摘要：通過(guò)對(duì)煤氣鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況的分析，為解決“大馬拉小車”的問(wèn)題，應(yīng)用變頻調(diào)速裝置和PLC構(gòu)成風(fēng)壓閉環(huán)控制工程，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的自動(dòng)控制，解決了“大馬拉小車”的問(wèn)題，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
敘詞：可遍程序控制器變頻調(diào)速節(jié)能鼓風(fēng)工程
1引言
在電氣拖動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常遇到這樣的問(wèn)題，即拖動(dòng)設(shè)備的負(fù)荷變化較大，而動(dòng)力源電機(jī)的轉(zhuǎn)速卻不變，也就是說(shuō)輸出功率的變化不能隨負(fù)荷的變化而變化。在實(shí)際中這種“大馬拉小車”的現(xiàn)象較為普遍，浪費(fèi)能源。在許多生產(chǎn)過(guò)程中采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)行，不僅可以滿足生產(chǎn)的需要，而且還能降低電能消耗，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。這里介紹的煤氣鼓風(fēng)機(jī)工程采用變頻調(diào)，并應(yīng)用PLC構(gòu)成風(fēng)壓閉環(huán)自動(dòng)控工程，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)負(fù)荷的變化變速運(yùn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量，即滿足了生產(chǎn)需要，又達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
2工況分析
鼓風(fēng)機(jī)工程構(gòu)成如下。
（1）風(fēng)機(jī)型號(hào)：9-26，風(fēng)量：8588~10735m3/h，風(fēng)壓：10020~9630Pa。
（2）電機(jī)型號(hào)：Y225M-2，功率：45kW，電壓：380V，電流：83.9A，頻率：50Hz，功率因數(shù)：0.89，效率：2970r/min。
鼓風(fēng)機(jī)的特性曲線如圖1所示。
@gas_1.jpg

通過(guò)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)幾年來(lái)的恒速運(yùn)動(dòng)實(shí)際情況的記錄分析，鼓風(fēng)機(jī)工程運(yùn)行規(guī)律如下：最大負(fù)荷時(shí)的風(fēng)量為1600m3/h，電機(jī)的電流為38A，運(yùn)行時(shí)間1個(gè)月；一般負(fù)荷的風(fēng)量為950m3/h，電機(jī)的電流為36A，運(yùn)行時(shí)間9個(gè)月；最低負(fù)荷時(shí)的風(fēng)量為500m3/h，電機(jī)的電流為18A，運(yùn)行時(shí)間2個(gè)月。由此可以看出，對(duì)于該鼓風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，最大負(fù)荷也不到額定負(fù)荷的一半，當(dāng)風(fēng)量下降時(shí)，用調(diào)節(jié)管道風(fēng)門(mén)的方法來(lái)改變風(fēng)道阻力，使功率下降不多，耗能仍很大，這由圖1可以看出。
