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1、空压机变频改造技术方案一、概述 空气压缩机是利用电能将空气压缩使之作为一种动力源的设备, 在工矿企业中应用十分普遍, 配套电动机的容量一般较大,且大多是 常年连续运行的,故节能的潜力很大。目 前常见的压缩机有活塞式、螺杆式、离心式,不论哪一种工作 方式,压缩机单位时间内产气量是一定的,目前压缩机都采用上下限 控制或启停式控制,也就是说,当 气缸内的压力达到设定值的上限 时,空压机通过本身的压力或油压开关闭进气阀,这种工作方式频繁 出现加载卸载,而且对电网、螺杆空压机本身都有极大的破坏 性。二、系统原工频运行概况1、空压机工作原理简述:原空压机的运行方式为工 频状态。压力采用两点式控制(上、下限
2、控 制),也就是当空压机气缸内压力达到设定值上限时,空压机通过本 身的油压关闭进气阀,当压力下降到设定值下限时, 空压机打开进 气阀。生产的工作状况决定了用气量的时常变化,这样就导致了空压 机在半载或轻载下运行,或者经常是加载几分钟,卸载几分钟,频繁 的卸载和加 载,对电动机、空压机和电网造成很大的冲击。再说, 空压机卸荷运行时,不产生压缩空气,电动机处于空载状态,其用电 量为满负载的60%左右,这部分电能被白白的浪费。系统在设计时是针对全厂满负荷用气量来设计的,并考虑了富余,是按最大量来设计的的,而现在的工况是用气量经常变化,且经常在 半载下运行,在整个系统运行时存在着严重的“大马拉小车”的
3、现象。 为了解决这种现象,节约能源,提高经济效益,有必要对现有系统进 行变频改造。2、原系统工况存在的问题1)主电机全压起动,起动时的电流很大,会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全,对机械设备的冲击大,电机轴承的磨损大所以设备维护工作量大。2)主电机时常轻载运行,属非经济运行,电能浪费严重3)主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。4)经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化,不能保持恒定的 工作压力。3、拖动系统的特点:1)机械特性具有恒转矩性质,电机的轴功率 PL 与转速 n 成正比。2)大多处于长时间连续运行状态,但负载大小常有变动,为连续变 动负载。3)飞轮力矩大,故要求有较大的启动
4、转矩;4)有自动卸载与装载装置,在自动卸载或装载时,负载将突变。4、压缩机的主要控制对象是空气的压力,常见的控制方式有:1)手动调节输入或输出口的阀门开度;2)用机械方式进行自动卸载与装载控制;3)通过改变叶片的角度来调节压力或流量。三、采用变频调速拖动系统必要性随着电力电子技术的发展,变频器在调速领域中的应用越来越广 泛。它具有性能稳定,操作方便,节能效果明显等优点。它是一种较 为成熟的高科技产品,越来越受到国内外工程技术人员和管理人员的 关注和重视。因此,对空压机进行变频改造具有很高的经济效应和社会 效益。1、从节能的角度看:由于压缩机不能排除在满负载状态下长时间运行的可能性,所以,只能按
5、最大需求来决定电动机的容量,故设计容量一般偏大。在实际运行中,轻载运行的时间所占的比例是非常高的。如采用变频调速可大大提高运行时的工作效率。因此,节能潜力很大。有些调节方式(如调节阀门开度和改变叶片的角度等),即使在需求 量较小的情况下,也不能减小电动机的运行功率。采用了变频调速后当需求量较小的情况下,可降低电动机的转速,减小电动机的运行功率,从而进一步实现节能2、从运行质量的角度看:单电动机拖动系统大多不能根据负载的轻重连续地调节。而采用了变频调速后,则可以十分方便地进行连续调节,能保持压力、流量 等参数的稳定,从而大大提高压缩机的工作性能。n 3、从减少运行成本方面看传统压缩机的运行成本由
6、三项组成:初始采购成本、 维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。通过能源成本降 低20%-40%,再加上变频起动后对设备的冲击减少,维护和维修量 也跟随降低,所以运行成本将大大降低。4、从提高压力控制精度方面看变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与 用户空气系统所需的气量相匹配。不再频繁的加载和卸载,变频控制 压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速 度的精度提高,所以它可以使管网的系统压力变化保持恒定,有效地 提高了工况的质量。5、从延长压缩机的使用寿命方面看变频器从2HZ起动压缩机,它的起动加速时间可以调整,从而减少 起动时
7、对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击,增强系统的可 靠性,使压缩机的使用 寿命延长。此外, 变频控制能够减少机组起 动时电流波动, 这一波动电流会影响电网和其它设备的用电, 变频器 能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。6、从降低噪音,改善工作环境来看根据压缩机的工况要求, 变频调速改造后, 电机运转速度明显减慢,有效地降了空压机运行时的噪音,提高了操作工人的工作环境。四、变频改造后节能分析变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较,根据空气量需求的 多少来供给的压缩机运行工况,是经济的运行状态,能源节约是最有 实际意义的。众所周知,空压机负载为恒转矩负载,其转速 n 与流 量Q、轴功率
