污水處理工藝中鼓風(fēng)機(jī)調(diào)控方式

1、污水處理工藝中鼓風(fēng)機(jī)調(diào)控方式的選擇污水處理工藝中鼓風(fēng)機(jī)調(diào)控方式的選擇 摘要： 為了進(jìn)一步降低污水處理設(shè)施的能耗，分析了單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)變頻及導(dǎo)葉方式調(diào)節(jié)風(fēng)量的原理和特性。根據(jù)污水處理工藝對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓與風(fēng)量的要求，提出鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)采用進(jìn)口導(dǎo)葉方式調(diào)節(jié)風(fēng)量的觀點(diǎn)。關(guān)鍵詞： 鼓風(fēng)機(jī),曝氣,變頻調(diào)控中圖分類號(hào)：TU992.24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1009-2455（2000）06-0044-03 在城市污水處理工藝中，活性污泥法具有投資少、處理效率高、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)成熟等特點(diǎn)而被廣泛使用。其曝氣系統(tǒng)通常采用鼓風(fēng)曝氣。實(shí)際運(yùn)行中，污水的水質(zhì)、水量及環(huán)境等因素總處在變化之中，曝氣系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)曝氣池溶解氧含量的變

2、化及時(shí)調(diào)節(jié)供氣量，以保證處理效果，并不致浪費(fèi)能源。因此，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，業(yè)主和設(shè)計(jì)單位均高度重視鼓風(fēng)機(jī)的選型及調(diào)控方式的選擇。太原市河西北中部污水處理廠工程的初步設(shè)計(jì)，鼓風(fēng)設(shè)備采用了單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)，變頻控制調(diào)節(jié)風(fēng)量的方案。為了滿足污水處理工藝的要求，最大限度節(jié)能、降低建設(shè)投資，經(jīng)考察，并多次組織專家進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和論證，認(rèn)為針對(duì)本工程污水處理鼓風(fēng)曝氣工藝特點(diǎn)，采用進(jìn)口導(dǎo)葉是鼓風(fēng)機(jī)合理的調(diào)控方式。 1工程概況及鼓風(fēng)機(jī)調(diào)控方案 1.1工程概況 太原市河西北中部污水處理廠位于太原市汾河西岸，九院沙河入汾河口南岸，是國(guó)家投資的“雙千億”工程之一。設(shè)計(jì)規(guī)模為處理污水量150000m3/d，采用A-B

3、法生物處理工藝。工程分二期建設(shè)，一期工程按80000m3/d實(shí)施，二期達(dá)到設(shè)計(jì)處理能力，目前正在實(shí)施中。1.2鼓風(fēng)機(jī)調(diào)控方案 在初步設(shè)計(jì)中，鼓風(fēng)曝氣裝置，設(shè)計(jì)選用單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)?？紤]到污水處理量的不均衡性，為了節(jié)約能源，保證風(fēng)機(jī)出口壓力不變及各工藝構(gòu)筑物需氣量的要求，設(shè)計(jì)采用變頻調(diào)節(jié)的方式來控制鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的變化。 主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 出口相對(duì)風(fēng)壓：49 kPa 風(fēng)量：150 m3/min臺(tái)（一期4臺(tái)） 進(jìn)氣溫度：25 進(jìn)氣壓力：98 kPa 排氣壓力：147 kPa 變頻器接受調(diào)節(jié)信號(hào)為420 MaDC 鼓風(fēng)曝氣示意見圖1。 2離心風(fēng)機(jī)調(diào)控方式的分析、選擇 離心風(fēng)機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的風(fēng)機(jī)，

4、是風(fēng)機(jī)節(jié)能的主要對(duì)象。從調(diào)查中了解到，目前風(fēng)機(jī)運(yùn)行中存在的主要問題是能源浪費(fèi)嚴(yán)重。根據(jù)國(guó)家有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)與泵的用電量占全國(guó)用電總量的40左右1。造成風(fēng)機(jī)能耗大的主要原因是由于運(yùn)行中的風(fēng)機(jī)大量采用檔板、閥門等調(diào)節(jié)方式。這種方式雖簡(jiǎn)便易行，但在調(diào)節(jié)過程中將產(chǎn)生大量的能量損耗。因此，在污水處理工程中需經(jīng)常調(diào)節(jié)風(fēng)量的鼓風(fēng)機(jī)，應(yīng)選擇合適的調(diào)節(jié)方式，以降低能耗。2.1離心風(fēng)機(jī)的工作原理及特性 單級(jí)高速離心風(fēng)機(jī)的工作原理是：原動(dòng)機(jī)通過軸驅(qū)動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，氣流由進(jìn)口軸向進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪后變成徑向流動(dòng)被加速，然后進(jìn)入擴(kuò)壓腔，改變流動(dòng)方向而減速，這種減速作用將高速旋轉(zhuǎn)的氣流中具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓能（勢(shì)能），使

