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1、毕业论文题目：变频技术在电厂泵与风机系统中应用的节能分析学 院 河北工业大学专 业 热能与动力工程学 生 姓 名 指 导 老 师 二零一二年四月二号泵与风机的变频节能原理 一般泵/风机负载转矩与速度的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。因此，用变频器改变其转速，可以获得显著的节能效果。常用出口挡板控制，当开度减小时，阻力增加，不适宜打范围调节流量，在低速区域轴功率减少不多，从节能的角度来看是不适宜的。若采用入口单板控制，虽然比出口挡板控制流量调节范围广，减小开度是轴功率大体与流量成比例下降，但节能效果仍不及变频调泵与风机的变频节能原理 一般泵/风机负载转矩与速度的平方成正比，轴功率与转速的立
2、方成正比。因此，用变频器改变其转速，可以获得显著的节能效果。常用出口挡板控制，当开度减小时，阻力增加，不适宜打范围调节流量，在低速区域轴功率减少不多，从节能的角度来看是不适宜的。若采用入口单板控制，虽然比出口挡板控制流量调节范围广，减小开度是轴功率大体与流量成比例下降，但节能效果仍不及变频调-7-图1中，N1为泵/风机的H-Q特性曲线；曲线1为泵/风机在给定转速下满负荷即系统阀门全开时的扬程（压头）、流量点和效率点的轨迹；曲线2为部分负荷好似，系统阀门部分开时的阻力特性曲线，即泵/风机要克服摩擦，压力随流量的平方而变化。泵/风机运行工况是泵/风机的特性曲线与管路阻力曲线的交点，当用阀门控制时，
3、由于要减小流量，就要关小阀门，使阀门的摩擦阻力变大，阻力曲线从1移到2，扬程则从H1移到H2，流量从Q1减小到Q2，运行工况点从C1移到C2。 从图1可以看出，流量虽然减小，扬程（压头）却反而增加，轴功率P比调节前减小不多。若采用变频调速，随着转速下降，扬程（压头）流量特性变为图2中的曲线1，系统工况点也由C1、变到C2、，代表轴功率的面积比采用挡板调节时明显减小，两者之差即为节省的轴功率，也就是图3中的矩形C2H2C2、H2、的面积。 有泵/风机的相似律可知，当改变电机转速以改变风机转速时，如果保持效率bubiaze流量Q，扬程图1中，N1为泵/风机的H-Q特性曲线；曲线1为泵/风机在给定转
4、速下满负荷即系统阀门全开时的扬程（压头）、流量点和效率点的轨迹；曲线2为部分负荷好似，系统阀门部分开时的阻力特性曲线，即泵/风机要克服摩擦，压力随流量的平方而变化。泵/风机运行工况是泵/风机的特性曲线与管路阻力曲线的交点，当用阀门控制时，由于要减小流量，就要关小阀门，使阀门的摩擦阻力变大，阻力曲线从1移到2，扬程则从H1移到H2，流量从Q1减小到Q2，运行工况点从C1移到C2。 从图1可以看出，流量虽然减小，扬程（压头）却反而增加，轴功率P比调节前减小不多。若采用变频调速，随着转速下降，扬程（压头）流量特性变为图2中的曲线1，系统工况点也由C1、变到C2、，代表轴功率的面积比采用挡板调节时明显
5、减小，两者之差即为节省的轴功率，也就是图3中的矩形C2H2C2、H2、的面积。 有泵/风机的相似律可知，当改变电机转速以改变风机转速时，如果保持效率bubiaze流量Q，扬程流量变化时的功率变化及节电率建表1所示。-8-从表1可以看出，随着流量变化，采用变频调速，功率下降显著；同时，扬程（压头）下降，噪音将大大降低。变频技术在电厂鼓风机系统中的应用一浙江镇海电厂风机系统为例，目前该电厂的鼓风机为定流量系统，仅采用节流调节方式调节，存在耗电大、噪音大，且供风调节性能不良等问题，因此电厂决定对此鼓风系统进行变频改造。有原来的节流调节改造为采用PLC控制技术的变频恒压运行调节方式。设计参数如表2所示
6、。1 控制原理变频运行时，利用PLC实现数据采集、过程控制和变频调节油泵的转速。过程参数送至PLC，在PLC内进行A/D转换。当实际压力低于设定压力时，根据偏差进行PID数据处理，通过D/A转换后发出指令，使变频器输出频率升高，增加鼓风机转速，两台鼓风机最大流量无法满足要求时，备用风机变频启动，并联运行，使实行压力达到设定压力要求；反之则逆运行，使压力在波动时保持稳定。其控制流程框图如图4所示。-9-2 运行方式低负荷时，单台风机和双台风机运行，风机转速低，保持恒定出口压力、恒定小流量运行；负荷升高时，由于空气量的消耗，风机出口压力下降，此时PLC检测倒压力下降信号，通过变频器提高风机转速，恒
