运用变频采调速对滤池反冲洗鼓风机控制的节能改造Word文档格式.docx
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二、滤池反冲洗工艺状况:
滤池反冲洗是恢复和发挥滤池过滤功能的重要手段,滤池的效率完全依靠有效的清洗来实现。
反冲洗强度不足,导致滤池清洗不干净、滤池堵塞较快、产生泥球以至口影响过滤性能;
反冲洗强度太大,可能出现滤料层、承托层翻动,膨胀太高,造成跑砂、配水系统故障或漏砂现象。
因此,只有选择合适的反冲洗强度才能满足滤池反冲洗工艺要求。
净水厂v型滤池反冲洗工艺要求:
滤池满足反冲洗条件时,先进行气冲,再进行气水混合冲,后进行水冲,气冲强度的大小由鼓风机风量和风压的大小来控制,水冲洗的强度由反冲泵流量和扬程的大小控制。
三、鼓风机原有系统情况
1.设备配置我厂有陕西鼓风机厂生产的型号c60-1.5型轴向导流、多级单吸离心式风机二台,一用一备:
进口风量60m3/min、进口风压1Mpa、出口压力1.5Mpa。
匹配电机型号:
Y280S-2型异步电动机,额定功率为75kw,额定电流140A、额定电压380V、频率50Hz、转速2970r/min,三角接法,B级绝缘。
采用全压直接启动接触器控制,原主电路及控制电路如下图。
2.鼓风机系统工作原理简述
鼓风机系统中有三个以其配套的电动阀门:
分别是进风阀、出风阀、回风阀。
初始状态进风阀和出风阀关闭,回风阀打开,电机空载起动;
电机开启后,依次打开出风阀和进风阀,待两阀门开到位后,关回风阀,待回风阀关到位后,风机开始正常送风。
鼓风机的风量和风压是靠人工手动调节电动阀门的开度来实现,电机正常送风阶段一直在全压全速运行。
四、提出问题
1.在冲洗滤池时,工艺要求反冲洗的强度为14-17/,只需鼓风机进风阀开到阀门全程的1/2就能满滤池反冲洗工艺要求。
鼓风机富余的功率白白消耗在阀门上,降低电机效率。
没有与电脑控制的滤池的进出水阀及气冲阀配起来。
2.生产工艺要求需二个冲洗强度为最佳,鼓风机的风量的调节是通过人工手动调节进风阀的开度来实现,未能满足工艺要求。
风机从启动到正常运行靠控制电动阀门的开关来实现,相关设备多,故障率高。
3.电机全压直接起动,起动电流很大,对电网有冲击,尤其对风机的连轴器、轴承造成严重机械磨损。
五、对提出问题的分析
(一)从节能的角度
1、变频调速的基本原理
根据异步电机的转速公式n=60f(1-s)/p,要调节电动机的转速,只有通过改变同步转速来实现。
由n0=60f/p可知,一是通过改变磁极对数p来实现调速,但是这种方法的缺点是调节是有级的,且极数很少,电动机的效率将降低。
二是通过改变定子电源频率f来实现调速。
由no=60f/p可知,当频率连续可调时,异步电机的同步转速n0也连续可调,因为电机的转子转速nm总是比同步转速n0略低些。
所以,当n0连续可调时,nm也连续可调。
由于异步电动机的同步转速n0与电源频率成正比,所以改变电源频率就能改变同步转速n0,从而实现调速,这就是变频调速。
即将工频50Hz的交流电输入变频调速器,通过整流、储能元件、逆变器等,变换成频率连续可调的三相交流电流,控制电动机的转速,又根据交流电动机转矩公式:
T=CΦT2&∮2可见T与∮、I成正比,又U=E1=C1F1∮则∮=E1/F1=U1/F1
要满足电动机的输出转矩不变,就要维持U1/F1为一定值,由此,变频调速也称为VVVF调速方式。
2、鼓风机变频调速节能原理分析
1、进风阀门开度为100%时的管网阻力特性曲线
2、进风阀门开度为70%时的管网阻力特性曲线
3、转速为额定转速n2(f=50Hz)时的风机特性曲线
4、转速为转速n(f=40Hz)时的风机特性曲线
风机的设计工作流量为60m3/min,系统在这一流量下的工作点A点,阀门开度为100%,因满足滤池一定的气冲洗强度的工艺要求,风机工作流量须保持Q1=38.8m3/min。
原糸统采用了将进风阀门调节在70%位置的方法,这样相当于增加了风机管道阻力,使管道阻力曲线由1升至2,糸统工作点由A点转到B点运行。
从图上看出此时风机进出风压力差由H上升到H1,此时电机输出轴功率P1与BHOQ成正比,采用变频调速后,电机转速由ne至n1在转速下的特性曲线为3,系统工作点由B点转列C点,可见在满足同样流量Q1的情况下,风机进出风口压力差由采用阀板节流时的H1下降到H2,由于出风口压力保持不变,因而进出风口压力差的变化就是风机进风口压力变化的反应,此时电机输出轴功率P2与CH2OQ1成正比,采用变频调速后节约的轴功率∠P与BH1H2C面积成正比。
若将采用阀板节流时风机消耗的电能表示为:
W1=KH1Q1,采用变频调速比阀板节流节省的电能为:
W1-W2=K(H1-H2)Q1=KQ1^H
在相同出口压力、相同流量Q1下的节电率为:
r=(W1-W2)/W1=KQ1^H/KH1Q1=^H/H1
由此可见,取消阀板调节,采变频调速,是一种行之有效们节能措施.
