热电高压锅炉给水泵变频器电气节能改造可行性分析.pdf

年 月云南化工 第 卷第 期 ，：热电高压锅炉给水泵变频器电气节能改造可行性分析陈庆波，周斌（云南天安化工有限公司，云南安宁 ；云南云聚能新材料有限公司，云南安宁 ）摘要：为了降低水泵、管道的能量损耗，在确保供水量的同时实现节能，拟利用闲置的高压变频器，改造后用于高压锅炉给水泵，实现节能目的。对电机、变频器、电缆等进行了计算分析，为热电装置的电气部分的节能改造提供了技术支撑。关键词：热电高压锅炉；给水泵；变频器；节能；电机中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，）：，：；概述云南天安化工有限公司热电锅炉装置共有 台 高压锅炉给水泵电机（），采用 电源直接启动，开 备。运行水泵的入口阀 出口阀均手动全开，总管流量约 。随着锅炉效率的提升，台全开水泵的供水量已超过实际需要，造成锅炉给水泵能耗浪费 。本着挖潜增效、节能降耗的原则，拟计划采用 台全压 台变频的运行方式，通过增加变频器调节锅炉给水泵的转速，从而调节供水流量，既满足供水需要，又节约电能，达到节能增效的目的。由流体力学可知：（）（）式中：为输出轴功率，为流量，为压力，为转速。流量 与转速 的一次方成正比，压力 与转速 的平方成正比，功率 与转速 的立方成正比（风机水泵相似性定律）。如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速 可成比例的下降，而此时轴输出功率 成立方关系下降，即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。所以，当所要求的流量 减少时，可调节变频器输出频率使电动机转速 按比例降低。转速控制方式在低速小流量时，仍可使机泵高效率运行。这时，电动机的功率 将按三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门节能 ，从而达到节电的目的。在高压锅炉给水泵运行中，若流量有较大的空间调节，则给水泵电机的耗电量可大幅降低，因此确保供水的同时实现系统节能。节能改造原则利用热电闲置的高压变频器（原一次风机使用，现已退出运行），调节高压锅炉给水泵电机的转速，从而达到调节流量、节能降耗的效果。先试改 台，若效果明显，则再改 台。（考虑到变频器故障停运时对供水流量的影响）当变频器停运后，总管流量或压力降低，则通过 联锁自动启动备用水泵（不带变频器的）。需对全压、变频水泵进行定义，并修改确认联锁逻辑，见表 。表 水泵运行方式定义 全压运行 变频运行 全压运行 变频运行 电机基本情况装置正常生产时 台运行，台在线备用，总管流量 ，单台分支管路因无流量计无法测量单台水泵出口流量。水泵电机为 、接、级绝缘、滑动轴瓦。铭牌见图 ，参数表见表 。年 月云南化工 第 卷第 期 ，图 电机铭牌表 水泵电机铭牌参数及运行参数指标铭牌参数运行参数电机额定电压 电机额定电流 电机额定功率因数 电机额定功率 电机额定转速 电机实际电压 电机实际电流 电机实际功率因数 水泵的额定流量 水泵的额定轴功率 最大设计 阀门开度入口 出口 水泵的实际流量台总流量 生产厂家南阳防爆集团有限公司 高压电机全压运行时，电机运行数据测量值如表 。表 电机运行数据表测量时间 电流 功率 电流 功率 ：均值 功率长期稳定在 左右，功率因数 ，运行电流 ，母线电压 。根据 槡 ，与表计测量数据基本一致 ，表明目前运行参数正确。功率长期稳定在 左右，功率因数 ，运行电流 ，母线电压 。根据 槡 ，与表计测量数据基本一致，表明目前运行参数正确。查阅近年各月的历史记录，基本与目前运行数据吻合，运行功率基本保持在 。因电机 接额 定 电 压 为 ，而 闲 置 变 频 器 出 口 电 压 为 ，故需将电机绕组更改为接法后方能适用。备用变频器基本情况热电装置台一次风机于 年月全部改造完成，台由北京 电气传动系统有限公司生产的 变频器全部闲置。为避免长期停电导致变频器损坏，故二次电源一直未中断，有效保护了板卡及电子元件 。但由于闲置已有 年，需对变频器进行全面检查维护、更换损坏元器件后方能试车投运。变频器的铭牌见图 ，基本参数见表 。图 电机铭牌参数表 备用变频器参数表序号变频器型号额定输出电压 额定电流 序列号 （同上）（同上）（同上）（同上）（同上）（同上）备用变频器 共计 台，于 年投用，年 月 台变频器停用，年 月 、台变频器停用，停用前 台变频器正常运行。目前 台变频器均有故障需处理，台报 跳闸回路监视故障，台报 风机故障。根据节能改造计划，先对 台进行改造与水泵匹配使用，成功后再对 台进行改造与水泵匹配使用，台元器件作为改造或运行备件使用。配对情况如表。