8、P 的关系为Q1=Q2 (n/n2)、P1 =P2(n1/n2)、也就是说流量和功率成正比。 由于实际用气量的变动,假定空压机的运行情况如下:(改造前)在满载下运行的时间为10%,此时电机消耗功率为(P1=P0);在70%负载下运行的时间为30%,此时电机消耗功率为(P2=0.9P0);在半载下运行的时间为30%,此时电机消耗功率为(P3=085P0); 在30%负载下运行的时间为20%,此时电机消耗功率为(P4=08P0);在空载下运行的时间为10%,此时电机消耗功率为(P5=0.6P0); (P0为电机额定功率250KW)。空压机每日用电量计算如下:前二(0.1P1+ 0.3P2+0.3P
9、3+0.2P4+0.1P5 x24=(01+03x0.9+0 3x0 85+02x08+01x0.6)XP0x24=(0.1+0.27+0.255+0.16+0.06 XP0x24=0845XP0x24=2028P0(KWh)假定空压机改造后的运行情况如下:(改造后)在满载下运行的时间为10%,此时电机消耗功率为(P1=P0); 在70%负载下运行的时间为30%,此时电机消耗功率为 (P2=07P0);在半载下运行的时间为30%,此时电机消耗功率为(P3=05P0);在30%负载下运行的时间为 20%,此时电机消耗功率为(P4=0.3P0);在空载下运行的时间为10%,此时电机消耗功率为(P5
10、=01P0);(P0为电机额定功率250KW)。空压机每日用电量计算如下后二(0.1P1+ 0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5 x24=(0.1+0 3x07+03x05+02x03+01x0 1)xP0x24=(0 1+0 21+0 15+0 06+001) xP0x24=053xP0x24=12.72 P0 (KWh)每日节省电量二前-后=20 28P0-12.72 P0=756 P0节电率:756 P0/1272 P0*100%=373%五、变频改造技术方案1、 系统控制原理本系统采用压力闭环调节方式,在原来的压力罐(或输气管道)上加装一个压力传感器,通过压力来控制变频器的转
11、速。其控制原理为:压ft醤更将供加m气管道压力作为调控参数,通过压力变送器(或远传压力表)将压力信号转换为4- 20mA(或0-5V)直流信号,送入变频器内的PID调节器,与压力设定信 号比较,其差值由调节器作PI运算,输出信号送给变频器,随时调整 变频器的输 出频率,控制电机转速, 维持管道压力稳定在设定的压 力值上。若管道压力发生变化将自动进行调节。例如, 当用气量减少, 管道压力增加时, 调节过程是:变送器 信号大于设定信号, 调节器 输出减少, 变频器输出频率降低, 电机转速下降, 压缩机风量减小, 使管道压力减小。由于其调控过程较快,短时间内, 变换器信号和压 力给定信号便处于动态平
12、衡状态, 从而维持了变频器输出频率稳定, 实现了恒压供气,使空压机始终处于节电运行状态。其控制系统原理 框图如左:2、改造方案(250KW/380V)选用一台富凌变频器,采用PID调节母管定压控制方 式。该系统在设计时,从安全角度考虑,在保留原工频系统情况下, 增加变频系统,做到了工频变频互锁切换。通过外部控制电路,使空 压机起停操作步骤仍然如前,操作简单,安全可靠。在供气管道上安 装压力传感器,通过压力来控制变频器的转速。3、变频控制系统组成该系统是变频器、电气控制柜、母管压力变送器(或远传压力表)、 空压机等组成。风光牌电气控制柜主要控制器件全部选用国内外品牌 产品、性能稳定、质量可靠、操
13、作方便。4、系统改造应注意的问题1)、改造实施前需具备的条件和注意事项:要改造空压机的电气原理图和接线图完整。整个工厂的用气状况,是否随着季节波动或随工艺改变波 动卸载时间是否变动多以此判断节电率。2)、改造实施中的注意事项:电动机的散热问题 电动机经过变频器变频后,转速降低, 其电机风扇的散热效果也要降低。空压机的润滑问题空压机的转速越低,润滑油的耗量也 就越小,其润滑效果越差。系统压力设定问题在满足生产工艺的要求下,压力设定 越低越好,因为空压机的排气压力越高,所需的电机轴功率越大,电机耗电也就越多。针对以上问题,我们综合节能效果和空压机的机械特性,考虑了 多种方案,最后把系统压力设定为0.6MPa(按客户的生产工艺要求), 把变频器运行频率下限设定为30H乙 这样,即能满足空压机散热和 润滑的需要,又能最大限度的降低电能损耗。五、供货范围变频器一套型号:控制柜一套(内含低压电器、PID调节器)压力变送器一套回收周期:通过以上公式计算一年省电为7.58*P0*30*12=682200度按每度电0.7 元计算一年省477540元250kw 空压机实际投资为 350000元,即不到一年可回收成本。