為節(jié)能降耗，尤其是降低泵和風(fēng)機(jī)等耗電量較大的設(shè)備在工況變化時的耗電量，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，推動節(jié)能減排，促進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展，2009 年某火電廠將19 臺6kV 電機(jī)驅(qū)動、總?cè)萘?410kW 的水泵、風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造，技改后節(jié)電效果顯著，在節(jié)能與環(huán)保方面均獲益匪淺。
一、風(fēng)機(jī)(水泵)高壓變頻基本原理
一些泵(風(fēng)機(jī))經(jīng)常不在設(shè)計工況下運(yùn)行，為滿足新工況要求，同時保證電機(jī)不過載，只能靠關(guān)小泵出口閥門來調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行。水泵經(jīng)關(guān)閥調(diào)節(jié)后，在小流量、高揚(yáng)程(與原工況相對比)的工況下運(yùn)行，泵管壓差增大，單耗增高。如下圖一所示。假設(shè)水泵原來在工況點(diǎn)B 運(yùn)行時，出口閥門處于全開狀態(tài)，出水流量為QB，揚(yáng)程為HB，如果想減少注水量，下降為QA，水泵在沒有安裝任何調(diào)整裝置的情況下，只能通過關(guān)閥調(diào)節(jié)使出水量保持在QA，那么就有QA*(HA-HB )的功損失在出口閥門上，這樣，不僅浪費(fèi)了大量電能，而且出口閥門長期在水流沖擊作用下故障增多，壽命縮短。
如圖三所示為泵的典型的工作曲線，AB 是泵的性能曲線，與額定系統(tǒng)壓力曲線OB 相匹配，在B 點(diǎn)可以得到額定壓力下的額定流量，在該點(diǎn)泵有最高的效率，關(guān)閉閥門可控制流量，當(dāng)流量減小時，泵分別工作在P、Q、R、S 點(diǎn)，此時泵需要在很高的壓差下工作，因此泵的的能量輸出比實際系統(tǒng)需要多得多，多余的能量在閥上表現(xiàn)為熱量損耗，并被液體流動時帶走。用泵的輸出能量除以泵的效率，可以求得對泵的總輸入能量。用調(diào)節(jié)閥控制減小流量，能量損失相當(dāng)大。
利用變頻器調(diào)速，使電動機(jī)驅(qū)動泵在可變速情況下工作，要使得泵的特性曲線與系統(tǒng)在任何流量條件下的需要相匹配，流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，產(chǎn)生的壓差與速度的平方成正比，因此可得一組特性曲線，如圖四所示，無級變頻調(diào)速后可得到AB ～ CD 無數(shù)條水泵特性曲線，管路特性曲線與ABDC 形成的陰影帶任何一個交點(diǎn)，都可作為工況點(diǎn)與外網(wǎng)水量變化相適應(yīng)，在較小的揚(yáng)程下達(dá)到P、Q、R、S 點(diǎn)所對應(yīng)的流量，而且只損失很少的能量，其節(jié)能效果相當(dāng)可觀。
二、風(fēng)機(jī)(水泵)改造技術(shù)方案
從經(jīng)濟(jì)性考慮，對800 ～ 1000KW 以上的風(fēng)機(jī)、水泵，采用6KV或10KV 直接高- 高方式的高壓變頻器;對于400 ～ 800KW 功率等級，采用6KV/660V 進(jìn)線變壓器，660V 變頻器以及660V 電動機(jī);對于400KW 以下功率等級，采用高- 低- 低方案，即采用6KV/380V進(jìn)線降壓變壓器，380V 級變頻器及380V 電動機(jī)。
三、電機(jī)系統(tǒng)改造具體內(nèi)容
變頻調(diào)速節(jié)電，調(diào)速才能節(jié)電，如果一臺設(shè)備在實際應(yīng)用的過程中根本都不需要或不能調(diào)速，裝了變頻器，不但達(dá)不到節(jié)電效果反而會增加能耗。
