论文部分内容阅读
摘要:压缩机在工矿企业中应用十分普遍。配套电动机的容量一般较大,且大多是常年连续运行的,因此节能潜力巨大。通过对东风悦达起亚汽车有限公司(下称起亚)的TM涡轮压缩机变频调速节电改造的分析,探讨实现涡轮压缩机变频调速节能改造的过程与效果。
关键词:涡轮压缩机 节能改造 必要性 潜力分析
通过变频调速改造,涡轮压缩机的节能潜力巨大。这是由于压缩机不能排除在满负载状态下长时间运行的可能性,所以,只能按最大需求来决定电动机的容量,故设计容量通常偏大。但在实际运行中,轻载运行的时间所占的比例是可能会非常高。如采用变频调速改造,就可以大大提高运行时的工作效率,实现系统节电、节能。
1 待改造涡轮压缩机运行状况
起亚公司的空压机站共有TM涡轮压缩机8台,其中2台正常使用,6台备用,型号均为TM1000-3。TM涡轮压缩机是Turbo-MasterTM系列、多级离心式空气压缩机,额定排气量为8600M3/H。韩国三星Techwin公司制造。
Turbo-Master离心式空气压缩机主要由压缩机主体,主电机,润滑系统,仪表,控制柜构成。
电机为异步电动机:额定功率746KW,额定电压3300V,额定转速2965r/min,额定电流150A。
运行情况:空压机运行时系统压力0.65Mpa,3级出口压力0.66Mpa,IGV开度83%,BOV关度75%,运行电流123A。系统设定为:系统压力要求0.60Mpa以上,超过0.65Mpa时放空,设备年运行8000小时以上。电价0.67元/KW.H。
2 涡轮压缩机节能改造的必要性与改造目标
起亚公司的TM涡轮压缩机系统,在设计配置之初,主要是从满足公司生产运行及经济投资的角度考虑的,TM涡轮压缩机采取了3.3KV/50HZ直接控制运行方案。
通过长期生产实践的总结,当前机器运行过程中存在如下的问题与缺陷:首先,启动时操作复杂,需要在启动前关闭IGV;启动后再将IGV逐渐打开,同时调整BOV关度,以稳定排气量及排气压力;阀门需反复操作,这会严重影响到机器的使用寿命。其次,在启动时对电网冲击很大,电能浪费较为严重,且在机器运行过程中电能浪费现象依然存在。再次,由于电机设备长期高速的运转,不但导致磨损严重,缩短了使用寿命,而且工作噪音较大。
随着科学技术的发展,变频调速技术、节能控制技术已经相当成熟,经济效益和社会效益显著;可以通过节能改造全面、彻底地解决上述问题,使系统功能得到明显的改观。
改造的目标如下:改造后系统平稳软启动,且操作方便;在启动时对电网无冲击,节约启动电能;在运行中电能消耗大幅度降低;电机设备运转速度降低,大幅度延长使用寿命;合理降低工作噪音小;
3 涡轮压缩机节能潜力分析
3.1 设计冗余及分析 通常工业上使用的水泵、为避免系统出现意外变化,保证系统的正常生产,配备时以其最大计算负荷的1.2倍左右选定电机及负载水泵的额定功率。但由于生产工艺、环境温度及使用情况等因素的变化,系统水的用量是根据实际运行负荷变化而变化的,很少达到额定数值,而实际运行中电机仍在设计负荷下运行,浪费了大量的电能。
3.2 阀门控制与变频控制分析 起亚公司的TM涡轮压缩机系统,目前是根据生产需求的大小,在电机在额定50HZ条件下运行,只是通过阀门来控制流量,这就使得控制使系统的利用率大大降低。因此,利用智能化节电设备通过对工况需求的大小来动态调节电机的运行频率,可以有效地降低阀门控制上的浪费,提高节电率。
采用变频调速控制方式,是将风机转速降低到一定值,根据风机的比例定律,可以在满足同样风量的情况下,风压将大幅度降低,功率随之显著减少,节省的功率与面积成正比,节能的效果是十分明显的。
3.3 供电电压分析 供电系统为保证末端用户的正常使用电压,一般电网供电电压在-0%—+10%之间波动。电机长时间在偏高的电压下运行,不但增加了电机的发热问题,增加了电机的磨损,而且浪费了电能。
3.4 软件控制优化分析 LP智能化节电设备在变频器的基础上,依据计算机模糊控制理论,结合PID控制原理,开发出具有自主知识产权的优化控制软件,可根据系统实际需求,自动检测变频器、电机、负载的运行曲线,使三者始终处在最佳状态下运行,确保在满足系统需求的前提下大幅度提高系统效率,尽可能的降低电耗。
变频器、电机、水泵均有各自的运行曲线。LP智能化节电设备的核心技术就是通过对三者运行曲线进行优化,让它始终在一个最佳效率区间内运行。只有在这个区间内,三者运行效率的乘积才能达到最大化。而节能改造的方法就是要找出这个区间,使三者均在高效率状态下运行。
4 涡轮压缩机节能改造节电设备的选型
在综合考虑压缩机现场实际运行特点和产品技术的先进性、可靠性以及高性能价格比,同时在横向对比其它方案的基础上,选用了LPH-Y-3.3-746KW智能化节电设备对起亚公司TM涡轮压缩机进行驱动和控制的方案改造。
