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变频调速技术在引风机中的应用

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变频调速技术在引风机中的应用

卢 军/长沙民政职业技术学院

摘要简要介绍了变频调速的工作原理,并对“森兰” SB12系列变频器在火化机工况中的使用情况和效果进行了分析,同时还就其与传统的火化设备引风电机控制方法所产生的节能效益进行了详细的比较。
关键词 变频器;引风机;火化机;应用
中图分类号 :TM92 文献标识码:B
文章编号 :1006-8155(2007)04-0060-03
Application of Frequency Conversion and Velocity Modulation for Wind Fans
Abstract: This paper introduces the working principle of frequency conversion and velocity modulation, and analyzes the operation and effect of the “Senlan” SB12 series transducer on the cremation mode condition. Simultaneously, the detailed comparison with energy-saving benefit derived from controlling methods of wind motor of conventional cremation equipment is carried out.
Key words: transducer ; wind fan ; cremation drive ; application

0  引言

  在火化技术中,鼓风机、引风机、油泵类等设备应用范围广泛;其电能消耗和诸如阀门、烟道挡板等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;节能降耗已成为殡葬企业降低生产成本、提高服务质量的重要手段之一。而20世纪80年代初发展起来的变频调速技术,正是顺应了工业生产自动化发展的要求,开创了一个全新的智能电机时代。该技术一改普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式,使得电动机及其驱动负载在无需任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出,从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。80年代末,该技术引入我国并得到推广。现已在电力、冶金、石油、化工、造纸、食品、纺织等多种行业的电机传动设备中得到实际应用。目前,变频调速技术已经成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。卓越的调速性能、显著的节电效果,改善现有设备的运行工况,提高系统的安全可靠性和设备利用率,延长设备使用寿命等优点随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现[1] 。而变频调速技术在火化机上的应用是近几年才发展起来的一项新型技术,它的出现必定为火化机的技术发展开创新前景。

1  综述

通常火化机中的鼓风机、引风机、燃烧器等设备主要用于燃烧系统、供风系统、冷却系统、通风系统等场合,根据遗体焚化的需要对炉膛压力、风速 、风量、温度等指标进行控制和调节,以适应遗体焚化、燃烧的要求和运行工况[2] 。而最常用的控制手段则是用调节风门、烟道挡板开度的大小来调整受控对象。这样,不论遗体燃烧怎样,鼓风机和引风机都要全速运转,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。在火化机工作过程中,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、维修费用居高不下。

  火化机用的鼓风机、引风机、燃烧器及油泵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,还会时常出现损坏电机的现象。

  由于以上原因,人们一直在寻找一种有效的办法来改善这些问题。近年来,随着变频调速技术的出现就能较好的解决了以上问题,变频调速技术是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系: n =60f(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。 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;特别是国产“森兰” SB12系列变频器还具备以下主要的技术特点:

  (1) 设计上运用独有的树状散热器、开关电源等多项专利技术,使机器性能更加优越;
  (2) 电路及工艺上采用多种防护技术和新元器件,显著提高整机抗干扰能力;
  (3) 生产上采用贴片工艺,使机器可靠性大幅提高;
  (4) 精心设计的多路可编程功能输出端子和继电器输出端子;
  (5) 面板增加电位器,实现输出频率的微调,更加方便用户使用;
  (6) 独特的散热设计,不仅显著提高了散热效果,而且便于散热器和风机的清洗、更换 。

  因而如果在现有的火化机控制中逐步采用森兰变频器进行调速来取代风门、挡板、阀门的控制方案,就能较好地达到节能降耗的目的。

1.1  变频器对引风机的调速控制分析

 以火化机的引风机为例 , 根据火化机引风机负荷变化及对风量的要求,调整输人转速

百分比。在火化机工作负荷稳定时,可以设定风量,实现闭环控制自动调节,其控制原理见图 1 。

 

  引风机的工作点是由其本身的性能曲线和管路特性曲线决定的。图2给出了火化机引、送风机节流和变频调节时压头p和流量Q变化关系。设计工作点在点1 ,效率最高,此时输出风量口为100%。轴功率与p1Q1成正比,与p101Q1所包围的面积成正比。改变运行工况(改变工作点)有两种方法。

