工厂节能技术应用实例分析

随着世界性能源枯竭危机，以及生产企业之间日趋激烈的竞争，电器设备节能改造成了众多企业内部挖潜的一个重要课题。目前节能已成了各工矿企事业非常关心的议题。看了《电子报》今年第8期第18版的《变频器和阀门谁更节能》和《应用变频器节能一例》两篇文章，感觉《电子报》对该议题的采用意义重大。但两文均是“大马拉小车”再用变频器“硬”降耗。其实，对设备选配失当长期存在“大马拉小车”现象的，首选改造换装匹配劫力设备，可以取得显著的节能效果。以下谈谈自己多年来在工厂节能应用中的一点认识，不当之处欢迎批评指正。 一、规范能源应用管理工矿企业首先应建立起科学用电管理体系，建立健全能源管理机构和制度。从技术发展趋势和长期的节能效益来说，工矿企业的节能技术改造，应优先考虑淘汰高能耗、低效率的旧设备，换装新型高效节能设备，降低电能损耗。电器设备节能技术改造是一项严谨的科学工程，必须经过多方的技术论证，才可立项进行。一般应有以下几项主要程序： 1.提出节能课题。 2.技术部门对电器设备用电负荷的工作特性进行调查、测算。＿ 3.技术部作出节能改造可行性分析。． 4.制定节能技术改造方案和预算资金投人，5.节能产品选型。 6.设备安装、节电效果和设备性能参数测试等等。 二、工厂常用节能技术根 据电器设备用电负荷的特性不同，目前，在工矿企业主要采用以下四种节能措施：在佩压配电系统并联电力电容器，进行无功补偿；在大功率用电设备上采用进相机（也称同步补偿机）进行无功补偿；电磁调速控制技术；变频控制技术。 1．电容器无功补偿 一般来说，供电公司均要求工厂低压配电系统的功率因数达到0.9以上，否则要多交一定比例的罚款。采用电容器无功补偿，可以有效提高供电系统中的功率因数，提高供、用电设备的负荷率，减少系统无功功率的损耗。用电容器作无功补偿，可分为集中无功补偿和分散无功补偿。 集中无功补偿是在一个低压配电系统中，在配电房统一进行无功补偿。早期，工厂普遍采用在低压配电房并联固定电容器或由用电管理人员根据用电负荷的变化情况，采用人工并人或撤出电容器。由于该方法容易出现配电系统无功过补偿、出现过电压等现象，所以现在已不再采用。集中无功补偿已普遍采用专用无功补偿柜，由智能化控制器根据用电负荷的变化．实时进行自动补偿。 分散补偿也叫末端就地无功补偿。这是对一些离低压配电房有一定距离、单台大功率用电设备进行末端无功补偿的一种节能措施。一般对几十千瓦至几百千瓦的单台用电设备进行有针对性的无功补偿。电容器无功补偿结构简单、价格低廉、安装维护方便、组容扩容灵活，在工矿企业得到了普遍应用。 2.进相机无功补偿 这是对单台用电功率达上百干瓦至几百千瓦的用电设备进行有针对性无功补偿的一种节能措施。进相机“输出”的励磁电流，可有效减少用电设备无功功率损耗和改善功率因数，起到无功补偿的节电作用。进相机的投资比电容器无功补偿高，安装和维修也比用电容器无功补偿复杂。所以，只有通过技术论证和经济投资比较，确认有利时才能采用。 3.电磁调速控制技术 利用电磁调速电动机对负载实现恒转矩无级调速，实现负载平缓启动、平缓停机，消除电动机启动时大电流的冲击损耗。根据负荷大小变化，使机械设备运转速度在0-100%范围无级调速，降低电动机和机械传动上的“空载”损耗（电动机电磁调速工作原理可参阅《电子报》2006年第19期11版）。 4.变频控制技术 这是一种较先进的电动控制技术。在变频器控制下，电动机不再是以50Hz380V电压下运转，而是可心根据负荷的变化，实时对电动机的运转速度在0--100%范围内连续可调，实现电动机平缓启动、平缓停机，消除电动机启动时大电流的冲击损耗，降低电器、机械设备的空载损耗。微电脑智能化变频控制技术，使电动机输出功率可随时根据负荷大小变化自动对应，即实现电动机的输出功率与负荷同步变化，大大降低电动机和机械设备的空载损耗，取得良好的节能效果。 三、设备节能改造实例1．末端无功就地补偿 罗茨式鼓风机是机立窑（水泥生产）不可缺的大功率供风设备，其一般离低压配电房都有一段距离（本例电缆线路约loom）。由于电动机功率比较大（155kW），开机时，线路末端电压会有3-lOV的下降，特别在用电高峰时期，有时电压甚至低于380V。采用电容器末端就地无功补偿（补偿容量50kVar），使电动机开机时所降电压明显回升，功率因数提高，电动机满负荷工作电流从220A下降为195A，降低了输电线路上的电能压降损耗，而且在用电高峰期有效改善电动机的启动性能，取得了较好的节能效益。 2.进相机无功补偿 245kW/380V绕线型球磨机用电动机，额定工作电流454A，正常生产时运转电流约400Ao采用电动机转子绕组串接配套进相机（电动机启动并正常运转后，由人工操作刀开关进行切换），球磨电动机运转电流降为约360A.