7、压向锅炉送风。3 改造方案的实施（1）安装3台控制设备，控制箱内各安装变频器一只及其他控制设备，总费用为19.4万元；-10-（2）将风机电力电缆先接至变频器，而后通过变频器接至电动机，同时，变频控制箱内设置电动机的旁路控制，即当变频器发生故障时，可以通过旁路切换，在变频器隔离退出进行检修时，电动机能继续工频方式运行；（3）接收风机管道出口压力、流量信号，并将压力信号和流量信号送至变频器控制柜。4 设备配置及其功能变频系统的主要设备包括变频器、可编程控制器（PLC）、变频柜等。改造后，除具有变频器的变频调节功能外，还具有以下5中功能。（1）通过压力和流量信号自动调节转速；在控制屏上安装手动装置
8、，通过手动调节电动机转速，并在就地控制屏上安装转速表；实现电动机转速自动和手动调节的手动转换。（2）机组负荷低于50%时，单台风机运行。（3）当机组负荷超过50%时，变频系统能自动切换成双台风机运行，恒压向锅炉鼓风。（4）实现对电动机运行的欠压、过流、缺相、过载、短路、失速等保护功能。（5）3台鼓风机故障停机自动连锁，并在连锁解除的情况下，能实现单台机的启停。5 改造效果分析（1）该设备采用先进的变频器调速技术和PLC控制技术，由变频器实现无级平滑调速，动态响应快。调整灵活稳定，大大提高了系统的自动化程度，其风量调节性能也得到很大提高。（2）实行变频调速后，通过改变变频器的频率来调节电动机的转
9、速，大大简化了调节手段，变频器既是动力源，又是执行机构，取代了电动阀，解决了电动阀带来的问题。（3）实行变频调速后，该设备的输出功率自动跟随负载的变化而变化，大大降低了电能的浪费。改造前后的能量消耗分别见表3和表4.-11-从表3和表4中可以看出，改造后全年运行费用节省了5.6（20.61-15.01=5.6）万元，而改造方案投资增加了19.4万元（变频器系统投资），投资回收年限约为3.5年（19.4/5.6=3.4），即运行不到3年半即可收回投资。而一半风机的使用寿命为1520年，故采用变频调节在风机使用寿命期内可节约6090万元，经济效益显著。4）改造后装置具有过流、过压、欠压、短路、过负
10、荷等多项故障保护及报警功能。（5）变频调速改造后，实现了电机的软启动，对电机和电网的冲击大幅度下降，延长了设备的使用寿命提高了电气保护质量。（6）装置具有双变频切换功能，即在某一变频器出现故障时可自动切换到另一风机运行，可靠性大大提高。（7）降低了风机的噪音。-12-结论（1）电厂系统运行时，泵/风机采用变频变流量系统方案，节约能源，切实可行，效果明显，特别是适用与负荷相差较大的系统。本文例子中的风机采用变频调节控制可节电27.2%，在使用寿命期内可节约6090万元，经济效益显著。（2）采用变频调速技术后，由于电机、风机的转速普遍下降，减少了机械摩擦，延长了设备的使用寿命，降低了设备的维修费，
11、同时也降低了风机的噪音。（3）采用变频调速后，电机可以软启动，启动电压降减小，大幅度减小了对电网的冲击。（4）采用变频调速装置时，需明确所有风机应同时参与变频调节，并对有关资料进行分析核对，确保电网的安全可靠。-13-参考文献：流体力学泵与风机(第五版) 蔡增基泵与风机, 作者: 王寒栋, 李敏-14-泵与风机的基本概念“中国节能产品认证标志”由“energy”的第一个字母“e”构成一个圆形图案，中间包含了一个变形的汉字“节”，寓意为节能。缺口的外圆又构成“CHINA”的第一字母“C”，“节”的上半部简化成一段古长城的形状，与下半部构成一个峰火台的图案一起，象征着中国。“节”的下半部又是“能”
12、的汉语拼音第一字母“N”。整个图案中包含了中英文，以利于国际接轨。 整体图案为蓝色，象征着人娄通过节能活动还天空和海洋于蓝色。 该标志在使用中根据产品尺寸按比例缩小或放大。 中国节能产品认证标志的所有权属于中国节能产品认证管理委员会，使用权归中国节能产品认证中心。凡盗用、冒用和未经许可制作本标志，将根据中华人民共和国节约能源法追究当事人的法律责任。 节能产品认证是依据我国相关的认证用标准和技术要求，按照国际上通行的产品产品认证制定与程序，经中国节能产品认证管理委员会确认并通过颁布认证证书和节能标志，证明某一产品为节能产品的活动，属于国际上通行的产品质量认证范畴。 节能产品认证制度是国家经贸委为
