加热炉变频节能改造

关键词：

加热炉变频节能改造（精选十篇）

加热炉变频节能改造篇1

关键词：加热炉,变频,串风,风量

1 概述

新钢1580两台加热炉原设计采用三用一备风机供风, 由于管路设计不合理, 在原设计上加装盲板, 采用每台加热炉两台风机运行, 存在能源浪费, 因此进行了加热炉变频改造。但加热炉变频器调试时存在串风和喘震现象, 导致变频器无法正常投入使用。通过实际操作, 发现引起串风和喘震现象的原因是用风量小于风机输出量。因为压力与电机转速成平方关系, 流量与电机转速成正比关系, 采用压力控制时设定压力为9kPa, 用风量小于8万/m3时, 风机入口风门开度为80%, 导致风机发生串风。虽然可通过开大烟道放散阀来解决串风, 但是与变频改造相违背, 造成了能源浪费。根据风机管路特性和实际情况, 解决串风问题主要就是处理多余风量的问题, 而风量可通过改变风机入口风门和电机转速来实现。变频控制就是通过改变电机转速来改变风量的, 而采用恒定压力控制时, 由于风道等特性造成管路中还没有建立相应压力, 风就从另外一个风机灌入, 从而造成串风。在现有条件下, 可通过采集用风量来选择相应的压力设定值并通过PI控制来实现变频控制。

2 硬件设计

2.1 改造电气原理

自动工频旁路接线原理如图1所示, 用真空接触器取代隔离刀闸, 智能节电系统故障停机或需要进行检修时可自动分开J1、J2, 闭合J3。电机直接接电网工频运行, 负载调节控制系统同时切换回传统的风门和阀门等控制方式。为保证检修安全也可在图1的基础上增加隔离刀闸, 从而形成明显的断开点, 保证设备及工作人员的安全。

2.2 PLC硬件组态

在每个加热炉电气PLC增加一个远程站并与变频器建立通信连接, 采用硬线控制和通信控制两种控制模式。硬线控制是通过远程站接收变频器信号和控制变频器信号, 主要有变频器启动、停止、故障、频率给定、电流反馈、频率反馈等信号;通信控制是建立Profibus网, 通过网络发送信号类似控制变频器。网络通信相关信号定义见表1。

3 控制过程

原系统控制采用管路压力设定值来控制风机入口阀门开口度, 通过调节入口阀门开口度来保证管路压力;增加变频器目的是通过控制风机转速来保证管路压力, 调试中采用固定风机入口阀门开口度来调节风机转速来控制管路压力。但这样存在风机频繁抢风造成管路压力波动大引起加热炉停炉的严重问题。考虑到加热炉的稳定运行和调试经验, 控制程序通过实际需求流量来选择相应压力设定值, 以控制入口阀门开口度和电机转速。实际需求流量与入口阀门压力值、变频器压力设定值的关系见表2。

考虑到加热炉的稳定运行压力设定最小值为7.4kPa, 变频器最低频率设定为40Hz, 调试中采用入口阀门优先动作更节能, 但调试中出现加热炉用气量突然发生大变化时易出现串风, 因此结合现场经验对入口阀门开口度进行分段限幅, 见表3。

变频器PI调节器参数根据压力设定值-实际值=偏差值来选择, 由于偏差值变化采用多组PI参数, 偏差值小时, P值小, 变频器响应慢。结合实际采用偏差值小但增大P值来提高响应, 因为偏差值大时, P值过大, 风机管路等因素会造成压力波动大。偏差值与PI参数设定见表4。

4 结束语

针对原设计管路等因素造成变频器频率降到40Hz以下, 两台风机之间存在串风现象, 导致管路压力波动大引起加热炉安全问题, 结合实际将变频器下限频率设置为40Hz, 以实现节能效果最大化, 但如果要实现更好的节能效果就必须对现有的管路进行改造。

参考文献

[1]李正吾.新电工手册上册[M].第2版.安徽:安徽科学技术出版社, 2014

[2]王树青.工业过程控制工程[M].第3版.北京:化学工业出版社, 2002

空压机的变频节能改造篇2

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。马鞍山黑马钢筋焊网有限公司经过多方考察和论证，选用了马鞍山隆达电力电子有限公司生产的 LB475型变频器，对公司两台75KW的空压机进行了技术改造，取得了显著的经济效益和综合效益。