5、風(fēng)機(jī)出口保持穩(wěn)定壓力。 從理論上講，離心鼓風(fēng)機(jī)的壓力-流量特性曲線是一條直線，但由于風(fēng)機(jī)內(nèi)部存在摩擦阻力等損失，實(shí)際的壓力與流量特性曲線隨流量的增大而平緩下降，對(duì)應(yīng)的離心風(fēng)機(jī)的功率-流量曲線隨流量的增大而上升。當(dāng)風(fēng)機(jī)以恒速運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)將沿壓力-流量特性曲線移動(dòng)。風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的工況點(diǎn)，不僅取決于本身的性能，而且取決于系統(tǒng)的特性，當(dāng)管網(wǎng)阻力增大時(shí)，管路性能曲線將變陡。風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)的基本原理就是通過改變風(fēng)機(jī)本身的性能曲線或外部管網(wǎng)特性曲線，以得到所需工況。 2.2變頻調(diào)控原理與特性 隨著科技的不斷發(fā)展，交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)被廣泛采用。通過新一代全控型電子元件，用變頻器改變交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速方式來進(jìn)行風(fēng)機(jī)流

6、量的控制，可以大幅度減少以往機(jī)械方式調(diào)控流量造成的能量損耗。 變頻調(diào)節(jié)的節(jié)能原理： 圖2中曲線1和2表示調(diào)速時(shí)的壓力-流量曲線，曲線3和4表示節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)管路阻力特性曲線，曲線5表示恒速時(shí)功率-流量曲線，設(shè)A點(diǎn)為風(fēng)機(jī)最大工況點(diǎn)。當(dāng)風(fēng)量需從Q1減少到Q2時(shí)，如果采用節(jié)流調(diào)節(jié)法，工況點(diǎn)由A到B，風(fēng)壓增加到H2，由圖中可看出軸功率P2下降，但減少的不太多。如果采用變頻調(diào)節(jié)方式，風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)由A到C，可見在滿足同樣風(fēng)量Q2 情況下，風(fēng)壓H3將大幅度下降，功率P3隨著顯著減少。節(jié)省的功率損耗PHQ2與圖中面積BH2H3C成正比。 由以上分析可知，變頻調(diào)節(jié)是一種高效的調(diào)節(jié)方式。鼓風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)，不會(huì)產(chǎn)生附加

7、壓力損失，節(jié)能效果顯著，調(diào)節(jié)風(fēng)量范圍0100，適合調(diào)節(jié)范圍寬，且經(jīng)常處于低負(fù)荷下運(yùn)行的場(chǎng)合。但是，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，風(fēng)量減小時(shí)，風(fēng)壓將發(fā)生很大變化，由風(fēng)機(jī)比例定律： Q1/Q2(n1/n2)，H1/H2(n1/n2)2，P1/P2(n1/n2)3 可知，當(dāng)其轉(zhuǎn)速降低到原額定轉(zhuǎn)速的一半時(shí)，對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)的流量、壓力、軸功率各下降到原來的1/2、1/4、1/8，這就是變頻調(diào)節(jié)方式可以大幅度節(jié)電的原因。 根據(jù)變頻調(diào)節(jié)這一特性，對(duì)于在污水處理工藝中，曝氣池始終保持5 m正常液位(見圖1)，要求鼓風(fēng)機(jī)在出口壓力恒定的條件下，進(jìn)行大范圍的流量調(diào)節(jié)，當(dāng)調(diào)節(jié)深度較大時(shí)，將會(huì)使風(fēng)壓下降過大，不能滿足工藝要求。當(dāng)調(diào)節(jié)深

