三、作者孔宏伟-风机变频调速节能技术计算.docx

风机变频调速节能技术计算通过近期对我真空制盐项目自备电站中，锅炉引风机、鼓风机的节能方案的一系列探讨，初步确定根据变频器厂家节能方案参考，设计单位方案审核后，确定我方电站风机，乃至制盐、矿山等符合工艺要求情况下的设备，是否采用变频调速技术。现就电站风机变频调速技术与风门调节方案做如下比较，以求比较准确的预估实际运行条件下的节能情况，为后期方案的进一步实施做参考。1. 风门开度与风量的关系风机的风门开度（叶片角度）与风量之间的关系是非线性的，不同类型的风机开度（叶片角度）与风量之间的关系也是不一致的。以离心式风机为例，离心式风机在不同的风门开度时的特性曲线之间的间隔是不均匀的，也就是说线性度较差。可以画一条阻力曲线，与不同风门开度的特性曲线的交点即为不同风门开度时的工作点，由各个工作点读出的风门开度、风量及风压的关系数据见表1.离心式风机的风门开度风量曲线的线性较差。小风门时，随着风门的大小，风量增大很快。当风门开度大于50以上时，风量增大的速度明显放慢，当风门开度大于75以上时，风量增大已不太明显，因此风门开的较大时，实际上的节电效果已经微乎其微。在知道了不同工况下的风门开度时，就可以用查表的方法，求出风量和风压值，并依此作为节能计算的依据。当然还可以用三角函数法、开平方法的标么值计算，均存在一些误差，那么如何得出准确的风量、风压值对于节能效果的计算就相当关键了。表1 离心式风机风门开度与风量，风压和节电率的关系风门开度（度）风门开度（%） 风量（%） 风压（%） 节电率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.不同风量和不同控制方式时的轴功率由于现场数据调查表中提供的风机轴功率一般不是风机的额定轴功率，而是电动机的额定输出功率；而用风机的额定风量、风压和效率来计算风机的额定轴功率，又因为没有风机效率数据以及给出的风量和风压数据明显有误，所以也不是风机真正的额定轴功率：即使有风机的额定轴功率数据，由于锅炉的阻力曲线也不能精确计算，所以当风门全开时的风机轴功率与其额定轴功率也会有出入：如风道的阻力过大，则因为风压增大，会使风机的轴功率超过其额定轴功率；反之如风道的阻力过小，则因为风压减小，而会使风机的轴功率低于其额定轴功率等等。因为工程中不乏这样的案例：有的风机在风门全开运行时，其电动机的电流还远远小于额定电流；而有的风机在风门开度尚不到50时，其电动机已因过载而跳闸了。计算当风门全开时的风机轴功率，这个数据对于节能计算来说又是至关重要的。很多的节能计算出现较大误差的原因主要就是不能精确的计算出当风门全开时的风机轴功率。工程上有一种计算方法算出的风门全开时的风机轴功率较为准确，即根据某一风门开度时的电动机运行功率来反推风门全开时的风机运行功率(包括电动机的损耗)。表2 离心式风机系统在不同风量（风门开度）和不同控制方式时的轴功率风门开度（%） 风量风量（%PE） 入口门控制（%PE） 出口门控制（%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.调速范围的确定 当风机采用转速调节时，其风量和风压可用比例定律计算，在确定调速范围时应兼顾风量和风压的要求，一般这时将风门开到最大，仅用转速来调节风量，并留有一定的风压裕量。所以一定要知道生产工艺所要求的最小风压，作为确定最低转速的根据。我项目电站： 烟、空气量： A：一次风量：75000Nm3/h；一次风压：11570PaB：二次风量：75000Nm3/h；二次风压：9750PaC：引风量： 173140Nm3/h；锅炉本体阻力：3440PaD：返料风风量：1000Nm3/h，风压：25000Pa；返料风机数量为两只，一开一备。设计院选取一次风机可按照60%的总风量来选取，以适应煤种的变化，及一次风量为90000Nm3/h。按照：工况标况气体换算公式：（P1V1）T1=（P2V2）T2P1：标况压力，以标准大气压取值=101.325KPaV1：标况流量，T1：标况温度，取值273.15P2：工况压力=（表压Mpa1000+P现）Kpa V2：工况流量， T2：工况温度，273.15+实际温度推导出： V2=P1V1T2P2T1 V2=标准大气压V1（273.15+实际温度）（表压Mpa1000+P现）273.15 P现为现场实际大气压，近似按标准大气压取值，表压按照全压的80计算，假设一次风机14.872KPA，二次风机12.71 KPA，引风机6.48 KPA，故:通过计算，额定工况下一次风量应为85376方，二次风量57996方，引风机为177031方。风道阻力和烟、风道的漏风量各按照10考虑，风量备用系数选1.2，那么实际运行风量接近于一次风102451方，二次风69595方，引风机212437方。由于我方已选风机一次风机入口风量131550方，二次风机109600方，引风机380000方，则预计额定负荷下，工频调节时阀门开度接近于77.9，二次风机开度63.5，引风机为55.9。实际上，就本项目而言，从额定风压、考虑的裕量及风门开度都已经假设的较大了，实际运行量可能小于以上数值。实际风量站额定风量的比值越小，采用变频调节时节能效果越明显。可见节能潜力较大。当然， 当最小风压要求低于最小风量要求时，可以风量要求为准。注意：这只是最低转速，不能作为节能计算的转速依据；节能计算时应以中心调节频率为准，中心调节频率则为最低频率和额定频率(50Hz)的中心值。