二、空压机改造前运行情况

设备改造前，两台空压机一用一备，全部工作在工频状态。压力采用两点式控制(上、下限控制)，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。钢筋焊网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频繁的卸载和加载，经常是加载1分钟，卸载2分钟，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。在这种情况下，对其进行变频改造是非常必要的。

三、空压机变频改造实施方案

根据现场实际情况，我们用一台变频器来控制两台空压机，通过电气控制相互转换两台空压机的变频运行;当一台空压机出现故障时，可以转换到另一台空压机上运行，不会影响生产的正常进行。这样，即节省了设备投资，又能满足生产工艺的需要。

系统改造时，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。本系统采用压力闭环调节方式，在原来的压力罐上加装一个压力传感器，将压力信号转换成0-5V的电信号，送到变频器内部的PID调节器，调节器将信号与压力设定值进行比较运算后输出控制信号，变频器根据该信号输出频率，改变电动机的转速，调节供气压力，保持压力的恒定，使空压机始终处于节电运行状态。

四、系统改造中应注意的问题

1：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。

2：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，

3：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,把变频器运行频率下限设定为 26HZ，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。空压机系统变频器改造完成后，一次试车成功，运行稳定，效果明显。

五、节能效果及综合效益分析

改造前，空压机工频满载运行电流为140A，运行时间1分钟;空载运行电流为90A，运行时间2分钟，频繁的加载和卸载。改造后，空压机运行频率经常在30HZ-40HZ，运行电流平均为70A，基本上没有卸载时间。空压机平均每天工作16小时，每月工作25天。空压机每月用电量计算如下：

W前=√3( I×U)×12×25÷1000

=1.73×(140×1/3 90×2/3)×380×16×25÷1000

=28057.8(度)

W后=1.73×70×380×16×25÷1000

=18407.2(度)

每月节省电量= W前-W后

=28057.8-18407.2

=9650.6(度)

按每度电0.6元计算，每月可节省电费=9650.6×0.6=5790.36(元)

整套空压机系统改造费用5万元左右，约10个月就能收回设备投资。

诚然，节能是变频改造带来的一大好处，但并不是唯一的，空压机变频改造后，还有以下优点：

1：电动机从2HZ开始软起动，对电机、空压机、电网的冲击大为减小。

2：延长了设备的使用寿命，减少了设备的维修量和维护费用。

3：进一步完善了保护功能，如热保护，过电流、过电压、欠电压、短路、缺相保护等功能。

4：操作简单方便，运行平稳，电极、空压机温升正常，噪音、振动减小。

自来水厂水泵变频器节能改造分析篇3

【关键词】自来水厂；水泵变频器；节能改造

根据相关数据显示：我国70%以上的发电总量都损耗在电动机上，水泵、风机占整个消耗总量的40%。通过电机变频能代替原有流量调节，平均每个小时可以节约300到400亿千瓦。在自来水厂中，变频器主要用来泵房取水、送水，除了节电，它还可以调整平滑取水的流量以及送水压力，进而满足供水工艺与制水要求。

一、自来水厂水泵变频节能原理

在大多数改建、新建的自动化水厂泵房中，都配备了变频器，在改善工艺的同时，进一步降低能耗。在这过程中，变频器控制方式与PLC、手动运行模式基本上一致，通过控制箱就能现场切换。在水厂泵房送水中，通过PLC自控系统以及PID调节，不仅能让变频器进行自动调速，还能保障恒压供水，即使在无人值守的泵房，也能进一步提高水厂生产效率与安全性。在变频器取水中，通过PID以及PLC调节，不仅能让变频器实现自动调速，还能让清水始终处于稳定的状态，在无人值守的泵房中，进行优质、高效的供水。在自动化水泵房控制设计中，通常由清水位控制送水泵房压力控制和变频器频率，通过改变送水泵房变频器工作状态，影响水压力，它清水池时间滞后影响尤为突出，同时还会絮凝池、平流池、滤池水流量对水位的影响也很大。因此，用清水池水位对水泵房机组节能的方法对节能改造没有太理想的效果。

负载转矩和转速的平方以正比例关系呈现是水泵的主要特点，同时，轴功率和转速的立方额成正比例关系。Q：Qo=n：no，H：Ho=（n：no）2，P：Po=（n：no）3，其中no为额定基准转速，n是运行转速，Ho是no的扬程，Qo是no的流量，H是n的扬程，Po是no的功率，同时P也是n的功率。对于现实中的泵负载，有一个和高低差具有实际联系的扬程，在变频运行或者调速中必须特别注意。