13、配合中华人民共和国节约能源法的有效实施而推出的一项重要节能措施，是适应并发展社会主义市场经济的需要，旨在推动节能技术进步，促进用能产品的健康发展和市场公平竞争，维护生产企业和广大消费者的利益。 中国节能产品认证管理委员会作为我国节能产品认证的最高权力机构，由国家经济贸易委员会牵头组织并直接领导，接受国家质量监督局的指导、管理和全社会的监督。中国节能产品认证管理委会由来自国家经贸委、科技部、国家发展计划委员会等经济综合部门的领导，建设部、信息产业部、国家环保总局、国家机械局面、国家轻工业局及国家电力公司等节能产品生产和使用的部分行业的专家，以及中国标准化与信息分类编码研究所、中国计量科学研究院、
14、国家计委能源研究所和清华大学等科研院校的专家学者等15人组成，具有广泛性、代表性和权威性。 中国节能产品认证中心是国家经贸委和国家质量技术监督局批准成立。中国节能产品认证中心是中国节能产品认证管理委会领导下的工作实体，是具有明确法律地位、财务和人员独立的第三方认证机构，具体负责认证工作的实施。中国节能产品认证中心设在中国标准化与信息分类编码研究所。 我国节能产品几乎涉及到国民经济和社会生活的各个领域。本关逐步开展、分类进行认证的原则，中国节能产品认证管理委会确定首批拟开展认证的产品有以下三大类：绿色照明产品，包括紧凑型荧光灯和交流电子镇流器；家用电冰箱；工业耗能产品，包括风机和水泵。这些产品使
15、用日历大，面广，节能潜力巨大，由节能带来的环保效益和经济效益也十分显著。-4-变频技术在电厂泵与风机系统中应用的节能分析 摘要泵与风机是国民经济各个部门都广泛应用的通用机械。它应用在石油、化工、造船、水利、轻工及电力等国民经济的各个领域中，分布面极广，起着重要作用。同时，泵与风机又是耗能量最多的通用机械之一。我国风机、水泵设备装机总功率已达159亿千瓦（其中风机049亿千瓦，水泵11亿千瓦），年总耗电量3200亿千瓦时，约占当年全国电力消耗总量的1/3以上，占工业用电量的40%。我国风机、水泵的设备生产厂家众多，产品质量参差不齐，设备的效率平均为75；系统实际运行效率更低，仅为40%左右。据有
16、关部门测算，如果提高风机和水泵系统运行效率，仅在电厂的风机和水泵节约电量就可达2569亿千瓦时/年。因此，提高泵与风机的设计效率和运行效率具有十分重要的意义。本书详细论述泵与风机的各项行之有效的节能措施。这些措施都是技术上成熟，运行上安全可靠，而且调节使用方便。我们衷心希望本书能对读者在泵与风机领域的学习和工作有所启迪和促进。关键词： 流体力学泵与风机 电厂 参数及节能-5-Frequency conversion technology in pump and fan in power plant system in the application of the energy saving a
17、nalysisAbstractThe pump and fan is widely used in all sectors of the national economy are the general machinery. It is used in petroleum, chemical industry, shipbuilding, water, light and power in all areas of the national economy, the distribution of a wide range, and plays an important role in. At
18、 the same time, the pump and fan is one of the most common mechanical energy consumption. Chinas fan, water pump equipment total installed power has reached 1. 5900000000kW ( the fan0. 4900000000kilowatt, water pump 1. 100000000kW), the total power consumption320000000000 kwh, accounting for about1
