变频器在球团矿生产中的节能应用

赵士杰+刘欣

摘要：莱钢集团矿建公司60万吨球团厂自2004年建厂来，一直使用调节风门、挡板、调节阀的方法，控制风量和水量，运行成本较高。2015年将厂内水泵和部分风机改成变频器控制，降低了运行成本，取得了较好的绩效。

关键字： 变频器 节能 风机 泵

一、引言

在工业生产和产品加工制造业中，风机、泵类设备应用范围广泛；其电能消耗和诸如阀门、挡板相关设备的节流损失以及维护、维修费用占到生产成本的7%～25%，是一笔不小的生产费用开支。随着经济改革的不断深入，市场竞争的不断加剧；节能降耗已成为降低生产成本、提高产品质量的重要手段之一。

二、综述

通常在氧化球团矿的生产中风机设备主要用于烘干系统、冷却系统、通风系统及除尘系统等场合，根据生产需要对链篦机内压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。

同样，泵类设备在球团矿的生产中也有着广泛的应用，主要应用在工业水循环系统。而且，根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样，不仅造成大量的能源浪费，管路、阀门等密封性能的破坏；还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀，严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。

风机、泵类设备多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现风机、泵损坏，同时电机也被烧毁的情况。

近年来，出于节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求，加之采用变频调速器（简称变频器）易操作、免维护、控制精度高，并可以实现高功能化等特点；因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板、阀门的控制方案。

三、变频器调速技术简述：

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。

四、节能计算

对于风机、泵类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算： 1、根据已知风机、泵类在不同控制方式下的流量-负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计算。

以一台IS150-125-400型离心泵为例，额定流量200.16m3/h，扬程50m；配备Y225M-4型电动机，额定功率 45kW。根据运行要求，水泵连续24小时运行，其中每天11小时运行在90%负荷，13小时运行在 50%负荷；全年运行时间在300天。

则每年的节电量为：W1=45×11×（100%-69%）×300=46035kW·h

W2=45×13×（95%-20%）×300 =131625kW·h

W = W1+W2=46035+131625=177660kW·h

每度电按0.5元计算，则每年可节约电费8.883万元。

2、根据风机、泵类平方转矩负载关系式：P / P0=（n / n0）3计算，式中为P0额定转速n0时的功率；P为转速n时的功率。

以一台成品系统的22 kW除尘风机为例。运行工况仍以 24小时连续运行，其中每天11小时运行在90%负荷（频率按46Hz计算，挡板调节时电机功耗按98%计算），13小时运行在50%负荷（频率按 20Hz计算，挡板调节时电机功耗按70%计算）；全年运行时间在300天为计算依据。

则变频调速时每年的节电量为：W1=22×11×[1-（46/50）3]×300=16067kW·h

W2=22×13×[1-（20/50）3]×300=80309kW·h

Wb = W1+W2=16067+80309=96376 kW·h

采用擋板开度调节时的节电量为：W1=22×（1-98%）×11×300=1452kW·h

W2=22×（1-70%）×11×300=21780kW·h

Wd = W1+W2=1452+21780=23232 kW·h

相比较节电量为：W= Wb-Wd=96376-23232=73144 kW·h

每度电按0.5元计算，则采用变频调速每年可节约电费3.657万元。理论节电率达42.1%，通过测算变频器节能实际节电率约为30%（详见实际运行情况测算）。

四、实际运行情况测算：

经过实际测算某泵站4台水泵及1台除尘风机运行参数如下：

经过实际测算，此泵站与除尘风机使用变频器后节电率约为29%。

五、结束语

风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术，受到国家政府的普遍重视，《中华人民共和国节约能源法》第39 条就把它列为通用技术加以推广。莱钢矿建公司60万吨球团厂自2015年6月，将水泵、部分风机改为变频器控制后，使用效果良好，设备运行稳定，是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，并且因此而大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显，值得大力推广。endprint