在实际工作中，运行点一般由管路对曲线进行阻挡，H到Q之间的交点对其也有重要作用。如：80%以上的运转点不会在C区域，而在D区域。同时，轴功率必须考虑相似的问题，也就是说工作点不能和立方曲线直接交叉。也就是说，在相同的转速下，扬程越大，流量降低的比例就会越大，当转速范围缩小到一定范围时，节能效果也会随之降低。

在转速节能效果控制与阀门控制中，如果自来水厂流量从1.0转换成0.5，在阀门控制中，利用关小阀门让相关曲线的阻抗由R1变成R2，此时的工作点也会从原来的A点移动到B点；如果使用的是转速控制，在同一阻抗曲线中，R1就会从A点直接移动到B点。在P到Q轴功率特性曲线不变的情况下，100%的阀门转速就会直接从A点移动到B点；在转速控制中，它会在实际扬程的控制功率上，從A点运动到D点，和阀门控制结果相比，它能得到相当于BD一样的节电。如果使用的是变频调速，由于实际扬程相对较小，所以轴功率会越来越接近曲线立方关系，此时调速产生的节能效果就会更大。

对于自来水厂的水泵，由于需要随时向供水系统补水，所以在不同的时段区域以及不同的季节，用水量存在很大不同，需要补充的系统和流量压力也存在很大差异。传统的节能方法是，调节扬程压力与节水流量，不仅浪费资源，流程也相当麻烦，需要较高的成本，同时还会造成大量的机械损耗。

二、自来水厂水泵变频器节能改造的工艺要求

在自来水厂水泵变频器节能改造中，变频器一般使用远程控制与本地控制相结合的方式进行。其中远程控制又包括压力负反馈和频率控制，一般频率调节都在0到50HZ之间。而直接频率控制和压力负反馈远程控制都有PLC进行选择，在运行过程中，也可以根据变频器具体的控制方式选择。本地控制是对面板进行的控制，控制方式调整成LOCAL；在频率调节时，通过手动频率控制，进而保障出厂压力与流量。在对自来水厂变频器改造中，为了保障改造质量，必须根据节能目标满足基本的节能要求，在这过程中，价格合理尤为重要；其次是水泵必须达到高强度的连续、可靠运转，进而保障系统由工频到变频，以及由变频到工频之间的转换，一旦出现瞬时停电现象，通过自动再启动的系统就能正常运行。

在某自来水厂水泵变频器中，该系统拥有三台水泵，并且每台电机容量都能达到75KW，一台作为备用，另外两台正常工作。具体情况如下：在三台水泵中，对其分别进行定速和调速运行，并且变频器智能作为一台电机的电源。所以每台电机的停止、启动都会相互相应，通过这种逻辑性电路控制，不仅可以保障电路切换，还能达到节能目标。

在外部接线以及变频器选型中，一般选用风机、水泵类专用的变频器，用PLC进行控制。在变频器接线中，水泵运行中的管压会直接影响水泵运行状况。如果管压高于0.8时，定速、变速、备用各一台；当管压低于0.64时，两台备用，一台变速或者定速；当管压低于0.52时，两台备用，一台作为变速。这三种情况都是根据管道流量以及压力传感器信号，通过函数发生器将其演变成控制信号，进而启动阀门与电动机。对于运行状态的电机，压力信号一般由三种不同的速度进行切换。

在变频器接线中，电机转向和电源相序连接没有直接关系，一般根据电机连接的方式达到电机转向。在这过程中，需要注意的是：电机端和电源端绝对不能反接，否则就会损坏变频器。对于电源开关、KM1接触器、QF容量则根据自来水厂水泵变频器具体要求选择。通过在变频器上安装功率表、电压表、功率因素表、电流表等模拟类电表，对电机进行细致的监控；对于CM、FWD、C1V1等继电器连接，通常使用灵敏度很高的微型双触点继电器。在频率设置中，可以根据流量、压力对其进行手动切换，为了转换功率因素，必须安装DK线圈，设置报警电路，一旦出现故障，通过声光就能达到报警效果。

结束语

加热炉变频节能改造篇4

本钢特钢800产线2台产能120t/h的步进式加热炉始建于2006年, 共用一条出钢辊道, 常年满负荷运行。因辊道电机控制系统故障导致产线的热停日益增多, 现提出对原设计辊道电气控制系统进行改造的设计方案, 以满足将来有可能的大规格坯料生产, 避免辊道电机经常跳闸等电气故障, 提高设备作业率。

