Технико-экономическое
обоснование применения преобразователей частоты для привода вентилятора и дымососа
1.Описание объекта
Дутьевые вентиляторы применяются для подачи воздуха на горелки в котлах а также в качестве дымососа на котле.
В настоящее время на всех агрегатах применяется нерегулируемый асинхронный электропривод с прямым пуском электродвигателя. Прямой пуск приводит к значительным перегрузкам на электродвигателях из-за больших и продолжительных пусковых токов. В зависимости от требований технологического процесса регулирование расхода воздуха осуществляется изменением положения заслонок направляющего аппарата электродвигателем в ручном режиме с ЦП (центрального пульта управления).
Аэродинамическая, напорная и характеристика КПД вентилятора приведены на рис. 1/2/3. Технические данные приводных двигателей соответственно по соответствующим позициям котлов приведены в таблице 1.
2. Техническое предложение
Вентиляторы являются механизмами с режимом длительной нагрузки с большим числом часов работы в году: нагрузка на валу приводного двигателя спокойная, перегрузок в установившемся режиме не возникает. Частота вращения рабочего колеса вентилятора для крупных машин не превышает 730об/мин. Вентиляторы являются механизмами, обладающими большим моментом инерции, что необходимо учитывать при расчете пусковых характеристик электроприводов.
Пуск вентилятора может производиться как при разгруженной машине ( закрыт направляющий аппарат), так и при нормальной работе на сеть. В первом случае максимальный момент при пуске равен примерно 0,5 номинального, во втором - номинальному. При пуске мощных вентиляторов с большим диаметром рабочего колеса обычно требуется ограничение ускорений при пуске во избежание появления чрезмерных динамических напряжений в лопатках рабочего колеса и резкого возрастания пускового тока.
Особое значение для ряда вентиляторов имеет применение регулируемого электропривода.
Анализ характеристик, представленных на рис. 1/2/3 показывает, что в настоящее время дутьевые вентиляторы и дымосос используются неэффективно. т. е. применяются в части характеристик, имеющих низкий К. П.Д с большим перерасходом мощности.
При уменьшении расхода воздуха по условиям технологического процесса изменением положения заслонок даже до 60°-50° не приводит к снижению потребляемой мощности из сети (см рис.1 и 3), а только уменьшает расход (т. е. отдаваемую мощность) и тем самым К. П.Д. агрегата так же не превышает значения О/б.
Эффективное снижение потребляемой мощности при уменьшении расхода по требованиям технологического процесса возможно только при снижении скорости электродвигателя. Это означает, что для работы агрегата по кривой максимального К. П.Д. тах=0/82 с приводом от имеющегося асинхронного электродвигателя, необходимо применить частотно-регулируемый привод.
Приведенное сравнение показывает, что КПД вентиляторов при регулируемом электроприводе должно быть больше, чем при нерегулируемом/ в среднем на 15-20%.
Кроме повышения КПД, применение регулируемого привода для вентиляторов позволяет в ряде случаев упростить конструкцию турбомашин, исключив направляющий аппарат. Кроме улучшения энергетических характеристик, значительно изменяются эксплуатационные показатели: увеличивается межремонтный цикл из-за снижения механических нагрузок и смягчения пусковых режимов, легко выбирается необходимый технологический режим и обеспечивается параллельная работа вентиляторов.
В настоящее время тенденции перехода к регулируемому приводу для вентиляторов стали более очевидными.
Особое место в применении находит частотно-регулируемый асинхронный электропривод.
Система ПЧ-АД создает дополнительные возможности:
обеспечивает программируемую защиту электродвигателя от перегрузок в рабочих и аварийных режимах;
обеспечивает перепрограммирование режимов плавного пуска и торможения электродвигателя;
автоматический (программируемый) перевод системы в режим экономии электроэнергии при работе с моментом нагрузки МС < 0/7 МНОМ;
уменьшение расходных материалов на выполнение основного технологического процесса;
повышение надежности оборудования;
увеличение срока службы основного технологического оборудования.
3. Расчет энергетических характеристик привода
Мощность, потребляемая вентилятором при пренебрежении изменением плотности воздуха определяется по формуле/ аналогичной формуле для центробежных насосов:
где; Pt - давление вентилятора. Па;
Q- подача вентилятора, мУс.