圖1中曲線1為風(fēng)機(jī)在恒速下調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)時(shí)的風(fēng)壓-風(fēng)量（H-Q）特性，曲線2為恒速下調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)時(shí)的功率-風(fēng)量（P-Q）特性，曲線3為管網(wǎng)風(fēng)阻（R-Q）特性。假設(shè)風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)工作在A點(diǎn)效率最高，輸出風(fēng)量Q1100%。此時(shí)，軸功率P1與Q1、H1的乘積面積AH1OQ1成正比（AH1OQ1為耗能），根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，當(dāng)風(fēng)量需從Q1減少到Q2（例如50%風(fēng)量）時(shí)，如采用調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)的方法調(diào)整風(fēng)量，相當(dāng)于增加了管網(wǎng)阻力，使管網(wǎng)阻力特性由曲線3變到曲線4，工程由原來(lái)的工況點(diǎn)A變到新的工況點(diǎn)B運(yùn)行，盡管此時(shí)風(fēng)量由Q1減小到Q2，但風(fēng)壓反而由H1增加到H2，軸功率P2與Q2、H2的乘積面積BH2OQ2成正比，功率的減少并不多，可見(jiàn)耗能仍然很大。
采用電氣傳動(dòng)調(diào)速裝置來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)風(fēng)量、有效節(jié)能的最佳方法。我們選用變頻調(diào)速裝置對(duì)原煤氣鼓風(fēng)機(jī)工程進(jìn)行了改造，將電機(jī)恒速運(yùn)行改為按負(fù)荷變化的變速運(yùn)行，得到風(fēng)機(jī)合適的功率輸出，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
3風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理
交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為
n=60f/p(1-s)（1）
由式（1）可以看出，電源頻率f與轉(zhuǎn)速n成正比。即改變頻率可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，由額定轉(zhuǎn)速n1調(diào)整到某一轉(zhuǎn)速n2時(shí)，理論上風(fēng)量、風(fēng)壓及軸功率變化的關(guān)系如下：Q2=Q1(n2/n1)，H2=H1(n2/n1)2，P2=P1(n2/n1)3�？梢�(jiàn)，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。由圖1可以看出當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1降到n2，根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，在轉(zhuǎn)速n2下的風(fēng)壓-風(fēng)量特性如曲線5所示�？梢�(jiàn)，在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓H3大幅度降低，功率P3（相當(dāng)于面積CH3OQ2）明顯減小，節(jié)省的功率損耗DP=P1-P2與面積BH2H3C成正比，節(jié)能效果十分明顯。所以，采用改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法對(duì)風(fēng)量和風(fēng)壓進(jìn)行控制是最合理和經(jīng)濟(jì)的。
4工程構(gòu)成
對(duì)原有煤氣鼓風(fēng)機(jī)加裝變頻調(diào)速裝置，并且在鼓風(fēng)機(jī)工程出口的管道上安裝壓力變送器，測(cè)定管道的風(fēng)量變化，通過(guò)PLC對(duì)管道壓力信號(hào)的變換和處理，為變頻調(diào)速裝置提供參變量，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的自動(dòng)調(diào)整，也就是說(shuō)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)整輸出功率，節(jié)能降耗的目的。
經(jīng)過(guò)比較，我們選用日本富士變頻器FRN45P9S-4，德國(guó)西門(mén)子公司可編程序控制器S7-200，組成風(fēng)壓變頻調(diào)速自動(dòng)控制裝置，對(duì)原鼓風(fēng)機(jī)工程進(jìn)行改造。
4.1硬件組成
工程構(gòu)成框圖如圖2所示。
@gas_2.jpg