  (1)改变管路特性曲线

  引风机采用进口节流调节。当风量由Q1减少到Q2时,管路特性曲线由曲线I变为曲线Ⅱ,系统工作点由点1移至点2 ,风量降低了,但风压由p1升高到p2,而且与轴功率成正比的面积 p202Q2相对于面积p101Q1,减小不多,功耗大,效率低。

  (2)改变风机本身特性曲线

  引风机采用电机电源变频方法,依靠调节风机转速适应负荷变化。当风量由Q1减少到Q2时,风机转速由n1降到n2,风机的p-Q特性曲线由曲线 Ⅲ变为曲线Ⅳ,风压降为p2’,与轴功率成正比的面积 p2’02Q2 相对于面积 p101Q1明显减小,经济效益十分显著。

与此相类似,如果采用变频调速技术改变燃烧器的油泵、鼓风机设备转速来控制现场压力、温度等其它过程控制参量,同样也可以依据系统控制特性绘制出关系曲线得出上述的比较结果。亦即,采用变频调速技术改变电机转速的方法,要比采用阀门、挡板调节更为节能经济,设备运行工况也将得到明显改善。

 

1.2  火化机变频调节后的节能分析

  对于火化机风机采用森兰 SB12系列7.5型号的变频调速后的节能效果,通常可采用以下方式进行计算。

  举例:风压为6500Pa ;风量为1600m 3/h ;功率为7.5kW;引风机烟道挡板开度为60%~90%;引风机电机电流为18A 。

变频调节相对于节流调节,由功率公式P =31/2UIcosΦ (引风机电机cosΦ=0.85,鼓风机电机cosΦ=0.83)计算,运行工况以每天8h计算,其中5h运行在90%负荷(频率为46Hz计算,烟道挡板调节时电机功耗按 98% 计算),3h运行在50%负荷(频率按20Hz计算,烟道挡板调节时电机的功耗按 70%计算);全年运行时间为300d为计算依据,则变频调速时每年的节电量计算如下。

  (1)电机的节电量

  电机变频节电量 W = P × T 工作 × [1­ - ( f 工作 /50)3 ] ×T 实际工作日

  W 1 =7.5 × 5 × [1 -( 46/50 ) 3 ] × 300=2486kW·h

  W 2 =7.5 × 3 × [1 -( 20/50 ) 3 ] × 300=6318kW·h

  W 总 = W 1W 2 =2486 + 6318=8804kW·h

  (2)烟道挡板开度时的节电量

  W 1 =7.5 ×( 1 - 98% )× 5 × 300=225kW·h

  W 2 =7.5 ×( 1 - 70% )× 3 × 300=2025kW·h

  W d = W 1W 2 =225 + 2025=2250kW·h

  相比较节电量为 W = W W d =8804-2250=6554kW·h

  每kW·h 按 0.5 元计算,则采用变频调速每年可节约电费 3277 元。

1.3  使用效果

  (1)调速范围宽,可实现0至全速的平滑无级调速,并且调速灵敏可靠;输入功率因数高,只吸收很少的无功。

  (2)启动时间短,启动电流小并且启动平稳。风机可以空载或轻载启动,可实现真正的软启动,对电网及电动机无冲击。

  (3)操作方便,维护简单。进口无需设置调节挡板,避免了节流带来的能量损耗。当需要调节流量、压力时,只需调节变频器改变转速即可。维护工作量小。

  (4)可降低风机和电机的故障率,减少维修费用。

  (5)可提高热力系统自动调节的品质,并且节电效果明显。

2  结束语

在火化机中对风机采用变频调速技术实现节能运行,特别是采用国产的变频器,如森兰系列的变频器等,是我国殡葬设备节能的一项重点推广技术,应受到各火化设备生产厂家的高度重视,《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。实践证明:把变频技术应用于火化机的风机将会取得显著的节电效果。

参 考 文 献

[1] 王庆丰,李国安,苗国宽 . 锅炉风机变频调节应用实践 [J]. 节能技术 ,2004(1):58-59.

[2] 卢军 . 火化机原理与操作 [M]. 中国社会出版社 ,2004.8.

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  评论人:Amelia   打分:85 分  发表时间:2015-9-24 23:12:18
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