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罗茨风机变频改造节能效益分析

罗茨风机变频改造节能效益分析

山东锦工有限公司是一家专业生产罗茨鼓风机、罗茨真空泵、回转风机等机械设备公司,位于有“铁匠之乡”之称的山东省章丘市相公镇,近年来,锦工致力于新产品的研发,新产品双油箱罗茨风机、水冷罗茨风机、油驱罗茨风机、低噪音罗茨风机,赢得了市场好评和认可。

泵与罗茨风机是把机械能转换为流体压力能和动能的通用流体机械,在石化、冶金、电厂中使用非常普遍,例如,在热电厂中,泵与罗茨风机所消耗的电能几乎占到厂用电的70~80%。提高泵与罗茨风机的效率,合理进行节能技术改造,是企业节能减排的重要途径。
变速调节技术是泵类和罗茨风机普遍采用的一项重要的节能措施,变频节能改造节能效益和节能量的计算是关系到项目是否具备改造可行性的关键因素。目前,对变频调速技术节能效果的分析,多直接运用相似定律,与实测节能效果存在很大误差。
本文拟分析相似定律的适用范围,探讨切合实际的节能量计算方法,最后通过相关改造项目检验其准确性。
2 泵与罗茨风机的相似定律
根据流体力学原理,对同一台泵与罗茨风机,相似工况之间的性能参数关系为:
(1)
式中Q为流量;n为转速;H对于泵为扬程,对于罗茨风机为压头;N为功率。
如图1,A1点的流量和扬程己知为QA1和HA1,任一与A1点相似的工况点参数为Q和H,则:
(2)
显然这是一条过原点的抛物线,称为相似曲线,与A1相似的工况全在这条线上。
相似定律的前提是调节前后工况必须相似,但泵运行时,大多存在静扬程或背压。此时,两种转速下的工况点不直接满足相似定律。如图1所示,管路特性曲线为h=hp+SQ2,原工况为A1,对应的转速为n1。转速改变为n2之后,泵与罗茨风机的工况点为E2,而转速为n2时,与A1所对应的相似工况为A2,显然A2≠ E2。
该负荷下的节能率通过计算可表示为:
(3)
该方法在计算节能量时要知道泵与罗茨风机的性能曲线、管路特性曲线,但这些数据在现场很难得到,因此,在实际改造项目中难以采用。
4 基于额定流量和额定功率的计算法
对罗茨风机、水泵原采用阀门、挡板进行节流调节,后采用变频调节,《泵与罗茨风机节能技术》给出了一个节能量计算公式:
(4)
式中:PL、Q为水泵、罗茨风机采用挡板调节流量时的电机输入功率和流量;Pe为水泵、罗茨风机额定功率,kW;Qe为水泵、罗茨风机额定流量,m3/s。
当流量的调节范围在(0.5-1)Qe时,电机变频调节相比节流调节的节电率k为:
(5)
式中ηb为调速机构效率。
将式(4)带入式(5),即可得到基于电机功率PL、Pe的变频调速相对于节流调节的节电率计算公式:
(8)
5 实例计算
某热电公司一次罗茨鼓风机参数为:额定风量265000m?/h,电机额定功率2400kW,风门开度30~40%。
5.1 节电量计算
风门开度为30%,罗茨风机运行电流为107A,电机的功率为:
PL = 1.732×10000×107×0.88=1630.85 kW;
罗茨风机的额定功率与电机的额定功率差别较大,因为在设计时电机一般会根据轴功率考虑1.05~1.30的安全系数确定,所以用电机的额定功率除以安全系数作为风门全开时的轴功率,这里取安全系数为1.25,则:Pe=2400/1.25=1920 kW
将PL和Pe带入式(3-13),节电率为: k =27.14%。
节电量: ΔP =PL×k = 1630.85 ×27.14%=442.61 kW
罗茨风机在不同风门开度下的节电情况统计如表1。
5.2 节电量计算结果验证
表2和表3分别为工频和变频的实际抄表数值及平均每小时耗电量。
变频后实际节电率=(1494-1162)/1494=22.22%
由实际统计数据计算一次罗茨风机变频后的节电率为22.22%,与理论节能量计算结果(23.14%)大致相符,证明所提出的节能量计算方法是适用的。
6 总结
本文研究了泵与罗茨鼓风机相似定律的适用性,提出了适用于实际项目节能评价的计算方法,并对项目实施后的节能情况进行统计,初步验证了计算方法的可靠性,还需在后续类似项目中进一步验证。

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