各部分主要功能分述如下
（1）操作臺(tái)。實(shí)現(xiàn)工程操作控制及參數(shù)的設(shè)定與顯示。
（2）可編程序控制器。選用S7-200可編程序控制器及EM235模擬量I/O模塊，完成風(fēng)壓信號(hào)和操作信號(hào)可輸入以及PLC的控制輸出。
（3）變頻器。選用FRN45P9S-4變頻器，具有手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)速功能。
（4）切換裝置。由繼電器、接觸器，開(kāi)關(guān)等組成，實(shí)現(xiàn)1臺(tái)變頻器控制3臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)的切換，以及在變頻器故障時(shí)鼓風(fēng)機(jī)的旁路工頻運(yùn)行。
（5）壓力變送器。選用CECY型電容器式變送器，測(cè)定管道的風(fēng)量變化。
4.2軟件框圖
PLC軟件采用梯形圖語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)各種邏輯順序控制，風(fēng)壓閉環(huán)控制等，程序框圖如圖3所示。
@gas_3.jpg

在軟件設(shè)計(jì)中利用PLC定時(shí)中斷功能完成數(shù)據(jù)采樣，數(shù)字濾波，PID運(yùn)算及控制輸出。
5運(yùn)行結(jié)果
變頻調(diào)速裝置安裝投入運(yùn)行后，風(fēng)門(mén)全部打開(kāi)，在壓力為2200Pa，風(fēng)量為600m3/h，即可滿足生產(chǎn)要求。此時(shí)測(cè)得的工程參數(shù)如下：變頻器輸出頻率為25Hz，電壓為189V，電流為20V；電機(jī)轉(zhuǎn)速為1485r/min。實(shí)際運(yùn)行工況在以下幾個(gè)方面有了明顯改善：?噪聲由80dB降為40dB左右；?風(fēng)量（壓力）控制自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，故障率降低；?運(yùn)行參數(shù)觀測(cè)直觀，可同時(shí)顯示壓力、頻率、轉(zhuǎn)速、電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等運(yùn)行參數(shù)；?管道閥門(mén)全部打開(kāi)，節(jié)門(mén)損失大大降低。
6節(jié)約電能計(jì)算
采用變頻調(diào)速前全年總耗能為1.511×105kW·h，變頻調(diào)速后全年總耗能為4.53×104kW·h。采用變頻調(diào)速后全年節(jié)約電能為10.58×104kW·h。
另外在投運(yùn)變頻調(diào)速裝置后，根據(jù)運(yùn)行工況測(cè)算，可延長(zhǎng)修周期1～2年，每年可節(jié)約大修費(fèi)用約2萬(wàn)元。
7結(jié)論
實(shí)踐證明，在煤氣鼓風(fēng)機(jī)工程中采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，可以根據(jù)負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，解決了“大馬拉小車”的問(wèn)題，為降低生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，節(jié)能降耗，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境開(kāi)創(chuàng)了新的途徑。

摘要：蓄能空調(diào)工程的應(yīng)用與電力工程的政策是密不可分的，主要原因就是蓄能工程具有巨大的社會(huì)效益。蓄能工程能夠轉(zhuǎn)移電力高峰用電量，平衡電網(wǎng)峰谷差，因此可以減少新建電廠投資，提高現(xiàn)有發(fā)電設(shè)備和輸變電設(shè)備的使用率，同時(shí)，可以減少能源使用（特別是對(duì)于火力發(fā)電）引起的環(huán)境污染，充分利用有限的不可再生資源，有利于生態(tài)平衡。
關(guān)鍵詞：蓄能 空調(diào)工程 特點(diǎn)

1 社會(huì)效益

　　蓄能空調(diào)工程的應(yīng)用與電力工程的政策是密不可分的，主要原因就是蓄能工程具有巨大的社會(huì)效益。蓄能工程能夠轉(zhuǎn)移電力高峰用電量，平衡電網(wǎng)峰谷差，因此可以減少新建電廠投資，提高現(xiàn)有發(fā)電設(shè)備和輸變電設(shè)備的使用率，同時(shí)，可以減少能源使用（特別是對(duì)于火力發(fā)電）引起的環(huán)境污染，充分利用有限的不可再生資源，有利于生態(tài)平衡。

　　電網(wǎng)的峰谷差是現(xiàn)代電網(wǎng)的一大特點(diǎn)，而且隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展有加劇的趨勢(shì)。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，雖然國(guó)家電力部門(mén)耗用大量的財(cái)力物力建設(shè)電廠，但仍然滿足不了每年用電量以5－7%增長(zhǎng)的需要。特別是近年來(lái)隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，城市建筑能耗呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)部分大城市的高峰用電量中空調(diào)用電就占了30%以上，這樣使得電力工程峰谷差急劇增加，電網(wǎng)負(fù)荷率明顯下降，這極大影響了發(fā)電的成本和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

　　由于電能本身不易儲(chǔ)存，因此通常在電用戶方面考慮辦法�？照{(diào)用電在電網(wǎng)中，特別是民用電中的比例越來(lái)越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般寫(xiě)字樓空調(diào)用電占1/3多一些，而商場(chǎng)建筑中空調(diào)用電占50~60%，從空調(diào)用電入手解決電網(wǎng)峰谷差問(wèn)題無(wú)疑是最有效的，而且蓄能空調(diào)包括蓄冷（冰或水）和蓄熱（供暖和生活熱水）等應(yīng)用面相當(dāng)寬，同時(shí)空調(diào)用能一般具有如下特點(diǎn)，也非常適合蓄能使用：首先，大多數(shù)空調(diào)與供暖工程可以間歇使用，如上班時(shí)供應(yīng)、下班時(shí)關(guān)閉，使工程本身有可能利用原有設(shè)備在間歇期（夜間電力低谷期）進(jìn)行能量蓄存，為第二天空調(diào)運(yùn)行供能或補(bǔ)充。第二，空調(diào)用能多為7/12℃冷水或40/50~50/60℃熱水，屬于低品位能量，而電能是高品位能源，可以轉(zhuǎn)化為任意低品位的能源，而且利用制冷機(jī)或熱泵的工作，每使用1kW電能可以獲得3~6kW的熱能，電能轉(zhuǎn)化利用率非常高，而且蓄存使用也比較方便。