LPH-Y-3.3-746KW智能化节电设备通过若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出的西门子罗宾康完美无谐波高压变频器。加上LPH-Y-3.3-746KW控制主版及软件系统,具有对电网谐波污染极小,输入功率因数高,输出波形质量好,不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压,节电率高等特性。
5 涡轮压缩机改造后的节能效果分析
在常规状态下,TM涡轮压缩机电动机的效率为98%,高压变频器的效率为97%,额定风量时的风机轴功率为746kW。同时,TM涡轮压缩机风量Q为0 时,扬程H为1.4p.u,因此可设曲线特性为 H=1.4-0.4Q2
当IGV开度83%的运行模式为风量83%,同时假定全年无休运行的情况下。变阀调节控制风量时,假设P83为83%风量的功耗,则:
P83=746x0.83x(1.4-0.4x0.832)/0.98=710.44KW
年耗电量为:710.44KW×24小时/天×30天/月×12月/年=6138201.6KW.H
假设电费以 0.67元/kW.h 计算;
年耗电成本为:6138201.6kW.hx0.67元/kW.h=4112595元
变频调节控制风量时:
P83为83%风量的功耗;
P83=746x0.833/0.98/0.97=435.26KW
年耗电量为:435.26KW×24小时/天×30天/月×12月/年=3760646.4KW.H
假设电费以0.67元/Kw.H 计算,
年耗电成本为:3760646.4KW.Hx0.67元/kW.h=2519633元
年所节省的电量:6138201.6KW.H-3760646.4KW.H=2377555.2KW.H
节电率为:2377555.2KW.H÷6138201.6KW.H×100%=38.73%
综上所述,在对TM涡轮压缩机设备运行数据、工艺要求深入了解,并结合LPH智能化节电设备的节电原理及整体性能,通过系统的分析可知:实施节能技术改造工程后,在控制运行的基础上,年平均综合节电率可达到30%左右。
参考文献:
[1]李方园.《变频节能技术在压缩机中的应用》[J].通用机械.2008(12).
[2]祝雪妹,邵威,朱旭,魏建华.《压缩机的节能控制策略》[J].南京师范大学学报(工程技术版).2009(2).
[3]甘方成,刘百芬,吕福星.《空气压缩机节能分析及其控制系统的设计》[J].工矿自动化.2009(3).
关键词:涡轮压缩机 节能改造 必要性 潜力分析
通过变频调速改造,涡轮压缩机的节能潜力巨大。这是由于压缩机不能排除在满负载状态下长时间运行的可能性,所以,只能按最大需求来决定电动机的容量,故设计容量通常偏大。但在实际运行中,轻载运行的时间所占的比例是可能会非常高。如采用变频调速改造,就可以大大提高运行时的工作效率,实现系统节电、节能。
1 待改造涡轮压缩机运行状况
起亚公司的空压机站共有TM涡轮压缩机8台,其中2台正常使用,6台备用,型号均为TM1000-3。TM涡轮压缩机是Turbo-MasterTM系列、多级离心式空气压缩机,额定排气量为8600M3/H。韩国三星Techwin公司制造。
Turbo-Master离心式空气压缩机主要由压缩机主体,主电机,润滑系统,仪表,控制柜构成。
电机为异步电动机:额定功率746KW,额定电压3300V,额定转速2965r/min,额定电流150A。
运行情况:空压机运行时系统压力0.65Mpa,3级出口压力0.66Mpa,IGV开度83%,BOV关度75%,运行电流123A。系统设定为:系统压力要求0.60Mpa以上,超过0.65Mpa时放空,设备年运行8000小时以上。电价0.67元/KW.H。
2 涡轮压缩机节能改造的必要性与改造目标
起亚公司的TM涡轮压缩机系统,在设计配置之初,主要是从满足公司生产运行及经济投资的角度考虑的,TM涡轮压缩机采取了3.3KV/50HZ直接控制运行方案。
通过长期生产实践的总结,当前机器运行过程中存在如下的问题与缺陷:首先,启动时操作复杂,需要在启动前关闭IGV;启动后再将IGV逐渐打开,同时调整BOV关度,以稳定排气量及排气压力;阀门需反复操作,这会严重影响到机器的使用寿命。其次,在启动时对电网冲击很大,电能浪费较为严重,且在机器运行过程中电能浪费现象依然存在。再次,由于电机设备长期高速的运转,不但导致磨损严重,缩短了使用寿命,而且工作噪音较大。
随着科学技术的发展,变频调速技术、节能控制技术已经相当成熟,经济效益和社会效益显著;可以通过节能改造全面、彻底地解决上述问题,使系统功能得到明显的改观。
改造的目标如下:改造后系统平稳软启动,且操作方便;在启动时对电网无冲击,节约启动电能;在运行中电能消耗大幅度降低;电机设备运转速度降低,大幅度延长使用寿命;合理降低工作噪音小;