不但取得了较好的节电效果，而且使交流接触器、刀开关等控制装置的发热最大大降低。以前十天半个月就要更换一次的玻璃丝座（接触器动触头固定绝缘座），改造后半年未坏一只，从而提高了设备的生产运转率。 3.电磁调速技术 (1)机立窑转盘调速控制 机立窑内部碎料转盘是一种塔子型大圆底盘，从塔尖往下，布满一个个凸出的铁块，形似突出的“鼻子”，俗称“塔鼻子”。生产中，电动机（11kW）经减速装置带动转盘以额定恒速转动，塔上突出的“鼻子”把窑内缎烧好、不断下落的熟料“刮”碎，再由出料管经专门控制设备输出碎料。原来，电动机由交流接触器控制运转，不管窑内部缎烧是否正常，电动机和转盘始终以额定恒速“碎”料。在机立窑缎烧不正常的情况下，出现“碎”料过快，致使窑内部出现料层脱节，造成事故隐患，而且也造成电动机和机械设备的空转损耗。 把三相电机换装成同功率电磁调速电机。这样，可根据实际生产情况调节转盘转速，使“碎”料过程能够人为掌握，根据生产量的高、低调节转盘转速，降低了转盘空转损耗和机械传动损耗（由于摩擦力等原因，一般机械设备在高速运转时的损耗，远远大于低速时的运转损耗），也避免了电动机带负载启动时大电流的冲击损耗，达到节能的目的。 (2)物料输送带调速控制 正常生产时，输送带的满载功率（电动机功率5.5kW）运转。在生产不正常或生产量降低的情况下，输送带上只有很少的物料甚至无物料（空载），而常规控制下的电动机传动机械仍以额定转速运转，造成“空载”损耗。换装同功率电磁调速电机后，达到节能的目的。以上两例，若采用变频器控制：同样可以达到节能的目的。 4.变频控制技术 (1)注塑机节能改造 注塑机主要是由电动机、油泵构成的一个液压循环工作系统。注塑机一个完整的生产周期包括：锁模、熔料、射胶、冷却、开模等阶段，在上述各阶段，液压系统对油泵提供的压力、流量要求是不一样的，即注塑机是一台负荷功率成周期性变化的设备。但电动机、油泵是根据注塑机运行过程中最大负荷配装的，而工作中电动机、油泵始终以额定转速运行，在小负荷时，电动机、油泵就存在“空载”损耗。把注塑机装配上相应规格的微电脑智能化变频节能器，使电机实现软起动，避免了起动时的大电流冲击损耗，而且，电动机在工作时不再是以50Hz380V恒速稳定运转，而是能根据设备负荷的变化，控制电机的输出功率与负荷消耗功率相匹配，降低电动机和油泵等设备的损耗，同时也降低了设备磨损，达到节能的目的。 (2)机立窑风机节能改造 风机电机功率匹配，无大马拉小车现象，采用变频控制技术是否可以节能？答案是肯定的。大型鼓风机是机立窑供气“助燃”、生料缎烧的一个重要环节。实际生产中，机立窑根据出料、加料、窑中燃烧温度的要求，会经常改变送风晕的大小。需要说明的是，风门放在“中风量”、“小风量”时，可以显著降低电动机的运转电流，降低电动机的消耗功率。但这不是为了节能，而是生产需要。当风门放在“中风量、小风量”时，虽然电机的电流有所下降，但电机和风机传动机械依然以额定转速运行，电动机和传动机械的“空载”损耗并未降低。采用变频器控制后，可根据风量大小的要求方便地控制电机转速。由于风机的风量与其转速成正比，轴功率与转速（电源频率）的三次方成比例，当电机的转速降低时，其消耗功率显著减小，从而节约了电能。同时，在“小风量、中风量”阶段的机械噪声、机械磨损也大大降低。在风机满负荷“大风量”运转时，变频器只起控制电机运转作用无节能效果。 综上所述，电容器、进相机以无功补偿形式，提高功率因数，降低系统无功损耗，达到节电的目的；电磁调速、变频控制则是依靠降低机械设备在小负荷时的“空载”损耗，达到节电的目的。对于变频节能控制技术来说，不存在大马拉小车现象，只要负荷功率因生产需要会发生变化或波动的，如风机、物料输送带、油泵等电器设备，都可采用变频控制技术或电磁调速控制技术。由于电磁调速调整的只是机械传动部分速度，而电机始终以额定转速运行，但变频控制技术同时“调整”了电动机输出功率和机械设备的传动速度。所以，变频控制比电磁调速节能效果更好。 一般来说，采用上述节能技术改造，可达到5%-30%的节能效益。对水泵年电能几百万几千万度的企业来说，效益相当不错。对于一些“一改”就号称节电50%以上的电器线路、动力设备，首先要考虑到线路过细、老化，设备功率严重不匹配，甚至是一些高能耗、低效率、国家已明令淘汰的旧设备等原因造成，应优先换装合格、匹配的电器设备。 以上节能技术改造，并不存在绝对的孰优孰劣问题，应根据不同的生产环境、负荷特性综合评估采用。而变频控制器比较“娇贵”，对使用环境、温度都要求较高，且工作时产生的谐波易对邻近电子装置造成干扰，价格也是最贵的。 现代科学研究证明，供电系统电压波形的畸变、谐波叠加干扰、浪涌、三相不平衡等，都将造成电子电力设备的发热损耗、效率降低甚至出现工作异常。在损耗、节能这两个对立面，新节能技术不断涌现，有待我们去了解、去推广应用。