能源是國(guó)家重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，能源的供需矛盾已成為制約我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的主要因素之一。在能源問(wèn)題上依靠技術(shù)進(jìn)步，把節(jié)約能源以解決能源問(wèn)題作為我國(guó)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。

　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)就有1500萬(wàn)臺(tái)電動(dòng)機(jī)，用電量占全國(guó)總發(fā)電量的40～50，這些電動(dòng)機(jī)大多在低的電能利用率下運(yùn)行，只要將這些電動(dòng)機(jī)電能利用率提高10～15，全年可節(jié)電300億kW以上。

　　根據(jù)火電設(shè)計(jì)規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐的送、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度分別為5和5～10，風(fēng)壓裕度分別為10和10～15。設(shè)計(jì)過(guò)程中很難計(jì)算管網(wǎng)的阻力、并考慮到長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的各種問(wèn)題，通常總是把系統(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓裕度作為選型的依據(jù)，但風(fēng)機(jī)的型號(hào)和系列是有限的，往往選取不到合適的風(fēng)機(jī)型號(hào)時(shí)就往上靠，裕度大于20～30比較常見(jiàn)。因此這些風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，只有靠調(diào)節(jié)風(fēng)門或風(fēng)道擋板的開度來(lái)滿足生產(chǎn)工藝對(duì)風(fēng)量的要求。風(fēng)機(jī)和水泵的機(jī)械特性均為平方轉(zhuǎn)矩特性，水泵運(yùn)行時(shí)，靠閥門的開度調(diào)節(jié)流量來(lái)滿足供水要求，工況與風(fēng)機(jī)相似，靠調(diào)節(jié)風(fēng)門、風(fēng)道檔板或閥門的開度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，水泵流量的方法、稱為節(jié)流調(diào)節(jié)，在節(jié)流調(diào)節(jié)過(guò)程中，風(fēng)機(jī)或水泵固有特性不變、僅僅靠關(guān)小風(fēng)門、擋板或閥門的開度，人為地增加管路的阻力，由此增大管路系統(tǒng)的損失，不利于風(fēng)機(jī)，水泵的節(jié)能運(yùn)行。

　　采用調(diào)速控制裝置，通過(guò)改變風(fēng)機(jī)水泵轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量，水泵流量以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要，這種調(diào)節(jié)方式稱為風(fēng)機(jī)水泵的調(diào)速控制。風(fēng)機(jī)、水泵以調(diào)速控制方式運(yùn)行能耗最省，綜合效益最高。交流電機(jī)的調(diào)速方式有多種、變頻調(diào)速是高效的最佳調(diào)速方案，它可以實(shí)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)水泵的無(wú)級(jí)調(diào)速，并可方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)恒壓或恒流量控制。

　　一、風(fēng)機(jī)水泵變頻調(diào)速的節(jié)電原理：

　　如圖示為離心風(fēng)機(jī)水泵的風(fēng)壓、(水壓)H-風(fēng)量(流量)Q曲線特性圖。

　　n1-代表風(fēng)機(jī)水泵在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的特性;

　　n2-代表風(fēng)機(jī)水泵降速運(yùn)行在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的特性;

　　R1-代表風(fēng)機(jī)水泵管路阻力最小時(shí)的阻力特性;

　　R2-代表風(fēng)機(jī)水泵管路阻力增大到某一數(shù)組時(shí)的阻力特性。

　　風(fēng)機(jī)水泵在管路特性曲R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時(shí)風(fēng)機(jī)水泵所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風(fēng)量(流量)到Q2，實(shí)際上通過(guò)增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)水泵的工作點(diǎn)移到R2上的B點(diǎn)，風(fēng)壓(水壓)增大到H2，這時(shí)風(fēng)機(jī)水泵所需的功率正比H2Q2的面積，即近比廣BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機(jī)水泵所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡(jiǎn)單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運(yùn)行成本換取簡(jiǎn)單控制方式。

　　若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)(水泵)所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見(jiàn)功率的減少是明顯的。

　　二、風(fēng)機(jī)水源節(jié)能的計(jì)算：

　　風(fēng)機(jī)水泵流量變化量，如前所述，采用變頻調(diào)速是節(jié)電之有效的措施。根據(jù)GB12497對(duì)電機(jī)經(jīng)濟(jì)濟(jì)運(yùn)行管理的規(guī)定有如下的計(jì)算公式。

　　采用檔板調(diào)節(jié)流量對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸入功率P1V與流量Q的關(guān)系為：

　　P1V≈[0.45 0.55(Q/QN)2]P1e(1)

　　式中：P1e——額定流量時(shí)電動(dòng)機(jī)輸入功率(kW)。

　　QN——額定流量

　　三、應(yīng)用實(shí)例：

　　某水泥廠機(jī)立窯離心風(fēng)機(jī)245KW，電機(jī)4極、實(shí)際用風(fēng)量為0.6～0.7，準(zhǔn)備改造為變頻器驅(qū)動(dòng)，估算節(jié)電率和投資回收期。

　　取Q/QN=0.65，由(2)式

　　由(1)式P1V=〔0.45 0.55(0.65)2〕245

　　=0.6428×245=157(KW)

　　采取風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)風(fēng)機(jī)所需的軸功率為157kW，變頻器調(diào)速器調(diào)風(fēng)量時(shí)相對(duì)調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)風(fēng)量的節(jié)電率為0.6。

　　年節(jié)電量，每年按300天計(jì)算。

　　24×306×157×60=678240KWh≈67.8(萬(wàn)kWh)

　　年節(jié)電費(fèi)(電價(jià)0.40元/kWh)

　　0.4×678240=27萬(wàn)元

　　投資回收期:

　　投資回收期=設(shè)備投資總額(元)÷年節(jié)電費(fèi)(元)

　　=18÷27=0.67(年)=8(個(gè)月)

　　由此可判定，該水泥廠機(jī)立窯離心風(fēng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)后，年節(jié)電量67.8萬(wàn)kWh，年節(jié)電費(fèi)27萬(wàn)元，投資回收期8個(gè)月，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益可觀。

　　該水泥廠訂購(gòu)了一臺(tái)變頻調(diào)速柜、內(nèi)裝森蘭BT40S250kW變頻器一臺(tái)，另有空開、熔斷器、電表、指示燈等，價(jià)值18萬(wàn)元。投入運(yùn)行后，變頻器頻率調(diào)到35Hz左右滿足機(jī)窯立風(fēng)量要求，這時(shí)電動(dòng)機(jī)電流210A左右，變頻器輸電壓、298V，實(shí)際輸出功率為

　　P=√3IVCOφ4=3×210×298×0.9≈97.5kW

　　與理論計(jì)算值157×0.6=94.2kW基本吻合。

　　通過(guò)以上分析，風(fēng)機(jī)水泵采用變頻器調(diào)速后，節(jié)電效果是明顯的，此外，機(jī)械的轉(zhuǎn)速降低后，機(jī)械的磨損減少，使用壽命延長(zhǎng)了，間接經(jīng)濟(jì)效益也很可觀。