1 目前状况

1.1 硬件结构

2台加热炉出钢辊道由53台DSZR107-107/YGP160L2-4-1-M型、7.5k W交流减速电机单辊传动构成, 辊道控制系统采用DKC-800-380系列晶闸管交流电子抽屉式开关柜, 它是一种小功率控制大功率的交流电子开关柜设备, 通过对双向晶闸管的正反触发来控制电机正、反转。电机属于直接全压启动, 生产过程中对机械设备冲击大, 电路板插接件经常出现插接松动及烧损故障, 或因为开关柜内晶闸管击穿, 导致该开关柜所带整组辊道电机不转, 无法出钢作业, 造成产线长时间故障。

1.2 基础自动化

加热炉电气PLC控制系统采用以西门子S7-400系列CPU为核心, 带ET200M模块的分布式结构。CPU与ET200M I/O模块以及变频传动系统采用Profibus-DP通信, 与HMI采用Ethernet通信。1#PLC站控制1#炉电气系统, 2#PLC站控制2#炉电气系统, 其他公共电气系统由3#PLC站控制, 3个PLC站之间可以互相通信。出钢辊道正反转运行的电气控制信号由3#PLC站分布式ET200M (即MCC室内PCG4柜) 数字量输出模块的16点24VDC输出, 通过交流电子开关柜的继电器联锁点, 反串为220V交流信号, 这样会造成检查故障及维修时不安全, 并容易使大电流混入而烧损PLC模块。

由于生产节奏逐步加快, 矩形坯料增多, 将来可能坯料单重会加大, 晶闸管交流电子开关柜驱动辊道各组电机响应时间个别有延时, 故障多发。因此提出采用变频器控制系统来取代晶闸管交流电子开关柜, 以满足生产要求。

2 改造方案

2.1 变频器驱动

由于通用变频器具有调速范围宽、调速精度高、动作响应快、运行效率高、功率因数高、操作方便且便于同其他设备接口等一系列优点, 所以适用于加热炉出钢辊道这种负载。利用通用变频器驱动辊道电机, 能够在满负载或过载时输出恒定转矩, 并且在设备允许范围内具有转矩限定的无跳闸及能耗制动的功能。

2.2 硬件结构

目前设备状态:加热炉上料辊道48台5.5k W减速电机分为9组, 机旁对应9个开关箱, 内置16~18A电机断路器, 分别对各个电机进行二级保护, 上级驱动由MCC室9套西门子6ES70型变频器及其相关配套设备组成, 采用Profibus-DP总线与PLC通信, 实现自动化远程控制;出钢辊道53台7.5k W减速电机分为8组, 机旁对应8个开关箱, 内置18~23A电机断路器, 分别对各个电机进行二级保护。

鉴于出钢辊道电气控制系统与上料辊道现场机旁硬件结构相同, 因此改造时, 现场机旁硬件结构不变, 只需参照上料辊道电机控制方式, 按照电机编组, 采用交流变频传动装置代替电子开关柜驱动电机, 利用STEP7在原有3#PLC站SIMATIC 400 (3) 的基础上对其重新硬件组态, 实现PLC控制变频器驱动出钢辊道电机。PLC与变频器之间采用Profibus-DP总线通信。交流传动装置选用西门子6SE70型变频器。系统硬件结构设计如图1所示。

2.3 PLC软件设计

因辊道减速电机为通用电机且控制电路简单, 控制要求只需正反转及给定一定调速值, 所以选择U/F控制方式, 在改变频率的同时控制变频器输出电压成比例变化, 使电机磁通恒定, 在整个调速范围内, 使电机的效率、功率因数不下降。

在软件STEP7中对SIMATIC 400 (3) 的Hardware进行修改设计, 原硬件组态中编号10-18的MAS-TERDRIVES/DC MASTER C为上料辊道的变频调速装置的组态, 新增编码19-26的8组MASTER-DRIVES/DC MASTER C作为出钢的变频传动装置组态, 并设定好参数。硬件组态修改设计如图2所示。

