变频节能技术及其应用.pdf

创 新 与实践 石 油 化 自 动 化 ．2 0 0 2 ．5 9 3 A L ． T M AT I N 1 I 】 ETR _ CHEM l t 、 AI 1 I U STR Y 变 频 节 能 技 术 及 其 应 用 杨 国 西南油 气 } } ] 分公 司 J I J 两北 净 化厂 ． 四J I J江 油 6 2I 7 0 9 摘 要 介绍 风机 水 泵的变频 节能 技术 ． 蛑通过 实 例 ． 阐述 了先进变频 系统 At _、 6 0 0在风 机控 制应用 中 的显著 效果 以及所 带 来的 巨大的经 济效 益 。 关 键 词 风 机水 泵 ； 变频 控制 系统 ； P l J c； 速度控 制 中图分 类号 T P 2 7 3 文献标 识 码 } { 文 章编 号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 0 2 0 5 0 0 9 3 0 3 风 机 水 泵 广 泛 应 用 于 工 农 业 生 产 中 ， 数 量 多 且 耗 能 巨 大 。据 统 计 ， 风 机 水 泵 的 电 机 每 年 耗 电量 占 全 国 总 用 电 量 的 3 0 左 右 ， 占 工 业 用 电量 的 5 0 左 右 。但 是 ， 其 使 用 中 有 很 多 不 尽 人 意 之 处 ， 蕴 藏 着 很 大 的节 能潜 力 。挖 掘 此 潜 力 ， 对 工 业 企 业 降 低 能 耗 、 提 高 经 济 效 益 具 有 重 要 意 义 。 1风 机 的 特 性 及 参数 [ 2 风机 的 特 性 曲线 H一 ， ’ q 。 如 图 1所 示 。 基 本 参 数 如下 图 1 风 机 特 性 曲线 H一 _， ’ q 、 t H H H f1 1 式 中 H 风 压 ， P a ； H 静 风 压 ； H l 动风 压 ； q v 风 流 量 ， m。 ／ mi n 。 风 机 轴 输 入 功 率 P 为 PF一 9 ． 8 q r H ／ 6 0 l 0 0 0 一 q vH ／61 2 0 2 式 中 一一 风 机 效 率 拖 动 风 机 的 电机 轴 输 出功 率 P 为 PM PF 、 H／ 6 1 2 0 r ／ F 3 式 中 、 一 传 动 机 构 效 率 ， 直 接 传 动 为 1 ． 0 ， 皮 带 传 动 为 0 ． 9～ 0 ． 9 5 ， 齿 轮 传 动 为 0 ． 9～ 0．9 7 在 风 机 效 率 不 变 的前 提 下 ， 离 心 式 风 机 或 离 心 式 水 泵 ， 其 H、 q 及 P 与 转 速 ”的关 系 如 下 。 qv O C H o cn 。PF o cn 。 4 由式 4 可 见 ， 当转 速 7 1 下 降 时 ， 轴 功 率 P 将 迅速 下 降 。假 设 将 流 量 下 降 2 0 ， 用 调 速 的 办 法 使 下 降 2 0 ， 则 风 机 轴 功 率 P 将 降 为 原 来 的 5 1 ． 2 。 当 下降 时 ， 风 机 效 率 也 要 下 降 ， 实 际 轴功 率 P 要 高 于 式 4 的 计 算 值 。 即 使 这 样 ， 节 能 效 果 也 十 分 可观 。 因此 ， 风 机 水 泵采 用 调 速 控 制 流 量 ， 是 一 种 十 分 有 效 的 节 能 措 施 。 2管 网风 阻特 性 风 流 量 与 管 网所 形 成 的 通 风 阻 力 之 间 存 在 着 一 定 的 比例 关 系 ， 我 们 称 之 为 管 网 风 阻 特 性 ， 特 性 风线 如 图 2所 ， 表 达 式 如 式 5 所 列 。 ∞ 图 2 风 阻特 性 曲 线 h Rq v 式 中h 一 通 风 阻力 ， P a ； R 风 阻 系数 。 5 收稿 日期 2 0 0 1 O 5 2 4 ； 修改稿 收到 日期 2 0 0 2 0 4 2 9 作 者简 介 杨 国 1 9 7 4 一 ． 男 ， 四J I 『 三 台人 ． 1 9 9 8年 毕业 于 沈 阳工 业学 院 自动 控制 系工 业 自动 化专 业 ． 获工 学学 士学 位 ． 现就 职 于西南 油气 田分 公 司川 西北净 化 厂 ， 主 要从 事仪 表应 用工 作 ． 任助 理 工 程 师 。 维普资讯 石油化 工 自动化 风 阻特 性 曲 线 与 风 机 特 性 曲 线 可 画在 同 一 坐 标 上 ， 两 者 的 交 点 就 是 风 机 在 此 管 网 的 工作 点 。 如 果 改变转速使 Hf q 曲线 下移 ， 则相应 的交 点 和 q 值 都 将 随之 发 生 改 变 。 3调 速 节 能 原 理 见图 3 ， 分析如下 。 H 糖 a 研 O 2 q v t 口 ／ m3． ai ff 图 3调 速 节 能 原 理 图 与 h f q 交 于 A 点 ， 对 应 风 量 q Ⅵ。此 时 风 机 轴 功 率 P 与 矩 形 q AH 0的 面 积 成 正 比。 若 欲 将 风量减半 ， 使 用挡 板控 制 时 ， 则 新 的 h 一f q v 曲线 与 H f q 曲线 相 交 于 B点 ， 此 时 风 机 轴 功 率 P 正 比于 矩 形 q B H 0的 面 积 。 由 图可 见 ， 两 者 面 积 相 差不 大 。 如 果 采 用 调 速 方 法 将 风 机 转 速 降 为 ， z ， 对 应 的 H 一f q 曲线 与 h f q v 曲线 相 交 于 C 点 ， 此 时 与 风 机 轴 功 率 Pr成 正 比 的矩 形 的面积 q 。 CH。 0明显 减少 。这说 明轴功率下 降了 很 多 ， 节 能 效 果 十 分 明 显 。 出风 口挡 板 控 制 与 调 速 控 制 比较 见 表 1所 列 。 4 A CS 6 0 0变频 调 速 系统 在 锅 炉 鼓 引 风 机 控 制 中 的 应 用 西 南 油 气 田分 公 司川 西 北 天然 气 净 化 厂 ， 主 要 担 负 着 中坝 “ 雷 三 气 藏 ” 含 硫 天 然 气 的净 化 处 理 任 务 ， 日处 理 含 硫 天 然 气 量 1 2 0 0 k m。 。该 厂 共 有 两 套 s QZ 2 0 2 5 ／ 4 0 0型燃 气 锅 炉装 置 ， 蒸 发 量 均 为 2 O 图 中 曲线 H 为 恒 速 下 H --_f q 曲线 ，其t ／ h ， 保 证 全 厂 生 产需 要 。 表 1 两 种 控 制 方 式 的 综 合 效 率 对 比 表 风 机 风 流 量 ， 1 0 0 电输入 ， 挡 板控 制 1 0 7 ． 0 1 0 3 ． 5 9 9 ． 5 调 速控 制 1 0 8 ． 0 7 9 ． 0 总损耗 ， 挡板控 制 7 ． 0 调速控 制 8 ． 0 效 率 ． 挡板 控制 9 3 ． 5 调速 控制 9 2 ． 6 3 0．6 6．1 7 0．4 92 ．3 5 6．O 4 8．3 4．8 51 ．5 91 ．4 95． O 38 ．O 6 0． 7 3．7 36．1 9O． 3 89． 5 8 4． 50 77 ．5 25． O l5 ．O 9 ．O 6 9．9 71 ．5 71 ．1 3． 