8、度較小時(shí)，則顯示不出其節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，反而使裝置復(fù)雜，一次性投資增高（本工程中鼓風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)比導(dǎo)葉調(diào)節(jié)增加一次性投資20萬(wàn)元）。因此，對(duì)本工程的曝氣池需保持5m液位的工況條件下，采用變頻調(diào)節(jié)方式顯然是不合適的。 2.3進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)原理及特性：進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)裝置即在鼓風(fēng)機(jī)吸風(fēng)入口附近裝設(shè)一組可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角的導(dǎo)葉-進(jìn)口導(dǎo)葉，其作用是使氣流在進(jìn)入葉輪之前發(fā)生旋轉(zhuǎn)，造成扭曲速度。導(dǎo)葉可繞自身軸轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度就意味著變換一個(gè)導(dǎo)葉安裝角，使進(jìn)入風(fēng)機(jī)葉輪的氣流方向相應(yīng)改變。進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)風(fēng)量原理是：當(dāng)導(dǎo)葉安裝角0時(shí)，導(dǎo)葉對(duì)進(jìn)口氣流基本上無(wú)作用，氣流將以徑向流入葉輪葉片。當(dāng)時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)葉將使氣流進(jìn)口的絕對(duì)速度

9、沿圓周速度方向偏轉(zhuǎn)角，同時(shí)對(duì)氣流進(jìn)口的速度有一定的節(jié)流作用，這種預(yù)旋和節(jié)流作用將導(dǎo)致風(fēng)機(jī)性能曲線下降，從而使運(yùn)行工況點(diǎn)變化，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié)。進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的節(jié)能原理通過圖31說明。 width=321 圖3中曲線1為節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)功率-流量曲線，曲線2為進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)時(shí)的功率-流量曲線。當(dāng)進(jìn)口導(dǎo)葉安裝角由10增大為2或3時(shí)，運(yùn)行工況點(diǎn)由M1移至M2或M3；流量由Q1減小至Q2或Q3；軸功率由P1減少至P2或P3。圖中用剖面線表示的面積為進(jìn)口導(dǎo)葉比節(jié)流調(diào)節(jié)節(jié)省的功率。 在本工程中，曝氣池深度是固定的，鼓風(fēng)機(jī)在保持出口壓力恒定條件下，進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，即常量，變量時(shí)，管網(wǎng)的特性曲線近似于水平直線，鼓風(fēng)機(jī)采用

10、進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，不必借助于改變管網(wǎng)特性曲線，可通過改變導(dǎo)葉的開閉角度，使風(fēng)機(jī)的壓力-流量性能曲線改變，流量的變化是通過將工況點(diǎn)移動(dòng)到新的改變了的風(fēng)機(jī)特性曲線上的方法實(shí)現(xiàn)的（見圖4）。 離心風(fēng)機(jī)采用進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)方式，在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可獲得高效率和較寬的性能范圍，在保持出口壓力恒定條件下，工作流量可在50100額定流量范圍內(nèi)變化2。調(diào)節(jié)深度愈大、省功愈多。如流量減少到額定流量的60時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)葉方式比進(jìn)口節(jié)流方式節(jié)省功率達(dá)17之多3。此外，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)管理方便，初期投資低。因此，本工程中鼓風(fēng)機(jī)采用進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)流量，顯然是最佳調(diào)節(jié)方式。 2.4不同調(diào)控方式的比較 圖5給出了不同調(diào)控方式

11、時(shí)風(fēng)量和軸功率的關(guān)系。盡管變頻調(diào)節(jié)的離心鼓風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)范圍很廣，在節(jié)能上有顯著效果，但用在本工程的工藝系統(tǒng)中將受到工藝條件限制，調(diào)節(jié)范圍僅為80100，而且通過圖53可看出，在相對(duì)流量變化不大時(shí)，變頻與導(dǎo)葉兩種調(diào)節(jié)方式消耗功率差別并不大，因此采用變頻調(diào)節(jié)方式，其節(jié)能特長(zhǎng)顯示不出來，這就失去了選擇它的意義。而選擇導(dǎo)葉調(diào)節(jié)方式的鼓風(fēng)機(jī)，在保持出口壓力恒定條件下可以較大范圍調(diào)節(jié)風(fēng)量（），以保證污水中溶解氧含量穩(wěn)定，相對(duì)地節(jié)省了能源。所以應(yīng)選擇導(dǎo)葉調(diào)節(jié)方式的高速離心風(fēng)機(jī)，作為本工程的設(shè)備選型。同時(shí)，為了更好地體現(xiàn)出節(jié)能效果，對(duì)于大功率的離心風(fēng)機(jī)，還應(yīng)注意配套電機(jī)的選擇，如采用10kV高壓電機(jī)，也有助于降低