采用梯形图编程方式对原STEP7中SIMATIC400 (3) 控制出料辊道的功能块FC113进行程序修改设计, 在程序中设定控制电机正反转和电机速度给定的控制字, 通过Profibus-DP总线建立S7-400、ET200站及6SE70变频传动装置的自动化通信, 实现电机正反转及调速控制。例如, 在功能块FC113中对B1组辊道电机控制的PLC程序进行的修改设计如图3所示。

2.4 变频器安装调试

MCC室现有出钢辊道控制柜4个, 可以改造用于变频调速装置的安装, 在不需要增加控制柜的情况下, 对原控制柜内各电子开关柜控制电机的容量进行拟合。选用4套西门子6SE70 37-2300k W装机柜, 分别控制现场减速电机B1-B2组、B3-B4组、B5-B6组、B7-B8组、敷设200m Profibus-DP总线, 用DP插头把4套变频装置与原有上料变频装置连接。另外, 变频器需配套相应容量的输入输出电抗器、制动单元、制动电阻, 构成整个交流调速系统。

输入输出电抗器用来限制MCC室进线电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击, 平滑电源电压中包含的尖峰脉冲, 或平滑桥式整流电路换相时产生的电压缺陷, 有效地保护变频器和改善功率因数。它既能阻止来自电网的干扰, 又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染。

输出电抗器主要作用是补偿长线 (50~200m) 分布电容的影响, 并能抑制输出谐波电流, 提高输出高频阻抗, 有效抑制dv/dt, 降低高频漏电流, 实现保护变频器、减小设备噪声的目的。

制动单元和制动电阻的制动方法属于能耗制动, 制动单元进线端连接到变频器的直流母线上, 输出端连接到制动电阻器上。当系统减速或超调回落时电机处于发电状态, 可能造成系统直流母线过电压, 当直流母线电压升高到一个阀值 (由制动单元决定, 一般为整流电压的1.7倍以上) 时, 制动单元里的IGBT开关管导通, 接入制动电阻, 使电机发电产生的能量消耗到制动电阻上, 从而保护直流母线使其电压不过压。

变频器调试之前要确保电机空载, 检查变频器外接线, 变频器输入 (上部端子接线U1, V1, W1) 和输出 (下部端子接线U2, V2, W2) 不能反接。对于逆变器, 要确保输入的C/L+和D/L-与整流单元输出的C/L+和D/L-正确连接, 变频器的C, D端子与制动单元C, D端子一一对应接线正确, 制动单元的G, H端子与制动电阻的接线正确。检查24V电源线, 最好先拔下X9端子送电, 只有X9.1和X9.2端子之间为+24V时, 才能恢复X9端子, 然后给变频器送电。送电之后, 变频器进行自检, 面板显示初始参数, 如不能正确显示或显示故障, 查阅变频器手册故障代码。注意加热炉出料辊道电机控制为变频器一拖多, 电流是整组电机额定电流之和。

6SE70变频器常用的参数设定渠道包括:PMU面板, 在变频器上直接设定;OPS面板, 可与PMU上X300串口直连;PC, 通过X300连接, 需RS-232通信联线, PC上需安装Drive Monitor或Simovis软件;PC, 通过CBP2板连接, 需要Profibus连结线, PC需安装Drive ES及Drive Monitor软件。

3 故障维护

改造后, 出钢辊道能够避免交流电子开关柜控制所带来的频发性故障。对于改造后的交流变频调速系统的维护, 可以参考多年来上料辊道的变频器故障经验来分析处理, 也可以根据变频器PMU面板所报故障代码, 查阅西门子6SE70变频器手册并结合实际情况进行处理。

4 结语

加热炉出料辊道的变频改造, 使设备启动特性平滑, 减少电机、机械设备及PLC模块的损坏, 延长设备的使用寿命, 提高系统运行稳定性, 维护简单, 节约能源。

摘要：介绍本钢特钢800产线步进式加热炉出钢辊道控制系统由晶闸管交流电子开关柜改为变频器的设计方案和实现方法。

关键词：PLC,变频器,调速

参考文献

[1]邵澎涛, 魏军林.2000mm中板加热炉辊道的变频改造[J].河南科技学院报, 2006, 34 (2) :61-64

[2]何超.交流变频调速技术 (第2版) [M].北京:北京航空航天大学出版社, 2012:20-25

[3]娄国焕, 郝成, 王均术.电气传动技术原理与应用[M].北京:中国电力出版社, 2005:31-32

11kw新风机变频节能改造方案篇5

A.节能因数。风机的回风温度恒定，根据天气以及使用度采用变频调速使其长期运行在高效状态。

据文献资料，当变频器与电机采用1控1方案时可节约电20%~60%。节能效果进行计算确定。

B.智能因数。变频器有通讯输出接口，方便以后只能升级需求。

c.软启、软停因数。变频器的软启、软停功能，可以降低电机启动和停止时的冲击电流，减少设备的损耗。

变频器控制风机的正常运转，工频运行作为备用。

变频器的运转频率根据风机回风温度调节，回风温度设定为屋内人员最适宜温度，由温度传感器的输出信号接到变频器的模拟信号端子，在变频器上设定相应的数据，来控制风机的运转速度，达到最大的工作效率。