經(jīng)實測分析，鍋爐送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的電機(jī)額定功率往往高出實際所需軸功率的40%～ 50%，如果通過變頻調(diào)速的辦法把轉(zhuǎn)速降下來，節(jié)能效果顯著。熱網(wǎng)循環(huán)泵系統(tǒng)因設(shè)計時考慮到最大供熱面積的問題，將電機(jī)的流量揚(yáng)程設(shè)計的很大，而在實際運(yùn)行中供熱面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，但卻沒有有效的調(diào)節(jié)手段，造成富裕流量和富裕揚(yáng)程的普遍存在，能量損失在閥門等阻力性元件，造成能量浪費(fèi)，同時考慮到供熱分初寒、嚴(yán)寒、末寒的供熱負(fù)荷變化等問題，對循環(huán)泵電機(jī)采用變頻調(diào)速的辦法，來達(dá)到節(jié)能和控制的目的。
四、電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能計算
1、節(jié)能量分析計算
風(fēng)機(jī)水泵流量變化量，如前所述，采用變頻調(diào)速是節(jié)電之有效的措施。根據(jù)GBl2497 對電機(jī)經(jīng)濟(jì)濟(jì)運(yùn)行管理的規(guī)定有如下的計算公式。
采用檔板調(diào)節(jié)流量對應(yīng)電動機(jī)輸入軸功率P1 與實際流量Q 的關(guān)系為：
公式(1)：輸入軸功率
P1 ≈ [0.45+0.55×(Q/QN)2]P
式中：P——額定流量時電機(jī)輸入功率(kW)
公式(2)：節(jié)電率
R =1- (Q/QN)2/(0.45+0.55×(Q/QN)2)
電機(jī)水泵節(jié)能改造年可節(jié)約電量1601.16kWh
全部設(shè)備變頻每年節(jié)約電費(fèi)總計：(電費(fèi)按0.3814 元/ kWh 計算)
按2007 年國家統(tǒng)計局每度電折0.35 千克標(biāo)準(zhǔn)煤( 電力等價) 計算，可做到節(jié)約標(biāo)煤計算辦法如下：
1601.16 萬kWh×0.3814 元= 610.68 萬元。
2、減排計算
折標(biāo)煤計算：按2007 年國家統(tǒng)計局每度電折0.35 千克標(biāo)準(zhǔn)煤( 電力等價) 計算，可做到節(jié)約標(biāo)煤計算辦法如下：
1601.16 萬kWh× 0.35 千克 =5604.06 噸標(biāo)煤
減少CO2 排量：
GCO2=G 節(jié)標(biāo)(t)×710(kg)×10-3×CO2 分子量/C 分子量=5604.06×0.710×(12+16×2)÷12= 14589.08 ( 噸/ 年)
減少SO2 排量：
依據(jù)《國發(fā)[2007]36 號》文公布的SO2 排放量計算方法：
GSO2=S 原煤×Q×C×K
=1.53%×5604÷0.373×0.8×2
= 367.8(噸/ 年)
(注：S：硫含量;Q 原煤量;C：SO2 轉(zhuǎn)化因子，取0.8;K：SO2 當(dāng)量系數(shù)，取2)
五、結(jié)束語
從某廠變頻改造后的運(yùn)行情況來看，節(jié)能減排效果非常明顯，提高環(huán)保和社會貢獻(xiàn)率，值得大力推廣。
變頻改造是降低廠用電率、輔機(jī)耗電率的一種方式，而且節(jié)電效果明顯，但變頻設(shè)備價格較貴，投資回報的周期較長，因此節(jié)能降耗工作應(yīng)采取多種方式和途徑。針對目前基建的機(jī)組建議考慮直接上相應(yīng)的節(jié)能系統(tǒng)，在設(shè)備整體投入和設(shè)備安裝上較便利，早投入，早回報。