Общий КПД вентиляторной установки
где: ηВ - КПД вентилятора; ηП - КПД привода; ηПЕР - КПД передачи.
Коэффициент запаса для осевых вентиляторов Кз = 1/05-1,10; для центробежных - Кз = 1/10-1/15.
Расчет характеристик регулируемого привода произведен по следующим соотношениям:
-соотношение расхода и скорости;
- соотношение давления (напора) и скорости;
- соотношение мощности и скорости.
Расчет потребляемой мощности вентилятора
n = Const = 985 об/мин, регулирование расхода воздуха направляющим аппаратом (дросселирование) положение лопаток 0 град
Наименование | Обознач | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Расход, тыс мЗ/ч | Q | 0,1 | 25,0 | 50,0 | 75,0 | 100,0 | 125,0 | 150,0 |
Напор, кГс/м2 | Pv | 400,0 | 455,0 | 490,0 | 500,0 | 470,0 | 385,0 | 270,0 |
Скорость дв., об/мин | п1 | 985,0 | 985,0 | 985.0 | 985,0 | 985,0 | 985,0 | 985,0 |
КПД вентилятора | пв | 0,42 | 0,65 | 0,75 | 0,81 | 0,81 | 0,75 | 0,62 |
КПД электродвигателя | пд | 0,87 | 0,88 | 0,89 | 0,90 | 0,91 | 0,92 | 0,93 |
КПД ПЧ | hF | |||||||
Потреблямая мощность, кВт | Р1 | 0,3 | 55,7 | 102,7 | 144,0 | 178,4 | 195,2 | 196,6 |
Экономия эл. эн, кВт | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
n = Const = 985 об/мин, регулирование расхода воздуха направляющим аппаратом (дросселирование) положение лопаток 50 град.
Наименование | Обознач | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Расход, тыс мЗ/ч | Q | 0,1 | 25,0 | 50,0 | 75,0 | 100,0 | 125,0 | 150,0 |
Напор, кГс/м2 | Pv | 400,0 | 405,0 | 375,0 | 295,0 | 110,0 | ||
Скорость дв., об/мин | п2 | 985,0 | 985,0 | 985,0 | 985,0 | 985,0 | 985,0 | 985,0 |
КПД вентилятора | пв | 0,42 | 0,58 | 0,60 | 0,50 | 0,20 | ||
КПД электродвигателя | пд | 0,87 | 0,88 | 0,89 | 0,90 | 0,91 | 0,92 | 0,93 |
КПД ПЧ | hF | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 |
Потреблямая мощность, кВт | Р2 | 0,3 | 55,5 | 98,3 | 137,6 | 169,1 | ||
Экономия эл. эн, кВт | Р1-Р2 | 0,0 | 0,1 | 4,5 | 6,4 | 9,3 |
n = var, регулирование расхода воздуха изменением скорости электродвигателя (частотное регулирование)
Наименование | Обознач | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Расход, тыс мЗ/ч | Q | 0,1 | 25,0 | 50,0 | 75,0 | 100,0 | 125,0 | 150,0 |
Напор, кГс/м2 | Pv | 60,0 | 95,0 | 130,0 | 170,0 | 200,0 | 240 | 270,0 |
Скорость дв., об/мин | п2 | 275,8 | 404,8 | 490,1 | 576,6 | 645,1 | 785,6 | 987,1 |
КПД вентилятора | Пв | 0,82 | 0,82 | 0,82 | 0,82 | 0,82 | 0,75 | 0,63 |
КПД электродвигателя | Пд | 0,87 | 0,88 | 0,89 | 0,90 | 0,91 | 0,92 | 0,93 |
КПД ПЧ | hF | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,98 |
Потреблямая мощность, кВт | Р2 | 0,02 | 9,40 | 25,43 | 49,34 | 76,54 | 124,16 | 197,40 |
Экономия эл. эн, кВт | Р1-Р2 | 0,3 | 46,3 | 77,3 | 94,6 | 101,9 | 71,0 | -0,8 |
1 - нерегулируемый привод (положение лопаток направляющего аппарата 0 град),
2 - нерегулируемый привод (положение лопаток направляющего аппарата 50 град),
3 - привод с преобразователем частоты (регулирование скорости вентилятора),
4 - график часовой экономии мощности при соответствующем расходе
