在我國(guó)的制糖行業(yè)中，很多重要的生產(chǎn)設(shè)備均為高能耗設(shè)備，設(shè)備的電力拖動(dòng)離不開(kāi)調(diào)速，受設(shè)計(jì)時(shí)的技術(shù)條件的限制，很多設(shè)備的拖動(dòng)調(diào)速在設(shè)計(jì)時(shí)大都采用能耗調(diào)節(jié)，交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速是在現(xiàn)代微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，它不但比傳統(tǒng)的直流電機(jī)調(diào)速優(yōu)越，而且也比調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等調(diào)速方式優(yōu)越。它的特點(diǎn)是調(diào)速平滑、調(diào)速范圍寬、效率高特性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械特性硬、保護(hù)功能齊全，運(yùn)行平穩(wěn)安全可靠，在生產(chǎn)過(guò)程中能獲得******速度參數(shù)，是理想的調(diào)速方式。應(yīng)用實(shí)踐證明，交流電機(jī)變頻調(diào)速一般能節(jié)電 30%左右，目前工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛采用變頻調(diào)速技術(shù)，在我國(guó)也是國(guó)家重點(diǎn)推廣的節(jié)電新技術(shù)。變頻器應(yīng)用在制糖工業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵、壓榨機(jī)、離心機(jī)等負(fù)載，能取得了顯著的節(jié)能效果。

二．生產(chǎn)供水節(jié)能改造方案

    1．原供水系統(tǒng)工況

    原供水系統(tǒng)由二路管網(wǎng)系統(tǒng)組成，第一路管網(wǎng)供水水泵六臺(tái)，水泵電機(jī)分別為：110KW五臺(tái)、75KW一臺(tái)；第二路管網(wǎng)水泵六臺(tái)，水泵電機(jī)分別為：155KW五臺(tái)、220KW一臺(tái)。水泵投切依靠值班人員根據(jù)壓力進(jìn)行投切，水壓隨用生產(chǎn)用水量的變化及泵組的投切變化較大，泵組投切對(duì)電網(wǎng)的沖擊影響很大，根據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)水壓及流量的要求，需要開(kāi)回流閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

    2．變頻節(jié)能改造方案

    由以上系統(tǒng)工況可知，該系統(tǒng)適于作變頻節(jié)能改造，改造方案如下：

    系統(tǒng)部分采用變頻控制，在每一管網(wǎng)上按裝壓力傳感器，即時(shí)檢測(cè)管網(wǎng)水壓，根據(jù)生產(chǎn)用水量的變化變頻控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩?a >控制系統(tǒng)供水量，保證管網(wǎng)水壓的恒定。第一路管網(wǎng)由110KW變頻節(jié)能系統(tǒng)控制兩臺(tái)水泵電機(jī)，一用一備，其余四臺(tái)工頻控制；第二路管網(wǎng)由220KW節(jié)能變頻系統(tǒng)控制一臺(tái)220KW水泵電機(jī)及一臺(tái)155KW水泵電機(jī)，一用一備，其余四臺(tái)工頻控制。改造后節(jié)電效果顯劇，恒壓供水，極大地改善了生產(chǎn)工藝。改造系統(tǒng)控制圖如下：

    3．變頻改造節(jié)能原理

    （1） 泵類(lèi)的特性和參數(shù)
純粹用于抽水的功率叫有效功率
有效功率=（1000QH）/（75×60/0.736）=QH/6.11（kW）
式中，Q為流量（m3/min）;H為總揚(yáng)程（m）。
設(shè)在揚(yáng)程內(nèi)1m3的水的重量為1000kg，因此:
泵的軸功率=（有效功率）/ 泵的效率（kW）
電動(dòng)機(jī)輸出功率=（1.05～1.2）×軸功率（kW）

