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

作者:本网编辑 文章来源:《流程工业》(化工) 发布时间:2010-07-05

变频调速技术是目前世界公认的电机节电技术之一,具有调速范围宽、调速精度高、动态响应快、运行效率高、系统功率因数高、操作方便等一系列优点,也成为当今改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量、推动技术进步的主要手段之一。在化工行业中,变频调速技术广泛应用于风机、泵类、搅拌机、离心分离机、压缩机等电机系统与设备。


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。


“变频器可通过降低电机转速减少输出功耗,实现‘按需供能’。”--希望森兰变频器制造公司副总工程师 杜俊明

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。

0
-1
收藏
/
正在提交,请稍候…