19、of the total power consumption of the country that year / 3, accounted for40% of the energy industry. Chinas fan, water pump equipment production in many factories, product quality is uneven, the efficiency of the device for an average of 75%; the system operation efficiency is lower, is only about
20、40%. Calculate according to concerning a section, if improve the fan and pump system efficiency, only in the power plant fan and pump power conservation is up to 25. 6900000000kwh / year. Therefore, to improve the pump and fan design efficiency and the operating efficiency is very important. The boo
21、k discusses in detail the pump and fan of each item of effective energy saving measures. These measures are all technically mature, safe and reliable operation, and convenient adjustment and use. We sincerely hope that this book will to readers in the pump and fan field study and work to inspire and
22、 promote.Key words: hydrodynamic pump and fan power parameters and energy saving 翻译结果重试抱歉，系统响应超时，请稍后再试 支持中英、中日在线互译 支持网页翻译，在输入框输入网页地址即可 提供一键清空、复制功能、支持双语对照查看，使您体验更加流畅-6-目录绪论1泵与风机的基本概念4变频技术在电厂泵与风机系统中应用的节能分析5结论13参考文献14致谢15绪论在热电厂中，由热能转变成为动能，通过汽轮发电机后，一部分转变为电能，另一部分通过汽轮机转送出去，在这过程中，会发生蒸汽的热损失及焓降，分析原因，会对热电厂的能耗
23、降低有所帮助，并能提高操作技能。重热现象：前级损失被下级利用，使下级理想焓降在相同压差下比前级无损失时理想焓降略有增大，这种现象就叫做多级汽轮机的重热现象。引起机组变工况的因素：电不能大量储存，外界所需的功率时刻在变化；锅炉燃烧不稳定，使进入汽轮机的蒸汽参数发生变化；凝汽设界工况变化，使凝汽器压力变化；其它因素影响，如电网频率变化，汽轮机通流部分结垢等。 一次调频：对并网运行的机组，当外界负荷变化引起电网频率变动时，各机组的调速系统将根据各自的静态特性，自动增减负荷，以维持电网的周波，这一过程称为一次调频。汽轮机变工况时各级焓降的变化（调节级中间级最末级）：调节级，在第一阀全开以上的工况，流量