如最低调速频率为3OHz，则中心调节频率为40Hz，为额定转速的80。4.节能效果的计算风机的调速节能效果计算比较简单，由于风机系统一般不存在反压，所以风机调速运行时消耗的电功率可以直接用比例定律求得。注意使用的工频运行电功率应为采用风门调节时风机实际消耗的电功率，而不是电动机的额定电功率。而转速也应为中心调节频率(转速)，而不是最低(频率)转速。关键的是要根据风门开度数据测算出准确的风量数据，才能准确算出节电率来。最准确的是根据各种工况下的风量、风压和电动机电流数据进行计算：其次是根据风机的特性曲线以及风门开度和电流数据进行计算，风门开度决定节电率，而电动机电流的大小则决定节电量；最后就只能根据风门开度数据用查表法和函数逼近法算出风量来，然后根据风量与转速的一次方成正比，轴功率与转速的三次方成正比进行计算了。不论用哪种方法计算，风门开度的准确性都是致关重要的，其次就是风量的计算尤为关键。具体到我项目自备电站风机中，145吨循环流化床锅炉，鼓风机、引风机均留有裕量较大，根据制盐车间蒸汽需求，假设在90负荷条件下入口风门开度为66.7时运行12小时，80负荷条件下入口风门开度为55时运行8小时，50负荷条件下入口风门开度为45运行4小时（低于45风门开度无法运行）：计算一下我方采用变频调速时的节电率：一次风机（锅炉风机）风机型式及型号：（1）型式：单吸；转子安装型式：单支撑；（2）型号：AGX1302A19D。风机参数：序号项目名称数 值 备 注1风机入口流量(m3/h)131550-2风机全压(Pa)18590-3进风温度（）20-4空气密度（kg/ m3）1.06-5风机选用功率(kW)1000-6风机全压效率（%）80.40- ：（1） 电动机的型号：YKK560-4 （2） 电动机的规范：额定功率：1000KW。 额定电压：10KV； 额定转速：1480 r/min ； 外壳防护等级:IP54； 设备名称：二次风机（锅炉风机）风机型式及型号：（1）型式：单吸；转子安装型式：单支撑；（2）型号: AGX130-217.5D。 风机参数：序号项目名称数 值 备 注1风机入口流量(m3/h)1096002风机全压(Pa)158903进风温度（）204空气密度（kg/ m3）1.06-5风机选用功率(kW)710-6风机全压效率（%）80.70-7风机转速（r/min）1480-传动装置的型式及规范：（1） 型式：箱式、轴承冷却方式为开式外循环水冷 ； （2） 轴承型号/数量： SKF22324。驱动装置型号及规范：（1） 电动机的型号：YKK500-4（2） 电动机的规范：额定功率：710KW ； 额定电压：10KV； 额定转速：1480r/min； 外壳防护等级:IP54 ； 设备名称：引风机（锅炉风机） 风机型式及型号：（1）型式：单吸；转子安装型式：双支撑；（2）型号：AYX1305A26F。 风机参数：序号项目名称数 值 备 注 1风机入口流量(m3/h)380000- 2风机全压(Pa)8100- 3进风温度（）130- 4空气密度（kg/ m3）0.77- 5风机选用功率(kW)1250- 6风机全压效率（%）86.20- 7风机转速（r/min）980-传动装置的型式及规范：（1） 型式：箱式、轴承冷却方式为开式外循环水冷 ； （2） 轴承型号/数量： SKF22332。 驱动装置型号及规范：（1） 电动机的型号：YKK630-6 （2） 电动机的规范：额定功率：1250KW。 额定电压：10KV； 额定转速：980 r/min ； 外壳防护等级:IP54； 以一次风机为例：风机全压：18.59KPA， 运行风压：11.57KPA额定风量：131550方 满负荷运行风量：102451方额定电流：70 A 满负荷运行电流：45A额定转速：1480 功率因数：0.86额定全压效率：80.4 变频器效率：0.96那么首先确定调速范围，风机采用变频调速时，风门全开，全速运行时全压18.59KPA，根据比例定律，为保证最低风压11.57KPA时为额定转速的62.2，为留有一定裕量，最低转速取额定转速的65（962转每分），变频器的最低输出频率为32.5赫兹。1）. 90负荷条件下入口风门开度为66.7，由表1查得风量按88.3运行，变频至88.3转速下（44HZ）运行，此时风压为15.62KPA，满足最低风压要求，由表2查得此时电动机功率接近为全风量功率的79。风机在90负荷时，运行电流43A，电动机的功率为P1=1.73210000430.84=626KW当风机在88.3转速下运行时，其消耗的电功率为P2=6260.790.8830.8830.8830.96=568KW，则节约电功率58KW2） 80负荷条件下入口风门开度为55，由表1查得风量按85.5运行，变频至83转速下（42HZ）运行，此时风压为12.80KPA，满足最低风压要求，由表2查得此时电动机功率接近为全风量功率的73。风机在80负荷时，运行电流41A，电动机的功率为P1=1.73210000410.84=597KW当风机在85.5转速下运行时，其消耗的电功率为P2=5970.730.8550.8550.8550.96=532KW，则节约电功率65KW3） 50负荷条件下入口风门开度为45，由表1查得风量按81.7运行，变频至81.7转速下（40HZ）运行，此时风压为12.64KPA，满足最低风压要求，由表2查得此时电动机功率接近为全风量功率的71。风机在50负荷时，运行电流35A，电动机的功率为P1=1.73210000350.84=509KW当风机在81.7转速下运行