　　移峰填谷和節(jié)約用電，統(tǒng)稱為用電需求側(cè)管理，英文縮寫(xiě)為DSM。美國(guó)在70年代開(kāi)始用電需求側(cè)管理工作，在三十年時(shí)間里，政府陸續(xù)出臺(tái)了鼓勵(lì)用電需求側(cè)管理項(xiàng)目的一系列優(yōu)惠政策，包括直接提供經(jīng)費(fèi)、提供各種低息或無(wú)息貸款、鼓勵(lì)各行業(yè)投資此類項(xiàng)目并給予電價(jià)政策回收投資、提供購(gòu)買蓄能節(jié)能設(shè)備的價(jià)格折扣等。在亞洲，泰國(guó)、菲律賓、斯里蘭卡等發(fā)展中國(guó)家都開(kāi)展了需求側(cè)管理工作，也收到了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在國(guó)外，工廠車間、辦公樓、商場(chǎng)、醫(yī)院、學(xué)校甚至居民住宅等建筑物都可以看到蓄能技術(shù)的應(yīng)用，使用范圍非常廣闊，可以說(shuō)前途光明。

　　我國(guó)電力行業(yè)的技術(shù)裝備和管理水平經(jīng)過(guò)多年的努力，已經(jīng)躍上了一個(gè)新的臺(tái)階，電網(wǎng)建設(shè)和改造也取得了重大進(jìn)展。但是，電網(wǎng)負(fù)荷率低、峰谷差大的特點(diǎn)使電力供應(yīng)仍很緊張。例如華北電網(wǎng)的最大峰谷差別達(dá)到最大負(fù)荷的40%，而1999年電網(wǎng)負(fù)荷率在95%以上的只有12天，而實(shí)際每天達(dá)到最高負(fù)荷的僅持續(xù)1~2小時(shí)。國(guó)家計(jì)委、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委協(xié)同國(guó)家電力公司歷經(jīng)數(shù)次研究，先后出臺(tái)了一系列指令性或指導(dǎo)性的計(jì)劃下達(dá)至各地方經(jīng)委和電力公司，要以經(jīng)濟(jì)手段推動(dòng)電力“削峰填谷”的實(shí)現(xiàn)。目前絕大多數(shù)地方電力公司均推出了峰谷分時(shí)電價(jià)政策，特別是制訂了針對(duì)蓄能空調(diào)技術(shù)推廣使用的各種優(yōu)惠政策，為蓄能空調(diào)的廣泛推廣帶來(lái)了契機(jī)。

　　2 用戶收益

　　蓄能工程在帶來(lái)巨大的社會(huì)效益的同時(shí)，也具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，如推遲或減少發(fā)電裝機(jī)容量，減少環(huán)境污染治理費(fèi)用，減少電網(wǎng)調(diào)峰次數(shù)、降低發(fā)電成本等。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行管理的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面：

　　首先，利用分時(shí)電價(jià)政策，可以大幅節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。就象炒股票一樣，蓄能工程的用電策略也是“高拋低吸”，即在電價(jià)高時(shí)少用或不用電，把蓄存的能量釋放出來(lái)使用，而在電價(jià)低時(shí)多用電，把制得的冷或熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)。一般情況下，峰谷時(shí)段的電價(jià)比可達(dá)3:1或4:1，因此每年節(jié)省的運(yùn)行電費(fèi)是相當(dāng)可觀的。

　　其次，可以減少制冷主機(jī)裝機(jī)容量和功率達(dá)30~50%，相應(yīng)地，減少冷卻塔和水泵等的裝機(jī)容量和功率。由于在空調(diào)負(fù)荷高峰時(shí)，可以依靠融冰來(lái)供冷，因此主機(jī)的裝機(jī)制冷容量可以減少，而不必象常規(guī)空調(diào)工程那樣按高峰負(fù)荷配備設(shè)備。相應(yīng)地，設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行比例增大，可充分提高設(shè)備利用率，而且設(shè)備運(yùn)行效率也較高。