4 2．5 2 ．6 2 4．1 l 4． 9 8 ．3 8 6．4 83． 3 7l _l 71 ． O 5． O 6 8． 3 2． 3 3． 8 5 4． O 4 ． 1 锅 炉 系统构 成 及 简介 锅 炉 系统 主 要 包 括 蒸 汽 系 统 、 软 化 水 处 理 系 统 、 给水 系统 、 燃 烧 系 统 、 排 污 系 统 、 凝 结 水 系统 、 冷 却 水 系 统 及 疏 水 系 统 、 仪 表 控 制 系 统 。燃 烧 系统 天 然 气 由工 艺 系 统 来 ， 经 过 滤 分 离 ， 调 节 压 力 至 0 ． 3 MP a ， 送 至炉前控制 阀 ， 再将 压 力降 至 0 ． 0 3 ～0 ． 0 5 MP a ， 送 至 燃 烧 器 。空 气 由 鼓 风 机 从 锅 炉 顶 部 吸 人 ， 经 地 下 风 道送 至 炉 前 风 箱 ， 经 调 风 与 天 然 气 混 合 ， 进 入 炉 膛 燃 烧 。 烟 气 由 引 风 机 经 地 下 烟 道 引 出 ， 送 人 4 5 m 高 烟 囱 ， 排 人 大 气 。 4 ． 2控 制 方 案 原 来 鼓 、 引 风 量 由 风 机 出 风 口挡 板 控 制 ， 人 为 操作 ， 鼓 、 引风机满负荷运行 。操作不便 ， 且风余 量 大 ， 极 大 浪 费 能 源 。采 用 AB B公 司 的 AC S 6 0 0变 频 调 速 系统 后 ， 所 需 风 量 由 变 频 器 通 过 控 制 鼓 、 引 风 机 转 速 来 调 节 ， 从 而 方 便 操 作 ， 降 低 能 耗 。 ACS 6 0 0有 手 动 ／ 自动 控 制 、 P I D 控 制 、 转 矩 控 制 、 顺 序控制等 多种控制方式 。经分析研究 ， 决定采 用 手动／ 自动控制 ， 手动控制信号 由电位器给定 ， 自动 控 制 信 号 由 调 节 器 给 定 。变 频 器 本 身 不 做 P I D控 制 ， 只做 速 度 控 制 ， P I D 控 制 由 调 节 器 来 完 成 。 调 节器输 出信号 4 ～2 0 mA 作 为变频 器模 人 信号 ， 对 应 地 用 来 控 制 转 速 。其 中 ， 炉膛 负 压 调节 器 输 出 信号作 为引风机模人 信号 ， 烟气 氧含 量调节器输 出 信号作 为鼓风机模人信号 。采用这种控制方式 ， 控 制 简 单 、 易 操 作 、 可 靠 性 高 。 4 ． 3安 全 保 护 系统 锅 炉 控 制 系 统 中 有 P L C联 锁 保 护 系 统 ， 用 以 保 证 锅 炉 安 全 运 行 。采 用 AC S 6 0 0后 ， 原 来 引 入 P L C 的鼓 、 引 风 机 停 机 信 号 无 法 直 接 送 人 P L C 系 统 。系统联 锁后 ， P L C也 无法 将停 机 指令 直 接 送 给鼓 、 引 风 机 。 因此 ， 在 AC S 6 0 0上 加一 套 P L C 系 统 。一旦鼓 、 引风机停机 或变频 器 出现故 障 ， 即报 综 合 故 障 信 号 ， 送 人 P L C 中 鼓 、 引 风 机 停 机 这 两 点 。接 收 到 此 信 号 ， P L C 立 即联 锁 ， 锅 炉 系 统 停 炉 ， 保 证 锅 炉 安 全 。如 果 锅 炉 因 汽 包 液 位 低 、 炉膛 维普资讯 第 5期 杨 目 ．变频 节能技 术 及其 应用 负压超高 或超 低 、 炉膛 熄火 等原 因引起 P I 、 联 锁 时 。 PI C立 即送 出 鼓 、 引 风 机 停 机 指 令 。 