变频技术在化工行业节能改造中的应用

变频技术在化工行业节能改造中的应用2008-2-321:15:00来源：中国自动化网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。