12、能耗。 3結(jié)語(yǔ) 通過對(duì)變頻與導(dǎo)葉調(diào)節(jié)方式的原理與特點(diǎn)的分析，明確了在采用鼓風(fēng)曝氣的污水處理工藝中，鼓風(fēng)機(jī)調(diào)控方式的選擇，不能只考慮節(jié)能，而必須在滿足曝氣工藝對(duì)風(fēng)量、風(fēng)壓要求前提下，從流量變化范圍、風(fēng)機(jī)功率大小、調(diào)節(jié)裝置的技術(shù)復(fù)雜程度、可靠性及投資等方面綜合考慮，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，作出合理的選擇。 參考文獻(xiàn)：1吳民強(qiáng).泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)問答M北京：中國(guó)電力出版社，1998. 2王洪臣城市污水處理廠運(yùn)行控制與維護(hù)管理M北京：科學(xué)出版社，1997. 3聶能光，李竀要狽緇諛苡虢翟隱M.北京：科學(xué)出版社，1990.轉(zhuǎn)自-給排水在線 用變頻器取代液力耦合器勢(shì)在必行 周德賢 (上海電機(jī)工程學(xué)會(huì)傳動(dòng)委員會(huì)，上海

13、 200040） 摘要：從上世紀(jì)80年代迄今，國(guó)內(nèi)先后投入運(yùn)行的液力耦合器近4000臺(tái)，功率大多為3003200kW，每年節(jié)電20億kWh以上，為國(guó)家創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)效益。但是，其轉(zhuǎn)差損耗不可忽視。通過分析說明用大功率變頻裝置取代液力耦合器，則節(jié)能效果更高。 關(guān)鍵詞：低效調(diào)速系統(tǒng)；液力耦合器；國(guó)產(chǎn)高壓變頻器；投資回收期 1 低效調(diào)速系統(tǒng)分析 不改變異步電機(jī)同步轉(zhuǎn)速n0的交流調(diào)速系統(tǒng)稱為有轉(zhuǎn)差調(diào)速系統(tǒng)，如調(diào)壓調(diào)速，電磁滑差調(diào)速，液力耦合器調(diào)速等。存在有轉(zhuǎn)差調(diào)速的系統(tǒng)，對(duì)于平方轉(zhuǎn)矩的負(fù)載（如風(fēng)機(jī)、水泵等），調(diào)速后所節(jié)約功率標(biāo)幺值為 G(s)=1(n/n0)2 （1） 式中：n為電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速； n0

14、為電機(jī)同步轉(zhuǎn)速。 采用液力耦合器等調(diào)速裝置則需增加轉(zhuǎn)差損耗Ps，其大小隨s變化而變化，具體見圖1所示。 圖1 不同負(fù)載時(shí)Ps和G(s)與n/n0的關(guān)系 在轉(zhuǎn)速為n時(shí)，忽略不計(jì)電機(jī)本身?yè)p耗的情況下，輸入功率P1=（1s）P10(1s)P20，故轉(zhuǎn)差損耗標(biāo)幺值為 Ps = =(1s)3=s(1s)2 求其極值dPs/ds=0，得(1s)(13s)=0 即s=1（極小值），s=1/3（極大值）。 將s=1/3代入Ps得Psmax=（1/3）(11/3)2=4/27=0.148，說明對(duì)于離心式風(fēng)機(jī)，水泵、轉(zhuǎn)差損耗Ps在2/3額定轉(zhuǎn)速時(shí)為最大。不同s時(shí)Ps數(shù)值，見表1。 表1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩M與n2成正比例時(shí)