另 外 ， 为 保 证 锅 炉 安 全 运 行 ， 在 变 频 器 P I C程 序 设 计 中 启 动 时 ， 必 须 先 启 动 引 风 机 。 2 rai n后 ／ j J 能 启 动 鼓 风 机 ； 停 机 时 ， 必 须 先 停 鼓 风 机 ， 5 rai n后 才能停引风机 。当调 器故障时 ， 模人信号可通 过 电位器手动给定 。排 除故障后 ， 恢 复为调 节器 自动 给 定 。 当变 频 器 故 障 时 ， 可 投 入 工 频 状 态 运 行 。排 除故障后 ， 恢 复为变频状态运行 。从 而更有效地保 证 了锅 炉 的 安 全 运 行 。 4 ． 4 安 装 调 试 安 装 完 成 后 先要 进 行 调 试 。调 试 前 。 先 检 查 所 有 连 线 是 否 正 确 ， P L C程 序 是 否 正 确 ， 并 对 所 有 输 入 、 输 出 信 号 进 行 校 验 。调 试 分 离 线 不 带 电 机 调 试 和 在 线 带 电 机 调 试 。 离线调试 先 试 P I C逻辑 是 否合 理 。再逐 ⋯ 给定信号 ， 观察 并记 录输 出是 否 准确 、 线性 是 否 良 好 。记 求 下 频 率 、 电压 、 电 流 、 功 率 输 出值 。 在 线 调 试 先 试 I 频 运 行 是 否 正确 。调 试 变频 运 行 时 ， 先 试 风 机 转 向 是 否 正 确 。 冉 试 逻 辑 是 否 合 理 。然后逐一给定信 号 。 观察变频器 及电机运行情 况 。记录下频率 、 电压 、 电流 、 功率 输 出值 ， 与 离线 时 记 录 值 相 比较 ， 看 输 出 是 准 确 ； 线 性 是 否 良好 。 5 结 束 语 AC S 6 0 0变 频 系 统 自投 运 以 来 ， 运 行 状 况 良 好 。既 保 汪 了 装 置 安 全 平 稳 运 干 f ， 又 节 约 能 耗 约 3 。 取 得 了 很 好 的 安 全效 益 和经 济 效 益 。 参 考 文 献 l ， i 春恒 ．中 目能 源 统 计 年 鉴一 M2 ．北 京 中 国统 计 出 版 社 ． 1 9 9 0 ． [ 2 ]李宗纲 ．节 能技 术 M] ．北 京 兵 器 1 业 出版 社 ． 1 9 9 1 ． 8 4 85 ． 】 风 机 水 泵 渊 速 节 能 手 册 r M ] ．北 京 棚． 械 、 出 版 社 ， l 9 8 7 ⋯一 一 ‘ 一一一 ‘ 一 一一 “⋯一 一一■一 一一一 ～⋯～～～- 4 - 一一” - 4 -一一十一 ～一～～1 ． 一 H 一一⋯H一 H 一 国 家科技 部 中国 科技 论文 统计 源期 刊 中国科 技核 心 期刊 中 国石化 集 团公 司核心 科 技期 刊 中 国石 化 集 团公 司 2 0 0 1 年 科 技期 刊评 比一 等 奖 欢 迎 订 阅 合 成 树脂 及 塑料 合 成 树 脂 及 塑 料 创 刊 于 1 9 8 4年 ， 经 国家 科 委 批 准 在 国 内外 公 开 发 行 ， 由北 京 燕 山 石 油 化 工 有 限 公 司研究 院 、 中国石化 集团公 司合成树脂新 产品联合开发 中心 、 橡塑新 型材 料合成 国家工程研 究 中心联合 主 办 ， 是 我 国惟 一 报 道 合 成 树 脂 研 制 、 生 产 与 加 工 应 用 全 过 程 的专 业 科 技 期 刊 。 它坚持面 向生产 、 面 向企业 、 面 向市场 ， 宣传报道 、 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