    因泵的揚(yáng)程大小、泵的型號(hào)不同，泵的效率不能一概而定，一般標(biāo)準(zhǔn)泵的大致效率曲線如圖2所示。

    鑒于泵的設(shè)計(jì)與制造方面會(huì)有誤差，故電機(jī)的輸出功率應(yīng)較軸功率計(jì)算值有5～20%的裕量，而后根據(jù)流量和揚(yáng)程求出電動(dòng)機(jī)的功率，圖3為流量和揚(yáng)程特性曲線。

    （2） 管網(wǎng)的水阻特性
    當(dāng)管網(wǎng)的水阻R保持不變時(shí)，水量與過(guò)水阻力之間的關(guān)系是不確定的，即水量Q與過(guò)水阻力h按阻力定律變化，其表達(dá)式為:

    由上面的公式可知，如果泵類(lèi)的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)水量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速可成比例下降，此時(shí)水泵的軸功率是成立方關(guān)系下降。

    另根據(jù)水泵類(lèi)的特性曲線與水阻特性的關(guān)系曲線也可明顯的看出風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能效果。圖5為風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速節(jié)能原理示意圖，圖中曲線H為恒速下的H-f（Q）曲線，其水阻、風(fēng)阻特性曲線R1相交與A點(diǎn)。對(duì)應(yīng)的風(fēng)量為Q1。此時(shí)風(fēng)機(jī)、水泵的軸功率Q1AH1Q圍成的矩形面積成正比。當(dāng)欲使風(fēng)量由Q1減少到Q2使用擋板或閥門(mén)時(shí)，則新的風(fēng)阻、水阻特性曲線H相交于B點(diǎn)，此時(shí)風(fēng)機(jī)軸功率與Q2BH2Q圍成的矩形面積成正比。如果采用調(diào)速方法將風(fēng)機(jī)、水泵的轉(zhuǎn)速降到n2使對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)特性曲線H與風(fēng)阻特性曲線R2相交于C點(diǎn)。此時(shí)與風(fēng)機(jī)軸功率成正比的Q2CH3Q圍成的矩形面積顯著減少，說(shuō)明軸功率下降很多，節(jié)能效果明顯。

    4． 系統(tǒng)主要功能

    1） 恒壓供水功能

    SY6000變頻系統(tǒng)內(nèi)置PID 調(diào)節(jié)器，管網(wǎng)壓力傳感器即時(shí)檢測(cè)管網(wǎng)壓力并轉(zhuǎn)化為4-20 mA電流信號(hào)，直接送入變頻器模擬電流輸入口，設(shè)定給定壓力值，PID參數(shù)值，變頻器內(nèi)置PID運(yùn)算后控制輸出頻率。系統(tǒng)參數(shù)可在實(shí)際運(yùn)行中調(diào)整，使系統(tǒng)控制響應(yīng)快速。管網(wǎng)壓力可根據(jù)生產(chǎn)工藝任意給定，變頻系統(tǒng)自動(dòng)跟隨控制，保持管網(wǎng)設(shè)定的壓力恒定，既節(jié)能又能最好地滿足制糖生產(chǎn)對(duì)水壓的要求。

    2） 泵組投切指示

    系統(tǒng)能即時(shí)檢測(cè)供水管網(wǎng)水壓，當(dāng)現(xiàn)有泵組不能滿足生產(chǎn)用水需要或超過(guò)生產(chǎn)用水需要時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出投入或切除泵組指示，給出聲光投切泵組報(bào)警，指示值班人員投切泵組，從而保證生產(chǎn)用水的需要。

    3） 工變頻切換功能

    制糖工業(yè)供水系統(tǒng)可靠性要求高，一旦故障會(huì)影響對(duì)整個(gè)生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的影響，因此該系統(tǒng)設(shè)置了工變頻切換功能。系統(tǒng)在一般情況下運(yùn)行在變頻恒壓供水狀態(tài)，當(dāng)變頻器萬(wàn)一出現(xiàn)故障或例行檢修時(shí)，可立即切換到工頻運(yùn)行，用原有備用自耦降壓?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)水泵，從而保證供水的連續(xù)性，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性能很好地滿足生產(chǎn)的要求。兩套啟動(dòng)系統(tǒng)電氣聯(lián)鎖，可防止誤操作，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