(二)从工艺要求
工艺要求保正在冲洗初期有足够的强度冲开较脏的滤料层,在该强度下运行一个时间段后,下降到下一个速度运行,使此时的气冲强度正好满足工艺要求.采用变频调速的多段速度控制正好满足工艺要求.
(三)从起动过程看
由于电机直接起动,起动电流高达额定电流的4~7倍,将对电网形成冲击,引起电压波动,对接触器主触头造成损坏。
快捷的起动,常常对机械形成冲击,缩短机械传动轴、轴承的使用寿命。
还有与鼓风机配合的三个电动阀门控制复杂,故障率高,维修量大。
采变频调速后,由于其输出频率可以从很低频率开始,实现了软起动,有效地降低起动电流,减少对电网、电机、接触器的冲击。
延长机械传动部分的使用寿命,取销了与鼓风机配合的三个电动控制阀门,减少大量维修工作量。
通过上述三方面分析可见,鼓风机采用变频调速控制,在企业节能中将具有明显的经济效益和社会效益。
六、解决问题
1.改造后的系统示意框图
由下图可见,鼓风机的变频调速系统采用二段速度控制,与计算机联结形成完善的自动化控制,风机的风压与风量的调节通过改变风机的转速实现,满足工艺要求。
2、变频器调速的多段速度控制
通过变频器键盘操作,设置参数从端子选择运行/停止,由变频器内部提供15V电源接到9号端子,由冲洗滤池的工况决定第一速度段的输出频率(50HZ以下)接到16号端子,第二段速度频率(40HZ以下)接至端子8。
鼓风机变频调速糸统就是根据多段速度的控制作用,自动调整变频器的输出频率的高低,以此来调整电动机的转速。
3.变频器选择
1)鼓风机配置的电动机为Y280S-2,功率为75KW、频率为50Hz、额定电压380V、额定电流140A、转速2970r/min。
我们选用了二台西门子ECO变频器
该变频器主要技术参数:
可变转矩负载能力为75KW、负载电流为140A、输入电压380-415V、3相、频率50Hz、最大输出为380-460V、其电子热继电器可调范围20%-120%变频器额定电流,频率可调范围0-400Hz。
频率设定方式:
操作面板、电位器、电压全信号(0-10)、电流信号(4-20)。
该变流器有如下技术特点:
该变流器是全数字电压型IGBT功率器件模块化结构通用糸列标准产品,可实现转矩限定、转矩提升、转差补偿控制、瞬间电源故障后的平稳恢复、自动加速/减速控制,自动节能运行,并有高可靠的保护和错误分柝、诊断、显示等功能
2)变频器调速的多段速度控制
通过变频器键盘操作,设置参数从端子选择运行/停止,由变频器内部提供15V电源接到变频器9号端子,由冲洗滤池的工况决定,设置第一速度段的输出频率信号(50HZ以下)从变频器16号端子输出,与中间继电器KA1的常开触点连按,再与变频器9号端子连按,完成第一速度段控制。
设置第二段速度频率信号(40HZ以下)从变频器8号端子输出,与中间继电器KA2的常开触点连按,再与变频器9号端子连按,完成第二速度段控制。
3、改造后的电路设计
本采统的电路设计是:
由于与计算机联接形成自动化控制,结合变频器的控制特点,取消了与鼓风机配合的三电动阀门的控制电路,轴承的温控和故障报警引至计算机控制,改造后的电路简单明了,同时满足控制要求。
见图10所示改造后的主电路及其控制电路。
(1)主电路
由图10可见,接触器KM用于将电源接至变频器的输入端,将变频器的输出端接至电动机。
(2)控制电路
由图10可见运行方式由三位开关SA进行选择.
