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化工节能 变频先行--变频技术在化工行业节能改造中的应用 |
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作者： 来源：PROCESS《流程工业》 |
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电机系统在设计过程中，需要考虑建设前、后长期工艺要求的差异和过载、重载启动、系统安全等因素，因此都留有一定的余量。这些电动机大多在低的电能利用率下运行，耗电量过大，浪费严重。
变频器通过调整输出频率来改变电机转速，以达到交流电机调速的目的。采用变频器进行变频调速，可使电动机回到高效运行状态，是最佳的调速和节能方式。变频器通过降低电机转速减少输出功耗，实现“按需供能”。用于风机、泵类等平方律特性负载，可达到50%的节能率；用于其他工艺要求调速的负载，也可获得10%~40%的节能效果。设备的转速降低后，可减少磨损，延长使用寿命，获得可观的间接经济效益。
同时，我国正处在工业化初期阶段，大量工业生产设备陈旧，生产工艺落后，产品品质得不到保证，市场竞争力不强。使用变频器进行交流变频调速，取代变极调速、滑差调速、整流子电机调速、液力偶合调速、串极调速及直流调速等落后的调速方式，并与PLC、上位机等进行配合，可以实现生产的高精度控制，提高生产效率，使产品品质明显改善，提高产品市场竞争力；可以使设备运行更加稳定可靠，提高产量，大幅度减少设备维护费用，降低生产成本；同时提高了生产自动化水平，改善了生产环境，减少了工人的劳动强度。使用变频器是企业设备改造、产品更新换代的重要途径。
变频器在化工厂风机上的应用
济南裕兴化工总厂是一家生产硫酸的大型企业，年用电量巨大，如何节约电能已经成为该厂降低成本的重要措施。该厂供风系统采用350kW、380V风机，靠调节风道挡板控制送风量以适应生产负荷的变化。由于投建时风机选型较大，出现“大马拉小车”情况，大部分电能被消耗在风道挡板上，从而使风机效率下降。
该系统在运行过程中采用自耦降压启动方式，但启动电流仍然较大，电机受到的机械、电气冲击较大，经常发生转子笼条断裂的事故。
为了解决上述问题，决定对送风机控制系统进行改造，利用电机变频调速方法实现送风量控制、电机软启动，达到节能和实现稳定控制的目的。
改造方案
在原电机与开关之间增加一套变频装置，并保留了原有工频回路做旁路，其电路结构图如下图所示。
图中，变频器采用希望森兰变频器制造有限公司生产的SB61P375KW矢量型全能王变频器，它是该系统的核心。变频器的输出电压为0～380V，输出频率为0～400Hz。在实际使用中，变频器上限频率设置为50Hz。它由高性能数字处理器DSP控制，功率元件采用IGBT模块，具有输入、输出波形好，谐波小等优点。SB61P变频器保护功能齐全，包含了过压、过流、欠压、缺相、短路、过热、瞬时停电保护等，能有效地保护电机及自身装置，并且可查询出现故障时各参数变化的记录，大大地简化了维护的工作量。
变频器采用高精度调节电位器来给定输出频率，根据需要的风量在现场调速。电位器通过屏蔽线与变频器控制器连接，并且设置了低通滤波器以提高控制精度。通过Y1端口的输出频率信号作为现场监控。由于采用了电气互锁装置，使系统不会出现误操作等意外事故。
采用变频器改造的效果
该系统风机电机为350kW、额定电流629A、2极。原工频工作时，每小时耗电约317kWh（有功）；在投入变频系统运行后，平均每小时耗电207kWh（有功）。通过计算可得出该系统总投资20余万元，每年收益43.4万元，所以该项目投资回收年限只有半年，在生产效率提高的同时，降低了生产成本，效益十分显著。系统使用至今运行稳定，从未出现任何故障。
变频器在氢压缩机上的应用
在工业生产中，压缩空气的使用非常普遍。在工厂内，若干台空气压缩机安装在一处构成一个空压机站。某化工实业有限公司有一空压机站，安装有3台110kW往复式活塞空压机，用来压缩氢气。由于生产上使用氢气的不均匀性，用气量总是在动态变化，有时需要同时运行数台氢压缩机供气，而有时连一台氢压缩机的产气都用不完，但氢压缩机仍在全速运行。氢压缩机在出厂时都配套有排气压力调节装置，储气罐内的氢气压力超过设定压力时，压缩机阀门自动关闭，压缩机进入空转卸荷状态。当储气罐内氢气低于设定的压力时，压缩机阀门自动开启，压缩机又进入满载工作状态。满载时，空压机的工作电流接近电动机额定电流；空转卸荷时，空压机的工作电流约为电动机额定电流的50%。这部分电流并未做有用功，而是机械在额定转速下的空转损耗。虽然这种调节装置也能调节压力，但压力的调节精度低，压力波动大。压缩机总是处于额定转速下工作，机械磨损大，电耗高。
变频恒压供气
降低压缩机转速调节供气压力，是达到压缩机经济运行的有效方法，而变频调速方法，是一种高效的调速方法。考虑在储气罐上安装一只压力变送器，将压力信号反馈到变频器的端子上，构成恒压供气系统，供气压力0.8MPa。本例选用一台森兰SB12S132KW变频器，压力变送气选用森纳斯DG13W=BZ-A，1.6MPa。
变频器控制第一台压缩机，给定调节用变频器上的操作键盘，手动控制第二和第三台压缩机的起动/停止。运行时，第一台压缩机首先变频运行，当变频器的输出频率已达到50Hz，但供气量仍不足时，人工起动第二和第三台的压缩机工作；如供气量大于给定值时，停止第二和第三台的压缩机工作。由于用气量的变化不很剧烈，人工对第二和第三台的压缩机的控制是一种较好的方法。
氢气为可燃性气体，压缩机的工作场地有爆炸危险，SB12S系列变频器的防护等级为IP21，显然不能安装在有爆炸危险的场合。将变频安装在没有爆炸危险的配电房内，用远方控制盒在压缩机旁进行操作，远方控制盒也要考虑为本质安全型的。
效果
压缩机改造完成后经过三个月的运行，达到了预想的目的，供气质量大幅度提高。节能方面，压缩机消耗的轴功率就与压缩机的排气量成正比，可见减少排气量，可节省轴功率。经实测节电率达到26%，取得了较好的经济效益。
小结
交流变频调速技术作为高新技术和电动机控制技术，其应用已渗透到化工行业的各个技术部门，应用技术已非常成熟，并取得了良好的经济效益和社会效益。在化工行业进一步推广普及变频调速技术，将会为加快我国的节能事业做出更多地贡献。
森兰SB60+/61+系列变频器
■无速度传感器矢量控制技术和拟超导技术，0.5Hz可输出100％转矩；
■自动测试电机参数，自动节能运行；
■瞬时停电再启动；
■简易PLC控制，内置PID，简化用户外部电路设计；
■AVR功能，自动调节电压，使电机始终保持最佳运行状态；
■内置RS485通讯接口，同时提供Modbus厂家协议和兼容Uss协议；
■P系列内置一拖多模块，轻松实现多泵控制。(end)
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(10/25/2007) |
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