与变频器配套使用的干式整流变压器为 ，额定容量 ，连接组别为 ，一次侧额定电流 ，二次 侧均为 ，由北京新华都特种变压器有限公司生产，见表 。表 改造配对计划序号批次配对情况备注第一批 电机 台变频器先试改运行第二批 电机 台变频器 年 月云南化工 第 卷第 期 ，表 整流变压器铭牌参数型号 相数 相产品代号 额定容量 额定频率 出厂序号 耐热等级级使用条件户内式联接组别 海报高度 冷却方式 短路阻抗 ：绝缘水平 分接位置网侧阀侧（接）阀侧（接）额定电压 额定电流 额定电压 额定电流 额定电压 额定电流 干式变压器停运前运行正常，停运后温控仪的二次电源未中断，显示及冷却风机启动正常，但风道末端的墙体抽风机因设备停运拆除，改造时需恢复。电机改造的可行性分析目前电机为 接，线 ，相 ，。若实行变频器节能改造，必须将绕组改成接法，使 变线 才能与变频器匹配。电机铭牌参数：接，。在系统外接电源（线 ）不变的情况下，两种接法下的电流计算为 、接法简图如图 所示：（）型接法（）型接法图 、接法简图）接时，测，线槡 （指通过 相绕组的电流，指加在 相绕组上的电压）：总 （槡 ）设 总测 ，计算得：测（计算与测量吻合）。线槡 （）接时，测槡 ，线，（指通过相绕组的电流，指加在 相绕组上的电压），在相同系统电压 线 时，则：总 设 总 测 ，计算得 。测槡 线 ）通过上述计算分析，在相同外施电压 的情况下，、接时电压电流计算值如表 。表 、接时电压电流计算值接法绕组承受的电压 绕组通过的电流 测 测 ）若改为接，绕组承受变频器出口电压时，线 ，要达到相同功率，则 计算为：总 测槡 因此，在外施 电压下，绕组通过的电流为 （额定电流）。）小结：该电机在设计制造时，按 接考虑，绕组允许通过的电流为 ，绕组运行中承受的电压为 。若改为接，则绕组通过的电流为 ，绕组承受的电压为 。因此，将该电机由 接改为接，从绕组的耐压及载流上是满足要求的，技术上是可行的（电缆利旧，载流满足要求，不重复论证）。变频器改造的可行性分析该变频器的额定容量为 ，电机的额定功 年 月云南化工 第 卷第 期 ，率为 。设变频器的运行功率因数为 ，则变频器的最大输出功率为：（略小于电机的标称额定功率，但一般情况下功率因素较高）以电机 电压额定满载情况下，计算电机运行电流：测槡 根据铭牌，变频器的额定输出电流为 。因此变频器基本满足电机的额定功率运行。由于该电机长期处于 之间，且变频器已有 年寿命，考虑到高原降容、设备裕量及设备性能老化问题，建议限制变频器的额定电流上限值到 （），即可满足变频器及电机的长期安全稳定运行功率要求。因此将变频器进行改造后应用于高压锅炉给水泵电机节能上 ，技术上可行。节能改造的经济性分析根据上述工作内容所需的材料、人工、改造等工作，对投入费用的预估（不含内部人员施工、试验以及变频器检测等费用），见表 。表 改造价格预估序号设备工作项目费用小修、保护器修改参数、试验、调试 开关柜至变压器电缆 开关柜高压电缆试验 电缆终端头 电缆中间头 开关柜至变频器控制电缆 小修、试验变压器墙体抽风机 底部风机 电机 改造 浸漆烘烤、中修、运输 全面维护调试检测 控制板升级（块）变频器电池 电源模块 冷却风机 过滤网 合计 表 中：电机改造费用约 万元，变频器的检测维护调试（含控制板）费用约 万元，其余由我公司自行采购的材料费用约 万元，共计约 万元。考虑到维护保养检测过程中变频器的备件损坏（如电容器、空开、接触器等）因素，不计内部施工、试验、调试、点位等费用的情况下，综合预估单台高压锅炉给水泵节能改造费用约 万元。按改造后设备正常运行、长期变频器水泵功率在 （比目前降低约 ，即可满足流量要求）、年平均运行 天、电费单价 元 计，则每年节约电费为：（）万元即 年便可收回改造成本（本条计算仅为粗略计算，以实际运行数据为准）。由以上计算可知，对给水泵实行变频器节能改造是经济的。结语本文对高压锅炉给水泵节能改造涉及的电机、变频器、电缆等进行了充分的计算和论证，有效证明了节能改造在电气设备方面的可行性及经济性，为节能改造提供了直接的电气技术依据。节能改造需从整个系统角度出发，包括基本的可调速运行、工艺管道 官网的压力流量可调整等方面，并符合实际生产后，方能开展改造工作。就电气设备专业的技术来说，采用目前的电机、利旧变频器实施节能改造完全可行，而且是经济的。参考文献：中国石油化工集团公司，中国石油化工股份有限公司 石油化工设备维护检修规程：第六册：电气设备 北京：中国石化出版社，戴文进，徐龙权，张景明 电机学 北京：清华大学出版社，崔江海 高压变频器在锅炉给水泵上的应用 电机与控制应用，（）：于伟然，李明明，王明兰 浅谈高压锅炉给水泵的节能改造 山东工业技术，（）：收稿日期：作者简介：陈庆波（），男，云南宣威人，大学本科，电气工程师，主要从事电气设备运行、维护、检修管理，电气技术管理，工程管理等方面的工作。