手动控制:
当SA合至”手动”运行方式时,按下起动按钮SB2,接触器KM得电吸合,将工频电源按到变频器输入端,并允许电动机起动。
按下SB4,中间继电器KA动作并自锁,进而使中间继器KA1和时间继电器KT得电吸合,电动机开始升速,进入”变频运行”第一段速度控制,60秒后KT常闭触点延时断开,KA1失电,结束第一段速度控制,同时KT常开触点通电延时闭合,中间继电器KA2得电吸合,变频器进入第二速度运行,冲洗时间到,按下SB3,KA失电,变频器停止运行。
按下SB1,接触器KM失电,风机手动操作完毕。
自动控制:
将SA合至“计控”运行方式,当滤池的冲洗条件满足,由中央控制室的计算机系统向鼓风机系统发出控制指令信号,PC触点闭合,接触器KM得电吸合,将工频电源接到变频器输入端,并允许电动机起动。
当变频器起动条件满足,计算机控制的指令触点闭合,中间继电器KA动作,进而使中间继器KA1和时间继电器KT得电吸合,变频器进入第一段速度段运行,电机开始升速并在设定的频率范围运行,60秒后KT常闭触点延时断开,KA1失电,结束第一段速度控制,同时KT常开触点通电延时闭合,中间继电器KA2得电吸合,变频器进入第二段速度运行,根据工况要求由计算机设定的冲洗时间到,控制变频器的计控触点断开KA2失电,变频器停止运行,鼓风机自动控制结束。
4变频器的外部接线
六、变频器调速系统的安装与调试
1.系统安装
变频器是一台全电力半导体设备,由于它对环境及其按线要求较高.结合我厂风机房的实际情况,我们将原来三个电动阀门的主控制电路取消,在原处合理布局空气开关、接触器、变频器,使变频器竖立安装柜内左侧,空气开关和按触器在柜右侧,从而使安装环境、散热效果、维护方便性都较为理想。
1)主电路线径的选择安装
电源与变频器之间及变频器与电动机之间的导线,采用与原主电路相同截面积的120mm2铜导线安装。
变频器的R、S、T三端通过接触器KM接入断路器QF后的三相交流电源,变频器的U、V、W三端与电动机相接。
2)控制线路的选择安装
控制线路的接线主要是开关量控制线,由起动、停止、速度调整等控制组成的开关量控制线,由于开关量的抗干扰能力较强且接线距离近,故没有使用屏蔽线。
只采用普通的1.5mm2的绝缘软铜线。
变频器、电动机的接地线(16mm2)接到同一点上。
2.系统调试
在调试过程中,我们以滤池反冲洗工艺对气冲强度的要求为依据制定调试方案,具体步骤如下:
1)按说明书的要求不带电机对变频器检查,对各项功能和数据进行设置和更改。
2)带上电动机进行带负载调试。
先把鼓风机起动,运行到正常转速,然后逐步把进风阀门打开。
缓慢减小电机输入电压频率,观察风量、风速、电流的变化,调到达列工艺要求的数据标准为止。
反复进行多次,确定调速的频率范围。
2)变流器的主要参数设置:
(1)频率上限、下限设定。
最高频率设定为43Hz,即电机最高转速限制在2550r/min以内,以防风机风量过大造成跑砂、滤板损坏等问题。
最低频率设定为28Hz,即风机启动时,频率由零迅速上升到28Hz,电机转速线性增加到对应的转速。
避免了因频率过低,启动时间长,启动转矩不足的问题。
(2)加速、减速时间设定。
在启动变流器后,观察加速过程中的输出电流,若出现电流过大,则延长加速时间,反之缩短加速时间;
在停止变流器运行后,观察减速过程是否出现直流电压,若出现,则延长减速时间,否则可缩短减速时间。
根据现场试验,设定加速、减速时间为30秒。
(3)加速/减速方式设定。
由于采用步速度运行,所以按要求选择了线性加速/减速方式C-0。
(4)多步速度设定。
根据冲洗工艺的要求,设定第一速度的运行频率为40Hz,以保正在冲洗初期有足够的强度冲开较脏的滤料层,在该速度下运行1分钟后,下降到第二速度运行,其对应频率为36Hz,使此时的气冲强度正好满足工艺要求。
(5)电动机极数设定电。
电机极数为2,设定该参数是为了能监视电机的同步转速和负载机械的转速。
七、改运后效果分析
在变频调速装置运行前后,针对鼓风机在相同负载下的运行造情况,我们做了一些对比性的测试工作。
(见表2)
1能保持鼓风机的流量稳定在反冲洗强度要求的一定范围内,滤池反冲洗时的跑砂率减少,形成的气泡均匀,冲池的效果提高。
2使用变频器后,鼓风机实现了软起动,不会出现冲击电流,延长接触器、电动机、风机连轴器、轴承的使用寿命,节省维修成本。
同时与电脑控制系统联结,提高了自动化程度,反冲洗滤时气冲强度调节方便,减轻了工人的劳动强度,节约了电能和相关费用支出。
3节电效果:
鼓风机采用变频调速控制后,通过(外挂电表)与原抄表30天记录比较看(改造前日平均数350KWh,改造后日平均数275KWh),节电率为21.4%,其节电效果是非常明显的,从回收投资的角度讲,大约1.4年时间即可收回投资(设备购置费3.75万元),以后每年可为本厂节省电费支出27300元。
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