粉针车间空调风机节能改造

摘要：企业为了在激烈的市场竞争中处于优势地位，降低生产成本，提高效益一直是企业追求的目标。因此节能工作被视为企业降低生产成本的重要途径。我公司由于一直从事抗生素的生产，与此相关的设备中有大量的电机类设备，电机类负载用电量已占到我公司全部用电量的70%，近几年企业采取了有效措施，通过更换高效率电机，降低无功损耗，加强设备维护来节约用电起到了一定作用。但我公司设备中存在大马拉小车现象比较严重，而泵类、风机类负载尤其突出。近几年由于大功率电子器件在技术上取得了较大进步，变频器已被广泛应用于工业设备。变频器具有无级调速，高起动转矩，易于控制和良好的节能性等特点。本文从这方面出发浅谈变频器在空调风机上的应用。

关键词：风机 变频 节能 改造

我厂粉针车间空调风机使用Y180L-4 22KW电机和Y180M-4 18.5KW电机各一台。为保证室内空气洁净度的要求，每天24中时运行，周六、周日仍正常运行。造成了风机在不生产期间仍在工况下运行，浪费严重。又因风机容量较大，在正常生产情况下电机运行电流仅为24A，实测负荷率为50%，风机机组效率为37%，运行效率低，进一步加大了浪费。

近段时期粉针车间开工较足，这一问题日益突出，为解决这一问题并从长运考虑，决定选用变频器改造现有设备。只所以选用变频器是因为：

1、变频器具有节电效果明显，调速平稳，易于实现控制等优点；

2、为了突出节能效果，在粉针车间下班后，将风机转速调低，可进一步节能(一般情况下风量降低为80%，节能达50%)，但仍保证生产车间各室符合工艺要求，如压力，洁净度等，这一数据须在设备安装后进行测试，如果用有级调速很难实现风机在晚间运行在最佳状态。而变频器由于在低速情况下有很好的转矩特性，又可实现无级调速，易于实现上述要求。

一、变频器容量的选择：

粉针车间空调风机在正常情况下运行电流为24A，负载率为50%，而变频器在驱动风机、水泵类等减转矩负荷时可以用较小容量变频器驱动大容量电机 ，这时只须保证电机额定电流小于变频器在变转矩情况下输出的额定电流。(变频器实际输出容量小于变频器容量)

现以22KW送风机为例进行计算：

(一)实际运行情况：

I=24A(实测) U=0.38KV 查<异步电动机最佳运行参数表>

I=24.733A COSφ=0.7312 In=42.5A

P1=√3UICOSφ

=*0.38*24.733*0.7312

=11.90K

正常情况下电机实际输出功率为11.90KW。

(二)变频器装置的容量

PVD=KPn(N/Nn)3 <风机水泵调速节能手册>

N：实际转速 <变频调速器在微机控制锅

炉补水系统中的应用>

Pn：电机实际输出容量

K：装置容量综合系数 1.15

PVD：变频器容量

PVDMAX=1.15*11.90*1=13.865KW

(三)变频器选型：

现今变频器以国外进口为多。如日立、丹佛斯、伦茨、ABB等，性能高但价格高。国产变频器价格低，性能稍差。日立J300变频器在同类进口变频器中价格较低，采用无速度传感器矢量控制，具有高起动转矩，且具有适合风机、水泵的自动节能运行。较为合适。

型号为：日立J300-150HFE

变转矩时：UN=380V IN=44A PN变=15KW

由以上计算可知：IN变频器>IN电机

PN变>PNDMAX

因此选用J300-150HFE 15 KW变频器可满足要求。

(四)回风机18.5KW 选用J300-150HFE 也可满足要求，计算略。

二、节能效果：

(一)22KW送风机：

1、正常运行情况下电机所需容量：P1=11.90KW

2、改造后：(设电机输出功率保持不变)

COSφ=0.95 U=0.38KV P1=11.90KW

I2=P/(√3U COSφ)

=11.90/(√3*0.38*0.95)

=19.0366A

3、在保持输出功率不变的情况下电流由24.733A降为19.037A，所节省电能为：

P节=√3U(I1-I2)COSφ

=√3*0.38*(24.733-19.037)*0.95

=3.5614KW

(二)18.5KW回风机：

1、现行情况：

I=24.2A U=0.38KV ，查<异步电动机最佳运行参数>，I3=24.692A COSφ=0.777

P3=√3UI3COSφ3

=√3*0.8*24.692*0.777

=12.628KW

2、改造后：

COSφ=0.95 U =0.38KV P3=12.628KW

I4= P3/(√3U COSφ)

=12.628/(√3*0.38*0.95)

=20.196A

3、在保持输出功率不变情况下电流由24.2A降为20.196A所节省电能为：

P节=√3U(I3-I4)COSφ

=√3*0.38*(24.2-20.196)*0.95

=2.504KW

(三)非生产情况下节能分析：

下班后，可将风机转速降低，这时只需保持室内压力及洁净度即可。一般情况下转速下降到20%时，最高运行效率几乎不变，但节能效果却非常显著。

P=(K3*PN)/η

1)K=N/NN N:实际转速 NN：额定转速

N∝f K∝f

2)η：效率

3) P：电机所需功率

1、22KW送风机节能情况

频率

50

49

48

47

P输出

11.90

11.20

10.52

9.884

P节

0.699

1.372

2.016

频率

46

45

44

43

P输出

9.266

8.675

8.110

7.569

P节

2.634

3.225

3.790

4.331

频率

42

41

40

P输出

7.053

6.561

6.093

P节

4.847

5.339

5.807

2、18.5KW回风机节能情况

频率

50

49

48

47

P输出

12.628

11.89

11.17

10.49

P节

0.743

1.46

2.14

频率

46

45

44

43

P输出

9.83

9.21

8.61

8.03

P节

2.79

3.42

4.02

4.60

频率

42

41

40

P输出

7.49

6.96

6.47

P节

5.14

5.67

6.16

(四)节能效果计算：

1、工作时间节电量：(设工作时间为8小时，全年305天)

(3.5614+2.504)*8*305=14799.58KWh

2、非工作时间节电量：f=45HZ

(3.225+3.42)*16*305+(3.225+3.42)*24*60=41996.4KWh

3、全年节电量：

14799.58+41996.4=56795.98KWh

4、节约费用:

工作时间：14799.58*(0.5583*1.5+0.037+0.01)*0.5+14799.58*(0.5583+0.037+0.01)*0.5=6544.74+4479.09=11023.83元

非工作时间：41996.4*0.25*(0.5583*1.5+0.037+0.01)+41996.4*0.75*(0.5583*0.5+0.037+0.01)=19558.77元

5、全年节约费用：

11023.83+19558.77=30582.6元

6、投资费用:日立J300-150HFE 每台售价为16000元(包含配电柜及其它附件)，调试费用为2400元，共须资金36800.00元。

7、投资回收期为：由上计算知，节约费用为30582.60元，投资费用为36800.00元，则投资回收期为：

N=(36800/30582.6)*12=14.44月

三、注意事项：

1、变频器虽然具有很好的节能效果，但初投资大，回收周期长；

2、转速不能过低，避免电机过热；

3、在变频过程中应避免与设备产生共振

4、谐波损耗较大，电磁波干扰，必要加装滤波装置。

参考书：

1、《风机水泵调速节能手册》 机械工业出版社

2、《变频调速器在微机控制锅炉补水系统中的应用》王大志著 节能杂志

3、《电动机最佳运行参数》

4、《变频调速控制系统的设计与维护》 曾毅 张明著