3 涡轮压缩机节能潜力分析
3.1 设计冗余及分析 通常工业上使用的水泵、为避免系统出现意外变化,保证系统的正常生产,配备时以其最大计算负荷的1.2倍左右选定电机及负载水泵的额定功率。但由于生产工艺、环境温度及使用情况等因素的变化,系统水的用量是根据实际运行负荷变化而变化的,很少达到额定数值,而实际运行中电机仍在设计负荷下运行,浪费了大量的电能。
3.2 阀门控制与变频控制分析 起亚公司的TM涡轮压缩机系统,目前是根据生产需求的大小,在电机在额定50HZ条件下运行,只是通过阀门来控制流量,这就使得控制使系统的利用率大大降低。因此,利用智能化节电设备通过对工况需求的大小来动态调节电机的运行频率,可以有效地降低阀门控制上的浪费,提高节电率。
采用变频调速控制方式,是将风机转速降低到一定值,根据风机的比例定律,可以在满足同样风量的情况下,风压将大幅度降低,功率随之显著减少,节省的功率与面积成正比,节能的效果是十分明显的。
3.3 供电电压分析 供电系统为保证末端用户的正常使用电压,一般电网供电电压在-0%—+10%之间波动。电机长时间在偏高的电压下运行,不但增加了电机的发热问题,增加了电机的磨损,而且浪费了电能。
3.4 软件控制优化分析 LP智能化节电设备在变频器的基础上,依据计算机模糊控制理论,结合PID控制原理,开发出具有自主知识产权的优化控制软件,可根据系统实际需求,自动检测变频器、电机、负载的运行曲线,使三者始终处在最佳状态下运行,确保在满足系统需求的前提下大幅度提高系统效率,尽可能的降低电耗。
变频器、电机、水泵均有各自的运行曲线。LP智能化节电设备的核心技术就是通过对三者运行曲线进行优化,让它始终在一个最佳效率区间内运行。只有在这个区间内,三者运行效率的乘积才能达到最大化。而节能改造的方法就是要找出这个区间,使三者均在高效率状态下运行。
4 涡轮压缩机节能改造节电设备的选型
在综合考虑压缩机现场实际运行特点和产品技术的先进性、可靠性以及高性能价格比,同时在横向对比其它方案的基础上,选用了LPH-Y-3.3-746KW智能化节电设备对起亚公司TM涡轮压缩机进行驱动和控制的方案改造。
LPH-Y-3.3-746KW智能化节电设备通过若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出的西门子罗宾康完美无谐波高压变频器。加上LPH-Y-3.3-746KW控制主版及软件系统,具有对电网谐波污染极小,输入功率因数高,输出波形质量好,不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压,节电率高等特性。
5 涡轮压缩机改造后的节能效果分析
在常规状态下,TM涡轮压缩机电动机的效率为98%,高压变频器的效率为97%,额定风量时的风机轴功率为746kW。同时,TM涡轮压缩机风量Q为0 时,扬程H为1.4p.u,因此可设曲线特性为 H=1.4-0.4Q2
当IGV开度83%的运行模式为风量83%,同时假定全年无休运行的情况下。变阀调节控制风量时,假设P83为83%风量的功耗,则:
P83=746x0.83x(1.4-0.4x0.832)/0.98=710.44KW
年耗电量为:710.44KW×24小时/天×30天/月×12月/年=6138201.6KW.H
假设电费以 0.67元/kW.h 计算;
年耗电成本为:6138201.6kW.hx0.67元/kW.h=4112595元
变频调节控制风量时:
P83为83%风量的功耗;
P83=746x0.833/0.98/0.97=435.26KW
年耗电量为:435.26KW×24小时/天×30天/月×12月/年=3760646.4KW.H
假设电费以0.67元/Kw.H 计算,
年耗电成本为:3760646.4KW.Hx0.67元/kW.h=2519633元
年所节省的电量:6138201.6KW.H-3760646.4KW.H=2377555.2KW.H
节电率为:2377555.2KW.H÷6138201.6KW.H×100%=38.73%
综上所述,在对TM涡轮压缩机设备运行数据、工艺要求深入了解,并结合LPH智能化节电设备的节电原理及整体性能,通过系统的分析可知:实施节能技术改造工程后,在控制运行的基础上,年平均综合节电率可达到30%左右。
参考文献:
[1]李方园.《变频节能技术在压缩机中的应用》[J].通用机械.2008(12).
[2]祝雪妹,邵威,朱旭,魏建华.《压缩机的节能控制策略》[J].南京师范大学学报(工程技术版).2009(2).
[3]甘方成,刘百芬,吕福星.《空气压缩机节能分析及其控制系统的设计》[J].工矿自动化.2009(3).