《节能技术简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《节能技术简介（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、变频调速节能技术对于风机、水泵等气体、流体输送设备，通常都是采用风门/阀 门等节流部件对输出压力、流量等工艺参量进行调节的，输出功率将 随之降低，但驱动电动机却始终保持恒定功率运行，因此会造成极大 的电能浪费。类似的电梯、传送带等传送设备，无论负载大小，电动 机的拖动功率都是保持恒定的，也存在电力浪费的现象。采用变频器串接在电源与驱动电动机之间，使之构成变频调速系 统，见下图所示。此时，将风门/阀门开度调整到全开状态，电动机 输出转速将随变频器输出频率变化而变化，直接调节风机、水泵的工 作转速，达到与原风门/阀门调节相同的压力、流量。由于这时不再 有风门/阀门的节流损失，驱动电动机工作功率
2、也将随着频率的降低 而大幅减少，从而达到节能的目的。变频调速系统结构图变频调速系统包括电源、变频器、驱动电动机和风机/水泵等设 备组成，除变频器外，其它设备皆为原系统设备。系统电力由电源提 供,其输出量为电压U和电流I；变频器输出频率为f的驱动电压（高 /低压）给电动机，输出频率f和电压U由控制量K （模拟/数字）调 节，即频率f是控制量K的函数：f=f(K),输出电压U= f (K)，控 制量可由传感器获得，构成闭环控制系统，也可由人工控制；驱动电 动机在变频器输出电力作用下，将电能转化为机械能，驱动风机/水 泵工作，其输出量为转速n,转速n和频率f成正比：nf ；驱动电 动机在转速n下拖动
3、风机/水泵工作，引起压力H和流量Q的变化， 以达到原工况条件，风门/阀门处在全开状态。此时，流量Q与转速 n成正比：Q*n,压力H与转速n的平方成正比：H*n2，轴功率P 与转速的立方成正比：Pxm。变频调速系统节能原理如下：假设工频下电动机的运行功率为P xUI,风机/水泵经风门/阀门 g g节流后的压力为H，流量为Q，则有效功率P -H Q。由于风门/ y阀门的节流作用, P yP ,造成电力浪费。y在变频状态下,将风门/阀门全开,此时风机/水泵的压力、流量 保持与工频条件相同，即有效功Pb-H Q。由于没有风门/阀门的 by节流作用，电动机的输出功率Pb约等于其有效功率Pb，即PbPb。
4、bbyb by比较工频与变频状态下的有效功率可知，P Pb，则可以看出，y b变频状态下电动机运行功率Pb小于工频状态功率P，即：Pb0,节约功率大小与原工频状态下风门阀门节流 b损失量正相关。在不考虑电动机、风机/水泵在转速变化时效率的降低条件下, 运行功率P-f3。通常情况下，变频状态下的工作频率f比工频50Hz 要低，则有Pb/Pg=f3/503，节电率g=AP/Pg=lf3/5030。由于电动机、 风机、水泵运行转速n总比额定转速低，其运行效率也将随之有不同程度的降低，所以，实际实现节电率将比理论计算值要相应降低。变频调速技术可广泛应用在工矿企业、公共机构等使用风机、水 泵以及电梯、传
5、送带等变功率负载系统中，为国家重点节能技术推 广目录推荐技术。二、地源热泵系统节能技术地源热泵系统是指以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水 源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。 根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵 系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。热泵就象水泵能把低位水提升到高位一样可以把热量从低温端 传送到高温端，是一种可以实现蒸发器与冷凝器之间功能转换的机 械，实质上是另一种形式是制冷机。地源热泵（GSHP）是以大地为 热源对建筑物进行供冷、供暖和供应生活热水的技术。一般而言，地 层之下一年四季均保持一个相对稳定的温度，在夏