15、的Ps s n/n0 Ps 0 1 0 0.1 0.9 0.061 0.2 0.8 0.128 0.3 0.7 0.147 0.33 0.6667 0.148 0.4 0.6 0.144 0.5 0.5 0.125 0.6 0.4 0.096 0.7 0.3 0.063 0.8 0.2 0.032 0.9 0.1 0.009 1.0 0 0 由表1可知：s自01/3時(shí)，Ps由極小值0增大至極大值0.148；s自1/31時(shí)，Ps由極大值0.148減小至極小值0。 2 用國(guó)產(chǎn)變頻器替代大功率液力耦合器調(diào)速勢(shì)在必行 20多年前盛行采用液力耦合器對(duì)水廠供水泵 及 電 廠 引 風(fēng) 機(jī) 等 進(jìn) 行 調(diào) 速

16、 節(jié) 能 。 受 當(dāng) 時(shí) 條 件所 限 ， 變 頻 調(diào) 速 技 術(shù) 不 成 熟 且 無(wú) 法 提 供 高 壓 大 功 率 變 頻 裝 置 ， 而 液 力 耦 合 器 投 資 便 宜 。 如 今， 若 采 用 進(jìn) 口 變 頻 器2 000 2 500元 /kW， 投 資 回 收 期 過 長(zhǎng) （ 達(dá) 5 6年 ） ， 而 近 年 來 國(guó) 產(chǎn) 高 壓 大 功 率 變 頻 技 術(shù) 趨 向 成 熟 ， 價(jià) 格 1 200 1 500元 /kW，預(yù) 計(jì) 不 久 將 來 會(huì) 下 降 到 1 000元 /kW左右 ， 比 傳 統(tǒng) 的 液 力 耦 合 器 貴 4 5倍 。 表2列 出 了 采 用 變 頻 器 取

17、代 液 力 耦 合 器的 投 資 回 收 期 對(duì) 比 ， 從 表 2可 以 看 出 變 頻 器 的 投 資 按 企 業(yè) 所 節(jié) 約 電費(fèi) 計(jì) 算 ， 2 3年 就 可 收 回 。 表2 投資回收期對(duì)比 功率/kW 軸功率/kW 變頻器/萬(wàn)元 液力耦合器/萬(wàn)元 投資差價(jià)/萬(wàn)元 耗電量（kWh/年） 多耗電費(fèi)（萬(wàn)元/年） Ps=14 電廠 企業(yè) 250 150 25 6.7 18.3 14.7 3.23 8 315 189 30 6.7 23.3 18.55 4 10 360 216 35 7.7 27.3 21.14 4.65 11.4 440 264 44 7.8 36.2 25.34 5.5

18、7 13.7 500 300 50 7.8 42.2 29.4 6.5 15.8 680 408 70 9.9 60.1 40 8.8 21.6 850 510 85 12 73 50 11 27 1050 630 100 15.5 84.5 61.7 13.6 33.3 1500 900 150 24 126 88.2 19.4 47.6 2000 1200 200 46 154 117.6 25.7 63.5 3000 1800 250 78 172 176.4 38.7 92.9 注：年運(yùn)行時(shí)間按7000h計(jì)；電費(fèi)電廠按0.22元/kWh，企業(yè)按0.54元/kWh計(jì)；變頻器價(jià)格500kW

19、按660V等級(jí)變頻器計(jì)算，680kW3000kW為國(guó)產(chǎn)變頻器2004年后預(yù)計(jì)價(jià)格。 華北某電廠引風(fēng)機(jī)采用三種調(diào)節(jié)方式的測(cè)試數(shù)據(jù)如下： 該異步電機(jī)額定值PN=1250kW，UN=6kV，cosN=0.85，N=95，nN=742r/min，3種調(diào)節(jié)方式在不同發(fā)電負(fù)荷時(shí)的電動(dòng)機(jī)輸入電流，綜合功率損耗分別如圖2和圖3所示，日耗電量見表3所列。 圖2 電動(dòng)機(jī)輸入電流 圖3 綜合功率損耗 表3 3種調(diào)節(jié)方式的引風(fēng)機(jī)日耗電量 日發(fā)電負(fù)荷/MW 擋板 液力耦合器 變頻器 /kWh 3469(周五，1998.11.27） 17575 8920 5134 2667（周六，1998.11.28） 15743 66