    5．改造后受益

    1） 延長(zhǎng)設(shè)備及管網(wǎng)使用壽命，減少系統(tǒng)維修工作量。

    由于采用變頻恒壓控制，水泵的啟動(dòng)為軟啟動(dòng)，消除了大電機(jī)啟動(dòng)時(shí)沖擊力矩對(duì)電機(jī)的影響，水泵在啟動(dòng)時(shí)的沖擊大為減少，同時(shí)由于軟啟動(dòng)且水壓為恒壓控制，消除了啟動(dòng)時(shí)對(duì)管網(wǎng)的水錘效應(yīng)，爆管現(xiàn)象不再發(fā)生。因此延長(zhǎng)了原有設(shè)備的使用壽命，故障率大為降低，減少系統(tǒng)維修的工作量。

    2） 改善供水質(zhì)量，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

    采用變頻恒壓控制系統(tǒng)后，可以非常平滑地調(diào)節(jié)供水壓力，值班人員對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整控制更加穩(wěn)定自如。隨著生產(chǎn)工藝的變化，可以很方便地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的供水壓力。由于采用新系統(tǒng)后，故障率大為降低，且兩套啟動(dòng)系統(tǒng)可以互為備用，保證了系統(tǒng)供水的連續(xù)性，為系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行提供了可靠保證。

    3） 改善工廠的用電狀況。

    采用變頻軟啟動(dòng)后，消除了原啟動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，新系統(tǒng)的功率因數(shù)可達(dá)0.95，效率可達(dá)0.98，系統(tǒng)工作電流大為減小，線路損耗也大為減少，改善了工廠用電的狀況。

    4） 節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

    原系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)為維持水壓的基本恒定，除需要不斷反復(fù)投切泵組外，還需利用回流閥進(jìn)行小范圍調(diào)節(jié)，水泵的投切除對(duì)電網(wǎng)有沖擊外還需消耗電能，回流閥調(diào)節(jié)基本不會(huì)減少水泵功率的消耗。采用變頻后，變頻泵組能自動(dòng)根據(jù)生產(chǎn)所需的水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持管網(wǎng)壓力的恒定，變頻泵組調(diào)節(jié)即時(shí)范圍寬，泵組投切次數(shù)大大減少，系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，平均下來(lái)整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)電率在30%左右，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

    5） 減輕值班人員的工作強(qiáng)度

    原系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改造后，管網(wǎng)水壓自動(dòng)檢測(cè)控制，回流閥無(wú)需調(diào)節(jié)，泵組投切有聲光告警指示，值班人員不會(huì)擔(dān)心因沒(méi)有及時(shí)地投切補(bǔ)給泵組、開(kāi)啟回流閥而導(dǎo)致的水壓過(guò)低或過(guò)高影響生產(chǎn)事故。

三．鍋爐變頻節(jié)能改造方案

    1．原系統(tǒng)工況

    鍋爐共三臺(tái)，供水由兩臺(tái)280KW水泵組成，兩水泵并網(wǎng)由兩只電動(dòng)閥調(diào)節(jié)進(jìn)水和回流量；引風(fēng)機(jī)由兩臺(tái)250KW風(fēng)機(jī)組成，兩風(fēng)機(jī)并網(wǎng)，獨(dú)立電動(dòng)風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)，風(fēng)門(mén)開(kāi)度在75%左右；鼓風(fēng)機(jī)由1臺(tái)160KW風(fēng)機(jī)組成，電動(dòng)風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)，風(fēng)門(mén)開(kāi)度在60%左右，二次風(fēng)機(jī)由一臺(tái)55KW風(fēng)機(jī)組，風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)，風(fēng)門(mén)開(kāi)度60%左右。