6、季，地下的温度要 比地面空气温度低，在冬季却比地面空气温度高。地源热泵正是利用 大地的这个特点，通过埋藏在地下的换热器，与岩土或地下水、地表 水等热源实现热量交换。地源热泵可广泛应用于工矿企业、公共建筑、 民用住宅等的中央空调系统，具有绿色环保、节能高效的推广价值。由地源热泵构成的中央空调系统，不需要其它辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热、夏季供冷。冬季通过热泵把大地中的热量升高温度，以3040C左右的热风向建筑物供暖；夏季通过热泵把建筑 物中的热量传输给大地，以1017C左右的冷风形式给建筑物制冷, 对建筑物降温。同时，它还能实现常年供应4565C的生活热水， 进一步拓宽地源热泵系统的使用价
7、值，实现一机三用的目的。地源热泵中央空调系统结构见下图所示：自来水l|ll Hit 川I用水区生活用 TkfiScjJ1水颈凤机盘竇一璨商理来1*菱宰利用地蛮抽供葡b虚爭利囲凤盘朗度梯度合璋.E少能样运荷酱济L地源热泵可看作是连接于低温热源和高温热源之间的热量搬运机械，促使热量在低温热源和高温热源之间按照人们的需要实现转移，可用下图表示：根据热泵机组的工作原理，热泵系统还可广泛应用在工业企业的 余热利用中，构成热泵余热利用系统。如工业废水、生活污水、冷凝 水、冷却装置、高温废气、窑炉废热、含热原料等含热介质，均含有 可回收利用的丰富热量，但因其温度、压力或使用条件限制等不适合 直接利用，常常被
8、白白浪费掉。采用热泵技术将这些废热提取出来， 并释放到工业锅炉、生活锅炉等的补水装置，或工业预热器、烘干器 等用热设备，就可以实现余热的回收利用，达到节能降耗的目的。热泵系统节能原理如下：热泵机组消耗单位电力做功，可以将34倍的热量从低温热源 转移至高温热源，其能效比Cop）可以达到45。其节能机理见下 图所示，热泵不是将电力转换为热量（这有别于电加热器），而仅仅 是将低温热源的热量（14400kJ）通过做功（3600kJ）转移“泵送” 到高温热源中，电力做功本身产生的热量也一并送到了高温热源，所 以高温热源获得的总热量为二者之和48000kJ）,显然，热泵系统更 加节能高效，能效比Cop=1
9、8000/3600=5.Q从能源利用效果看，热泵系统相当于消耗1kwh （3.6MJ当量） 电能，产生了 5kwh电能（18MJ当量）的热量，能源利用率远大于1, 是国际上迄今为止最为先进、成熟、高效的空调系统，也是目前我国 政府积极鼓励推广的节能空调技术。三、绿色照明节能技术绿色照明是指采用高效节能的新型光源、灯具替代传统照明光源 的节能技术。高效节能光源主要有LED （发光二极管）、稀土节能灯、 高效钠光灯、碘钨灯等，其主要特点是体积小、重量轻、发光效率高、 光谱和谐自然、无视觉闪烁。传统照明光源主要指白炽灯、日光灯等 普通光源，其主要缺点是体积大、发光效率低、 100Hz 闪烁明显，其
10、中白炽灯还具伴有巨大的发热量，能源浪费更加严重。绿色照明节能技术原理如下：光源的发光强度B与耗电功率P成正比，与发光效率n成正比， 即Bxpxg照度L与发光强度B成正比，与距离R的平方成反比， 即L-B/R2。在同等照度要求下，光源发光强度B保持不变，因此， 功率P与发光效率n成反比，即有Pi/n，显然，发光效率越高， 耗电功率越低。由于高效节能光源发光效率远比普通光源高，所以在 相同照明条件下，节能灯的消耗功率也将大大低于普通光源，达到节 能的目的。在绿色照明技术发展进程中，为进一步降低对电力的消耗，将太 阳能光伏技术、风力发电技术与绿色照明技术相结合，开发出了以太 阳能、风能等可再生能源为
