三、作者孔宏偉-風機變頻調速節(jié)能技術計算.docx

風機變頻調速節(jié)能技術計算通過近期對我真空制鹽項目自備電站中，鍋爐引風機、鼓風機的節(jié)能方案的一系列探討，初步確定根據變頻器廠家節(jié)能方案參考，設計單位方案審核后，確定我方電站風機，乃至制鹽、礦山等符合工藝要求情況下的設備，是否采用變頻調速技術?，F就電站風機變頻調速技術與風門調節(jié)方案做如下比較，以求比較準確的預估實際運行條件下的節(jié)能情況，為后期方案的進一步實施做參考。1. 風門開度與風量的關系風機的風門開度（葉片角度）與風量之間的關系是非線性的，不同類型的風機開度（葉片角度）與風量之間的關系也是不一致的。以離心式風機為例，離心式風機在不同的風門開度時的特性曲線之間的間隔是不均勻的，也就是說線性度較差?？梢援嬕粭l阻力曲線，與不同風門開度的特性曲線的交點即為不同風門開度時的工作點，由各個工作點讀出的風門開度、風量及風壓的關系數據見表1.離心式風機的風門開度風量曲線的線性較差。小風門時，隨著風門的大小，風量增大很快。當風門開度大于50以上時，風量增大的速度明顯放慢，當風門開度大于75以上時，風量增大已不太明顯，因此風門開的較大時，實際上的節(jié)電效果已經微乎其微。在知道了不同工況下的風門開度時，就可以用查表的方法，求出風量和風壓值，并依此作為節(jié)能計算的依據。當然還可以用三角函數法、開平方法的標么值計算，均存在一些誤差，那么如何得出準確的風量、風壓值對于節(jié)能效果的計算就相當關鍵了。表1 離心式風機風門開度與風量，風壓和節(jié)電率的關系風門開度（度）風門開度（%） 風量（%） 風壓（%） 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.不同風量和不同控制方式時的軸功率由于現場數據調查表中提供的風機軸功率一般不是風機的額定軸功率，而是電動機的額定輸出功率；而用風機的額定風量、風壓和效率來計算風機的額定軸功率，又因為沒有風機效率數據以及給出的風量和風壓數據明顯有誤，所以也不是風機真正的額定軸功率：即使有風機的額定軸功率數據，由于鍋爐的阻力曲線也不能精確計算，所以當風門全開時的風機軸功率與其額定軸功率也會有出入：如風道的阻力過大，則因為風壓增大，會使風機的軸功率超過其額定軸功率；反之如風道的阻力過小，則因為風壓減小，而會使風機的軸功率低于其額定軸功率等等。因為工程中不乏這樣的案例：有的風機在風門全開運行時，其電動機的電流還遠遠小于額定電流；而有的風機在風門開度尚不到50時，其電動機已因過載而跳閘了。計算當風門全開時的風機軸功率，這個數據對于節(jié)能計算來說又是至關重要的。很多的節(jié)能計算出現較大誤差的原因主要就是不能精確的計算出當風門全開時的風機軸功率。工程上有一種計算方法算出的風門全開時的風機軸功率較為準確，即根據某一風門開度時的電動機運行功率來反推風門全開時的風機運行功率(包括電動機的損耗)。表2 離心式風機系統(tǒng)在不同風量（風門開度）和不同控制方式時的軸功率風門開度（%） 風量風量（%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.調速范圍的確定 當風機采用轉速調節(jié)時，其風量和風壓可用比例定律計算，在確定調速范圍時應兼顧風量和風壓的要求，一般這時將風門開到最大，僅用轉速來調節(jié)風量，并留有一定的風壓裕量。所以一定要知道生產工藝所要求的最小風壓，作為確定最低轉速的根據。我項目電站： 煙、空氣量： A：一次風量：75000Nm3/h；一次風壓：11570PaB：二次風量：75000Nm3/h；二次風壓：9750PaC：引風量： 173140Nm3/h；鍋爐本體阻力：3440PaD：返料風風量：1000Nm3/h，風壓：25000Pa；返料風機數量為兩只，一開一備。設計院選取一次風機可按照60%的總風量來選取，以適應煤種的變化，及一次風量為90000Nm3/h。按照：工況標況氣體換算公式：（P1V1）T1=（P2V2）T2P1：標況壓力，以標準大氣壓取值=101.325KPaV1：標況流量，T1：標況溫度，取值273.15P2：工況壓力=（表壓Mpa1000+P現）Kpa V2：工況流量， T2：工況溫度，273.15+實際溫度推導出： V2=P1V1T2P2T1 V2=標準大氣壓V1（273.15+實際溫度）（表壓Mpa1000+P現）273.15 P現為現場實際大氣壓，近似按標準大氣壓取值，表壓按照全壓的80計算，假設一次風機14.872KPA，二次風機12.71 KPA，引風機6.48 KPA，故:通過計算，額定工況下一次風量應為85376方，二次風量57996方，引風機為177031方。風道阻力和煙、風道的漏風量各按照10考慮，風量備用系數選1.2，那么實際運行風量接近于一次風102451方，二次風69595方，引風機212437方。由于我方已選風機一次風機入口風量131550方，二次風機109600方，引風機380000方，則預計額定負荷下，工頻調節(jié)時閥門開度接近于77.9，二次風機開度63.5，引風機為55.9。實際上，就本項目而言，從額定風壓、考慮的裕量及風門開度都已經假設的較大了，實際運行量可能小于以上數值。實際風量站額定風量的比值越小，采用變頻調節(jié)時節(jié)能效果越明顯。可見節(jié)能潛力較大。當然， 當最小風壓要求低于最小風量要求時，可以風量要求為準。注意：這只是最低轉速，不能作為節(jié)能計算的轉速依據；節(jié)能計算時應以中心調節(jié)頻率為準，中心調節(jié)頻率則為最低頻率和額定頻率(50Hz)的中心值。如最低調速頻率為3OHz，則中心調節(jié)頻率為40Hz，為額定轉速的80。