20、96 2738 2910（周日，1998.11.29） 16474 7437 3499 由于液力耦合器設(shè)計(jì)有一定的容量裕度，機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)轉(zhuǎn)差率s0.27，效率=73，又有轉(zhuǎn)差附加損耗14左右；而變頻器在全調(diào)速范圍內(nèi)效率基本不變，保持在95左右。因此，變頻器調(diào)速比液力耦合器變速節(jié)能效果更顯著。 按機(jī)組年運(yùn)行7200h(300d)，應(yīng)用變頻調(diào)速年節(jié)電350萬(wàn)kWh，而使用液力耦合器年節(jié)電約100萬(wàn)多kWh，兩者相差250萬(wàn)kWh。 投資對(duì)比如表4所列，從表4可知投資回收期約為2年3個(gè)月。 表4 1250kW設(shè)備投資對(duì)比萬(wàn)元 設(shè)備 價(jià)格 年節(jié)電費(fèi) 液力耦合器 0.125400=50 1000.2

21、2=22 變頻器（進(jìn)口） 0.1251000=125 3500.22=77 差價(jià) 75 55 3 結(jié)語(yǔ) 綜合上述分析可知，從節(jié)能考慮國(guó)內(nèi)大容量風(fēng)機(jī)、水泵采用國(guó)產(chǎn)變頻器調(diào)速更合理。 作者簡(jiǎn)介 周德賢（1936），男，高級(jí)工程師。上海電機(jī)工程學(xué)會(huì)電氣傳動(dòng)專委會(huì)主任委員，上海電力電子學(xué)會(huì)常務(wù)理事，上海電器集團(tuán)公司理事。合編風(fēng)機(jī)水泵交流調(diào)速節(jié)能技術(shù)、風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能設(shè)計(jì)手冊(cè)等，發(fā)表論文26篇。變頻調(diào)速技術(shù)在離心式引風(fēng)機(jī)控制中的節(jié)能分析(發(fā)布日期：2006-11-14 15:09:16)鼠標(biāo)雙擊自動(dòng)滾屏 摘要:簡(jiǎn)要介紹了變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理，并以風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為例，分析了變頻調(diào)速裝置在離心式引風(fēng)機(jī)控制中應(yīng)用

22、的現(xiàn)狀與效果，變頻調(diào)速裝置除了具有節(jié)能效果外，還可以改善工藝狀況，具有廣泛的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞:離心式通風(fēng)機(jī) 變頻調(diào)速 節(jié)能1、引言 變頻器調(diào)速技術(shù)在離心式引風(fēng)機(jī)中得到廣泛地應(yīng)用。風(fēng)機(jī)最大特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此如將電機(jī)的定速運(yùn)轉(zhuǎn)改為根據(jù)需要的流量來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可節(jié)約大量的電能。2 、控制系統(tǒng)改造的必要性分析 中鋁青海分公司鋁電解槽供料系統(tǒng)風(fēng)動(dòng)溜槽中促使氧化鋁流動(dòng)的高壓風(fēng)是由離心式引風(fēng)機(jī)提供的，共36臺(tái)，所以正確對(duì)離心式引風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制是至關(guān)重要的。原來對(duì)離心式引風(fēng)機(jī)采用直接啟動(dòng)的方式，通過人工檢查氧化鋁的走料速度來決定啟、停高壓風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)，多數(shù)情況下，

23、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一套系統(tǒng)需啟動(dòng)兩臺(tái)功率為37kW的電機(jī)在工頻下驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)來滿足供料。但實(shí)際中一臺(tái)風(fēng)機(jī)就能滿足風(fēng)動(dòng)溜槽中氧化鋁流動(dòng)所需的供風(fēng)量，啟動(dòng)兩臺(tái)離心式引風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可保證電解槽的及時(shí)供料，風(fēng)動(dòng)溜槽中也不易積料，可避免由于溜槽中長(zhǎng)時(shí)間積料造成的溜槽不暢通，也就避免了影響正常的供料。在這中間忽略了能源的浪費(fèi)。近十幾年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)與電力開關(guān)器件的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)踐逐漸走向成熟。變頻調(diào)速以其效率高、調(diào)速范圍大、調(diào)速精度高、特性硬、無(wú)級(jí)調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，在各種交、直流調(diào)速系統(tǒng)中，尤其是節(jié)能技術(shù)改造中，變頻技術(shù)的應(yīng)用面正在不斷擴(kuò)大，應(yīng)用也從簡(jiǎn)單的節(jié)能向改進(jìn)工藝提高產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的綜

