0.1 kW h/百米 噸。 針對主排水系統(tǒng)運行的時間長、效率低、能耗高的現(xiàn)狀，為達到排水系統(tǒng)高效、節(jié)能的目標，用高效節(jié)能排水泵替代現(xiàn)有的排水泵。經(jīng)過改造后，主排水系統(tǒng)的排水電耗可降低至 0.5 kW h/百米 噸，節(jié)能效果和經(jīng)濟效益的提高均十分顯著。年節(jié)約電量4945 萬度 ,折合標準煤 17308t. 3.2.2.2 電控系統(tǒng)的改造 目前主排水泵的控制方式為直接啟動，其缺點是啟動電流大，對電網(wǎng)的沖擊較大，能耗損失明顯增加。 針對主排水泵的控制方式的缺點，結(jié)合電氣軟啟動啟動性能優(yōu)異的優(yōu)點，采用電氣軟啟動起動技術(shù)對主排水泵的電控系統(tǒng)進行改造，即主排水泵的電控系統(tǒng)用電氣軟啟動系統(tǒng)替代直接啟動系統(tǒng)。 3.2.3 壓風(fēng)機系統(tǒng)的改造 3.2.3.1 壓風(fēng)機的改造 現(xiàn)有的 60 臺為老式的活塞式空氣壓縮機，服務(wù)的時間較長（ 70 80 年代），效率低（ 65%）、能耗大，且氣量的調(diào)節(jié)方式為機械調(diào)節(jié)方式，無法做到按需供氣。 根據(jù)某分公司空氣壓縮系統(tǒng)的現(xiàn)狀，應(yīng)以新型的 空氣壓縮機對其進行替換。 下面對國內(nèi)空氣壓縮機的能耗進行簡單的對比。 某集團有限責(zé)任公司某分公司大型固定機械及拖動電動機變頻調(diào)速改造 可行性研究 26 1）目前礦山用空氣壓縮機仍以活塞式壓縮機為主，當表壓為0.7 0.8MPa 時，其比功率為 4.74 6.1 kW/m3min。 2）螺桿式空氣壓縮機以小容量為主，其效率低，當表壓為0.7 0.8MPa 時，其比功率為 5.35 7.1 kW/m3min，耗電量大。 3)離心式空氣壓縮機適合大容量使用，可以考慮，但其效率相對較大，最高效率時其比功率為 5.25 kW/m3min。 4）由于壓