24、增加时压比增大，调节级比焓降减小，反之，流量减小时比焓降增大，而在第一阀全开，第二阀未开时，调节级比焓降达到最大中间级，在工况变动时，各中间级的压力比不变，各中间级的比焓降亦不变。最未级，流量增加，压比减小，未级比焓降增加，反之喷管调节的特点及适用场合：（1） 各调节阀所通过的最大流量不一定相等；（2）有调节级，e1，且t 随调节阀开启数目变化而变化；（3） 部分负荷时，比节流调节效率高；（4）工况变化时，调节级汽室温度变化大，负荷适应性差；（5）适用于各种类型的汽轮机能平移调节系统静态特性线的装置称为同步器，主要作用有：单机运行时，启动过程中提升机组转速到额定值；带负荷运行时可以保证机组在任
25、何稳态负荷下转速维持在额定值；并列运行时，用同步器可改变汽轮机功率，并可在各机组间进行负荷重新分配，保持电网频率基本不变，这个过程称为二次调频。节流调节的特点及适用场合：（1） 无调节级，第一级全周进汽；-1-（2）变工况时各级温度变化较小，负荷适应性较好；（3）变工况存在节流损失，经济性较差；（4）适用于小容量的机组和带基本负荷的大机组级组的临界压力是指当级组中任一级处于临界状态时级组的最高背压，级组包含的级数越多，其数值越小，也即临界压力比的数值越小，弗留格尔公式的应用条件：级组中的级数应不小于34 级；同一工况下，通过级组各级的流量相同；在不同工况下，级组中各级的通流面积应该保持不变。弗
26、留格尔公式的实际应用：可用来推算出不同流量下各级级前压力求得各级的压差、比焓降，从而确定相应的功率效率及零部件的受力情况；监视汽轮机通流部分是否正常，即在已知流量的条件下，根据运行时各级组前压力是否符合弗留格尔公式，从而判断通流部分面积是否改变。调压调节的特点：（1）增加了机组运行的可靠性和对负荷的适应性；（2）提高了机组在部分负荷下的经济性；（3） 高负荷区滑压调节不经济；（4）适用于单元大机组蒸汽在动叶栅中做功后，以余速动能离开动叶栅，它是未能在动叶栅中转换为机械功的一部分动能，称它为这一级的余速损失，工作喷管所占的弧段长度与整个圆周长派的比值表示部分进汽的程度。在部分进汽的级中，喷管分组
27、布置，可分为工作弧段和非工作弧段，鼓风损失发生在非工作弧段。旋转的动叶片每一瞬间都会处于喷管工作弧段或非工作弧段，在非工作弧段，动静轴向间隙中充满了停滞的蒸汽，当动叶片转到非工作弧段时，会像鼓风机一样，将这些停滞的蒸汽从叶轮的一侧鼓到另一侧，这要消耗部分有用功，这部分能量损失为鼓风损失。与鼓风损失相反，斥汽损失发生在喷管工作弧段，刚从非工作弧段转到工作弧段的动叶栅内充满了停滞的蒸汽，喷管中流出的蒸汽须首先排斥并加速这些停滞蒸汽，要消耗部分动能，为斥汽损失。 产生湿汽损失的原因：（1） 湿蒸汽在膨胀时，一部分蒸汽凝结成水滴使做功的蒸汽量减少；-2-（2）一些水珠其流速低于蒸汽流速，高速汽流被低速
28、水珠牵制，消耗部分动能造成损失；（3）水珠撞击喷管背弧扰乱主流造成损失，撞击动叶背弧阻碍动叶旋转消耗叶轮的有用功；（4）湿蒸汽的过冷现象也是造成湿汽损失的原因之一。危害：损伤动叶进汽的边缘，特别叶顶背弧处冲蚀最严重。减少湿汽损失的方法：（1）采用中间再热循环；（2）采用去湿装置；（3）采用具有吸水缝的空心喷管；（4）提高抗冲蚀能力。汽轮机运行时，要克服支持轴承和推力轴承的摩擦阻力，还要带动主油泵、调速器，这都将消耗一部分有用功而造成损失，为机械损失。在轴流式汽轮机中，通常是高压蒸汽由一端进入，低压蒸汽由另一端流出，从整体来看，蒸汽对汽轮机转子施加了一个由高压端指向低压的轴向力，使汽轮机转子存在
29、一个向低压端移动的趋势，这个力就叫转子的轴向推力。级组的变工况特性：（1）当变工况前后级组未达临界状态时，级组的流量与级组前后压力平方差的平方根成正比；（2）变工况前后级组均为临界状态，通过级组的流量与级前压力成正比，与级后参数无关。轴向推力的变化规律：（1） 新蒸汽温度降低；（2）汽轮机发生水冲击时；（3）负荷突增时；（4）甩负荷时；（5）叶片结垢时，轴向推力都增大。在当下生产成本高的情况下，通过掌握变工况时的各种情况，懂得其产生原因，在工作中正确判断处理各种异常情况；它可以使操作技术更精湛，提高技能；通过了解降低焓降从而降低热损失的知识体系，可以使热能的利用率提高。-3-致谢：历时将近两个
30、月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师谢老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！-15-