11、驱动能源的新型灯具，使绿色照明向着无 需依靠二次能源消耗的方向迈出了一大步。四、工业窑炉余热发电技术工业窑炉余热发电主要指建材行业中的水泥、陶瓷、玻璃，金属 冶炼行业中的各类金属冶炼，非金属行业中的炼焦、焦化，化工行业 的汽化、沸腾、蒸馏等等工业窑炉，在生产过程中会产生大量的低温、 中温、高温废气（汽），利用这些含热废气（汽），通过余热锅炉生产 满足发电机组要求的高温蒸汽，推动汽轮机发电机组发电的技术。工业窑炉余热发电技术目前在水泥生产中已经获得极大成功，我 国政府在批准新建水泥生产线项目中要求必须配套建设余热发电系 统，促使水泥窑余热发电技术得到了快速普及和发展。无论是水泥窑， 还是其它类型
12、的工业窑炉，其余热发电技术的基本原理是相同的。典 型的水泥窑余热发电系统见下图所示：余热发电系统与传统火力发电系统相比，仅仅是将火电站的燃煤锅炉变换为余热锅炉，其汽轮机、发动机系统是完全相同的。因此， 在工业生产过程中，只要有大量的可利用余热，采用余热发电技术都 有可能。工业窑炉余热发电技术，对废气（汽）的温度、流量、连续 性等都有较高要求，发电能力、装机容量、运转率、发电成本等经济 技术指标都与窑炉本身的运行工况密切相关，要经过缜密的测试、测 算，才能确保系统设计条件能够达到经济与节能的各项经济指标。工业窑炉余热发电技术的节能原理如下： 假设余热发电系统规模与火力发电系统规模相等，则二系统年
13、运 转率分别为nh和n，其年发电量之比Qh/Q在装机容量相同的条件下h yh y应等于运转率之比，即：Qh/Q =nh/n。余热发电系统无需另外消耗其 hh它能源，因此其节能量约等于火电站发出同等电力所消耗的原煤量， 由此得：Q = Qhn /nh。因一般情况下，余热发电系统的年运转率小于 h h80%，而火力发电系统的运转率可以大于90%，即n nh，贝U知：余 h热发电系统的实际节煤量小于同等装机容量的火力发电系统年耗煤 量，其最大值一般不会超过89%。火力发电系统的耗煤量Qh是非常 巨大的，因此，余热发电系统的节煤量同样是十分可观的。如一条 5000t/d级水泥窑，其年节煤量至少可以达到
14、1.8万吨标准煤。目前，国内水泥窑余热发电系统的装机容量大致为： 2500t/d 生 产线装机容量4.05.0MW, 3200t/d生产线装机容量5.46.0MW, 5000t/d生产线装机容量8.010.0MW。水泥窑余热发电技术经过几 十年的发展，目前已经发展到第三代余热发电系统，纯低温余热发电 技术也得到了较好地应用。可以设想，随着余热发电技术的不断进步， 发电效率将不断提高、余热温度阈值不断降低，可实现余热发电的工 业领域也将不断拓宽，其巨大的经济效益和社会效益会更加显著。工业窑炉余热发电技术完全利用生产过程中废弃的热量，无需额 外消耗其它能源，对原生产工艺几乎不产生任何不良影响，所发
15、电力 可以全部重新投入企业生产过程中，减少外购电力支出，降低生产成 本，对企业提高生产效率、降低能源消耗具有极大的作用。另外，余 热发电技术不产生任何附加的污染物，并降低企业对大气的热排放， 有利于大气环境的保护，是一项绿色低碳、利国利民的节能技术，符 合 CDM 的要求，是我国政府大力推广和倡导的节能减排技术。五、余热余压拖动节能技术工业企业的生产工艺中，总不可避免地会产生大量的余热、余压 等废弃的含能资源，而这些资源往往因量能较小、温度过低、分布复 杂等因素而难以加以有效利用。这些资源中，除极少数部分可以用来 发电外，大量的资源因无法合理利用而浪费。如工业企业的冷凝塔、 冷却池，工业锅炉的烟气，工业窑炉的高温尾气，大功率设备的循环 冷却水，蒸汽、压缩空气释压站等等。在这些余热、余压资源中，有 部分资源虽然量能较小，如小于2MW,甚至不足1MW，即使温度 条件满足发电要求，其经济可行性却相对较低，投资价值不大，但却 可以利用2MW以下的小型透平机实现拖动，如直接拖动小于2MW 的中、小型粉磨机、风机、水泵等设备，为这部分余热、余压资源找 到了较理想的应用空间。余热余压拖动技术其本质和余热发电技术类似，也是利用余热产 生一定温度、压力的蒸汽，驱动透平机旋转，通过透平机拖动单一用 能设备工作。显然，透平机不是驱动发电机发电而是直接拖动耗能设 备，免去了发电、变