4.節(jié)能效果的計算風機的調速節(jié)能效果計算比較簡單，由于風機系統(tǒng)一般不存在反壓，所以風機調速運行時消耗的電功率可以直接用比例定律求得。注意使用的工頻運行電功率應為采用風門調節(jié)時風機實際消耗的電功率，而不是電動機的額定電功率。而轉速也應為中心調節(jié)頻率(轉速)，而不是最低(頻率)轉速。關鍵的是要根據風門開度數據測算出準確的風量數據，才能準確算出節(jié)電率來。最準確的是根據各種工況下的風量、風壓和電動機電流數據進行計算：其次是根據風機的特性曲線以及風門開度和電流數據進行計算，風門開度決定節(jié)電率，而電動機電流的大小則決定節(jié)電量；最后就只能根據風門開度數據用查表法和函數逼近法算出風量來，然后根據風量與轉速的一次方成正比，軸功率與轉速的三次方成正比進行計算了。不論用哪種方法計算，風門開度的準確性都是致關重要的，其次就是風量的計算尤為關鍵。具體到我項目自備電站風機中，145噸循環(huán)流化床鍋爐，鼓風機、引風機均留有裕量較大，根據制鹽車間蒸汽需求，假設在90負荷條件下入口風門開度為66.7時運行12小時，80負荷條件下入口風門開度為55時運行8小時，50負荷條件下入口風門開度為45運行4小時（低于45風門開度無法運行）：計算一下我方采用變頻調速時的節(jié)電率：一次風機（鍋爐風機）風機型式及型號：（1）型式：單吸；轉子安裝型式：單支撐；（2）型號：AGX1302A19D。風機參數：序號項目名稱數 值 備 注1風機入口流量(m3/h)131550-2風機全壓(Pa)18590-3進風溫度（）20-4空氣密度（kg/ m3）1.06-5風機選用功率(kW)1000-6風機全壓效率（%）80.40- ：（1） 電動機的型號：YKK560-4 （2） 電動機的規(guī)范：額定功率：1000KW。 額定電壓：10KV； 額定轉速：1480 r/min ； 外殼防護等級:IP54； 設備名稱：二次風機（鍋爐風機）風機型式及型號：（1）型式：單吸；轉子安裝型式：單支撐；（2）型號: AGX130-217.5D。 風機參數：序號項目名稱數 值 備 注1風機入口流量(m3/h)1096002風機全壓(Pa)158903進風溫度（）204空氣密度（kg/ m3）1.06-5風機選用功率(kW)710-6風機全壓效率（%）80.70-7風機轉速（r/min）1480-傳動裝置的型式及規(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/數量： SKF22324。驅動裝置型號及規(guī)范：（1） 電動機的型號：YKK500-4（2） 電動機的規(guī)范：額定功率：710KW ； 額定電壓：10KV； 額定轉速：1480r/min； 外殼防護等級:IP54 ； 設備名稱：引風機（鍋爐風機） 風機型式及型號：（1）型式：單吸；轉子安裝型式：雙支撐；（2）型號：AYX1305A26F。 風機參數：序號項目名稱數 值 備 注 1風機入口流量(m3/h)380000- 2風機全壓(Pa)8100- 3進風溫度（）130- 4空氣密度（kg/ m3）0.77- 5風機選用功率(kW)1250- 6風機全壓效率（%）86.20- 7風機轉速（r/min）980-傳動裝置的型式及規(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/數量： SKF22332。 驅動裝置型號及規(guī)范：（1） 電動機的型號：YKK630-6 （2） 電動機的規(guī)范：額定功率：1250KW。 額定電壓：10KV； 額定轉速：980 r/min ； 外殼防護等級:IP54； 以一次風機為例：風機全壓：18.59KPA， 運行風壓：11.57KPA額定風量：131550方 滿負荷運行風量：102451方額定電流：70 A 滿負荷運行電流：45A額定轉速：1480 功率因數：0.86額定全壓效率：80.4 變頻器效率：0.96那么首先確定調速范圍，風機采用變頻調速時，風門全開，全速運行時全壓18.59KPA，根據比例定律，為保證最低風壓11.57KPA時為額定轉速的62.2，為留有一定裕量，最低轉速取額定轉速的65（962轉每分），變頻器的最低輸出頻率為32.5赫茲。1）. 90負荷條件下入口風門開度為66.7，由表1查得風量按88.3運行，變頻至88.3轉速下（44HZ）運行，此時風壓為15.62KPA，滿足最低風壓要求，由表2查得此時電動機功率接近為全風量功率的79。風機在90負荷時，運行電流43A，電動機的功率為P1=1.73210000430.84=626KW當風機在88.3轉速下運行時，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負荷條件下入口風門開度為55，由表1查得風量按85.5運行，變頻至83轉速下（42HZ）運行，此時風壓為12.80KPA，滿足最低風壓要求，由表2查得此時電動機功率接近為全風量功率的73。風機在80負荷時，運行電流41A，電動機的功率為P1=1.73210000410.84=597KW當風機在85.5轉速下運行時，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負荷條件下入口風門開度為45，由表1查得風量按81.7運行，變頻至81.7轉速下（40HZ）運行，此時風壓為12.64KPA，滿足最低風壓要求，由表2查得此時電動機功率接近為全風量功率的71。風機在50負荷時，運行電流35A，電動機的功率為P1=1.73210000350.84=509KW當風機在81.7轉速下運行