　　第三，減少一次電力初投資費(fèi)用。由于制冷工程設(shè)備裝機(jī)功率下降，電貼費(fèi)、變壓器和高低壓配電柜等費(fèi)用均可減少。另外，由于電力工程的優(yōu)惠政策，蓄能工程可以爭(zhēng)取到電貼費(fèi)減免的額外優(yōu)惠。

　　另外，蓄冷工程可作為應(yīng)急冷源，停電時(shí)可利用自備電力啟動(dòng)水泵融冰供冷；蓄熱工程減少了粉塵煙塵的污染，減少或免除了消防措施等。因此，蓄能工程在運(yùn)行管理上具有更大的靈活性和更廣的適應(yīng)性。

　　以某地建筑面積22000m2的辦公大樓為例，夏天設(shè)計(jì)日空調(diào)的尖峰負(fù)荷2616kW，空調(diào)使用時(shí)間為8:00~18:00，年使用時(shí)間為135天，冰蓄冷空調(diào)與常規(guī)電制冷空調(diào)工程的經(jīng)濟(jì)性分析如表1所示。

　　　表1 冰蓄冷空調(diào)工程與常規(guī)電制冷空調(diào)工程經(jīng)濟(jì)分析表

序號(hào)名稱 冰蓄冷空調(diào)工程 常規(guī)電制冷空調(diào)工程規(guī)格電功率(kW)價(jià)格 (萬(wàn)元)規(guī)格電功率 (kW)價(jià)格 (萬(wàn)元)1螺桿式冷水機(jī)組810kW2x1602x65870kW3x1753x702制冷輔助設(shè)備冰蓄冷專用設(shè)備441604配電設(shè)施53243 初投資費(fèi)用總計(jì) 398萬(wàn)元 344萬(wàn)元 年運(yùn)行電費(fèi) 30.6萬(wàn)元 49.3萬(wàn)元

　　可以看出，冰蓄冷空調(diào)工程比常規(guī)電制冷空調(diào)工程初投資增加16%，而年運(yùn)行費(fèi)用減少38%，初投資增加費(fèi)用的投資回收周期約為3年。因此，冰蓄冷空調(diào)工程具有良好的推廣意義。

　　3 工程設(shè)計(jì)

　　蓄能工程的方案設(shè)計(jì)需要依據(jù)當(dāng)?shù)仉娏φ�策、建筑物�?shí)際使用情況和蓄能設(shè)備的性能進(jìn)行工程形式和設(shè)備容量的優(yōu)化設(shè)計(jì)。一般情況下，商業(yè)、民用和工業(yè)建筑用空調(diào)均為非全日空調(diào)，即每天空調(diào)工程只需運(yùn)行10~14小時(shí)，而且?guī)缀醵荚诜菨M負(fù)荷下工作。下圖中A部分為某建筑典型設(shè)計(jì)日空調(diào)冷負(fù)荷：

廠房降溫風(fēng)機(jī)
安徽負(fù)壓風(fēng)機(jī)
養(yǎng)殖廠排風(fēng)機(jī)

鋒速達(dá)是水簾生產(chǎn)廠家|環(huán)�？照{(diào)生產(chǎn)廠家|屋頂風(fēng)機(jī)廠家|，鋒速達(dá)承接規(guī)劃：豬場(chǎng)降溫|車間降溫|廠房降溫|豬場(chǎng)通風(fēng)|車間通風(fēng)|廠房通風(fēng)|屋頂排風(fēng)機(jī)|屋頂排熱|廠房通風(fēng)降溫|車間通風(fēng)降溫|通風(fēng)換氣排熱降溫工程|屋頂風(fēng)機(jī)安裝|負(fù)壓風(fēng)機(jī)安裝|水簾安裝|環(huán)�？照{(diào)安裝|通風(fēng)設(shè)備安裝|通風(fēng)降溫設(shè)備|通風(fēng)系統(tǒng)安裝案例|通風(fēng)降溫系統(tǒng)|屋頂通風(fēng)機(jī)|屋頂排風(fēng)系統(tǒng)
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