24、合型方向發(fā)展。在設(shè)計(jì)實(shí)施過程中，經(jīng)常遇到的問題是使用變頻調(diào)速器是否節(jié)約能源，能否滿足生產(chǎn)工藝要求等。為此，對(duì)其電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，通過壓力傳感器檢測(cè)溜槽中風(fēng)壓調(diào)整變頻頻率，對(duì)離心式引風(fēng)機(jī)實(shí)行變頻器變頻控制，避免了能源的浪費(fèi)，所以具有較大的改造價(jià)值。3 、變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能原理與負(fù)載關(guān)系 變頻器在離心式引風(fēng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中應(yīng)用主要目的是節(jié)能，交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式n60f/P（1-S），電源頻率與轉(zhuǎn)速成正比，即改變頻率可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，理論上風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，調(diào)節(jié)風(fēng)門和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)分別如表1和表2所示。 表1 調(diào)節(jié)風(fēng)門時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)風(fēng)量/（m3/s）

25、0.0360.1230.1950.2660.3080.339電功率/kW0.860.900.981.021.061.12表2 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)速/（r/min）160490880103011701440功率/kW0.0370.0650.1500.2600.3651.120由表可見，與調(diào)節(jié)風(fēng)門相比，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速具有十分顯著的節(jié)能效果（被測(cè)電機(jī)pMN16kW nMN1430r/min ）風(fēng)機(jī)類負(fù)載其中空氣、介質(zhì)對(duì)機(jī)器中的葉片之阻力基本上和轉(zhuǎn)速的平方成正比，即：MfzKn2，式中K為比例系數(shù)1，實(shí)際的風(fēng)機(jī)由于軸承上有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩Mm，是反抗性負(fù)載性質(zhì)的，要由外加轉(zhuǎn)矩克服這個(gè)Mm后，才能使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

26、。因此，實(shí)際的風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為MfzMm+Kn2?，F(xiàn)以恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載與離心風(fēng)機(jī)為例分析節(jié)能特性，為了分析的方便，假定電動(dòng)機(jī)的輸入功能等于這類裝置的軸功率，即不考慮裝置效率影響。由于風(fēng)機(jī)最大特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此如將電機(jī)的定速運(yùn)轉(zhuǎn)改為根據(jù)需要的流量來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可節(jié)約大量的電能。4 改造方案 4.1 引風(fēng)機(jī)加裝變頻器結(jié)構(gòu)原理 從以上運(yùn)行情況分析：若提高電動(dòng)機(jī)的工作效率、節(jié)約電能，可在風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)上裝調(diào)速裝置。根據(jù)工作的情況調(diào)節(jié)調(diào)速器裝置的速度即可以滿足工作狀況的要求。用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造不必對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行太大改動(dòng)。在變頻改造的過程中，當(dāng)氧化鋁流動(dòng)速度較慢時(shí)，讓電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行便可達(dá)到要求。當(dāng)需風(fēng)量不太大時(shí)，使電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)可節(jié)約電能。同時(shí)，可根據(jù)需要而調(diào)節(jié)變頻器，以滿足工況要求。4.2 改造原理圖1 工作原理圖 工作原理如圖 1所示2，將溜槽的實(shí)際風(fēng)壓經(jīng)反饋后送到比較器的輸入端與給定壓力進(jìn)行比較，當(dāng)溜槽高壓風(fēng)壓力不足時(shí)，通過對(duì)參數(shù)運(yùn)算，調(diào)整PID的參數(shù)，控制電壓上升，使VVVF頻率相應(yīng)增大，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快，供風(fēng)量加大，迫使風(fēng)壓上升；反之，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，供風(fēng)量減少，迫使溜槽壓力下降。以保持穩(wěn)定的恒壓供風(fēng)。在本系統(tǒng)中采用了多風(fēng)機(jī)控制，單機(jī)設(shè)定在2550Hz范圍內(nèi)變化，在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)管道壓力遠(yuǎn)小于或大于設(shè)定值時(shí)，可以依靠