    2．變頻節(jié)能改造方案

    1） 鍋爐給水

    原系統(tǒng)給水原理圖如下：

    由于二臺(tái)鍋爐進(jìn)水電動(dòng)閥分別控制，在運(yùn)行過(guò)程，雖然蒸汽并網(wǎng)后壓力相同，但由于燃燒過(guò)程中存在不確定性，兩臺(tái)鍋爐汽包各自的液位就必然存在差異。因此，單用恒液位控制方案不適合。通過(guò)給水原理圖我們不難發(fā)現(xiàn)，要對(duì)2臺(tái)鍋爐汽包的液位分別控制，最理想的方案是將1個(gè)給水母管向2臺(tái)鍋爐給水的現(xiàn)狀徹底改變，將給水系統(tǒng)分開(kāi)，使每個(gè)鍋爐都有自己獨(dú)立的給水系統(tǒng)，再在此基礎(chǔ)上加裝變頻控制，由1臺(tái)變頻器單獨(dú)控制1臺(tái)鍋爐的給水。但此方案不僅改動(dòng)較大，投資較高，且要停產(chǎn)改造。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了采用一套專(zhuān)用于2臺(tái)（或2臺(tái)以上）鍋爐同時(shí)運(yùn)行時(shí)的控制方案，即蒸汽壓力和母管給水壓力的恒壓差控制方案。具體為：用兩只壓力傳感器分別檢測(cè)蒸汽總管壓力、給水總管壓力，轉(zhuǎn)換成4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到壓差變送器，其壓差信號(hào)經(jīng)PID調(diào)節(jié)器與設(shè)定值（給定）進(jìn)行比較后，送到變頻器控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，該方案特點(diǎn)為能在不改變?cè)邢到y(tǒng)現(xiàn)狀的前提下，更好的利用變頻系統(tǒng)，節(jié)能降耗，減小系統(tǒng)運(yùn)行，維護(hù)費(fèi)用，提高原有系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

    2） 引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)及二次風(fēng)機(jī)

    引風(fēng)機(jī)由二臺(tái)250KW變頻系統(tǒng)分別控制二臺(tái)引風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)由二臺(tái)160KW變頻系統(tǒng)分別控制二臺(tái)引風(fēng)機(jī)，二次風(fēng)機(jī)由一臺(tái)55KW變頻系統(tǒng)控制，與原啟動(dòng)裝置并聯(lián)，原啟動(dòng)裝置可作備用，不改變?cè)到y(tǒng)。

    3．變頻改造節(jié)能原理

    1） 鍋爐給水

    原系統(tǒng)給水依靠電動(dòng)進(jìn)水閥及回流閥調(diào)節(jié)，閥門(mén)調(diào)節(jié)增加了管網(wǎng)阻力，是一種能耗調(diào)節(jié)。變頻改造后關(guān)閉回流支路，打開(kāi)調(diào)節(jié)閥，進(jìn)水靠變頻系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)，減小了給水母管與蒸汽壓力之間的壓力差，運(yùn)行時(shí)隨著鍋爐汽包壓力的變化，變頻器水泵轉(zhuǎn)速也隨之改變，根據(jù)由上介紹的流體力學(xué)原理，水量Q與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率P 與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

式中: Qe—風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)的額定風(fēng)（流）量;
He—風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)的額定壓力;
Pe—風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)的額定功率;
ne—風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)的額定轉(zhuǎn)速。
由上公式可告，變頻改造后水泵電機(jī)消耗功率隨蒸汽壓力變化大大減少，節(jié)電效果顯著。

    2） 引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)及二次風(fēng)機(jī)

    風(fēng)機(jī)原系統(tǒng)均依靠進(jìn)風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)，風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)會(huì)增加風(fēng)阻，是一種能耗調(diào)節(jié)方式，變頻改造后，進(jìn)風(fēng)門(mén)全開(kāi)，風(fēng)阻大大減少，風(fēng)量靠變頻控制系統(tǒng)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)，隨著蒸汽壓力的變化及鍋爐內(nèi)燃料燃燒情況調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩刂乒╋L(fēng)量，根據(jù)流體力學(xué)原理，風(fēng)機(jī)電機(jī)消耗功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比可知改造后節(jié)電效果顯著。

    4．改造后受益

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