变频与工频之间采用转换开关进行切换，为了安全，变频与工频采用联锁控制。

新风机组为两台11kw的风机给群楼进行换风，现为工频运转，全速运行，所有办公区域风量较大温度过低。现采用变频器控制时可以根据回风设定的温度调节风机的转速。

风机11kw运转时能产生20000m3/h的风量，风机所给区域的空间约为2000m3，即循环了10次；通过计算得到新风机的回风温度设定在26·c时只需5次循环的风量即可达到，即产生10000m3/h的风量就能满足。此时电机的输出功率约为6kw就能满足风量的循环。温度高、温度低信号分别由变频器的两个点给出。

加热炉变频节能改造篇6

【关键词】数据中心；空调系统；水泵变频；节能减排

前言

据工业和信息化部于2014年发布的《关于2011年以来我国数据中心规划建设情况的通报》：255个在规划建设的IDC的设计PUE平均为1.73，同时，据行业估计，美国的IDC行业耗费了其国内发电量的2%，中国的IDC行业耗费了本国发电量的1.5%，是典型的“电老虎”。因此，革新IDC设计模式、降低IDC能耗和运营成本，已经成为数据中心行业相当现实和迫切的课题，同时也是一个影响国家产业转型升级、实现国家可持续发展的关键课题。

中央空调系统作为数据中心的专用制冷设备，承担着调节机房环境温湿度，保障IT设备稳定运行的重任，同时也是主力耗电设备之一（约占总体能耗的30%-40%）。因此，开展中央空调节能改造，即确保机房供冷正常，又可减少能耗、压缩电费成本，创造双赢的局面。

一、中央空调水泵变频节能理论分析

由于空调系统设计多以夏季最大冷负荷设计且留有余量，数据中心IT负荷也存在业务逐步增加、波峰波谷等影响热负荷大小的因素，这造成不同时期、不同发展进程中，实际热负荷与空调系统输出冷量之间存在差值，在空调传统配置状态下形成电能浪费[1]。因此，中央空调系统均有一定的节能空间。

目前数据中心空调主机和末端精密空调大部分采用智能化设备，能实时根据负荷情况调整冷量输出，一定程度上实现节能控制，但水循环系统（水泵）按初期额定流量、压力配置下，当实际负荷低于设计预期时，绝大部分时间运行在低温差、大流量情况下，造成空调主机和水泵能耗的浪费。通过调节冷冻水泵的频率（转速），节约低负载时水系统的输送能量，可达到理想的节能效果。

水循环系统中重要的耗电设备为水泵，改变水系统的输送能量亦主要靠调节水泵的转速，由于水泵类负载的转速与转子的频率成正比[2]，因此对水泵系统进行变频控制即可达到节能效果，分析如下。

交流异步电动机的转速公式为：，其中n为转速，f为频率，s为转差率，p为极对数。水泵属于平方转矩负载，即转矩T与转速n的平方成正比，即，而电机轴的输出功率，由此可见，当电机的转速稍有下降时，电机功率损耗就会大幅度地下降，耗电量也就大为减少。

二、中央空调水泵变频改造设计思路

考虑到投资成本和实际运用效果，本次对南方某数据中心中央空调的冷冻水泵进行变频改造（图1、2、3），利用温度传感器、数模转换模块、控制模块、变频器等器件的有机结合，构成温差闭环自动控制系统，根据冷冻水的供回水温差、压力，以温控为主、压力流量为辅，利用变频技术在线调整水泵电机的转速，在满足机房制冷的需求下使冷冻水泵做出相应调节，以达到节能目的。

方案设计关键点如下：

1）综合考虑在不同空调冷负荷情况下空调主机和变（工）频冷冻水泵开启情况，控制策略应使冷冻水水泵具备自动和人工两种模式下启动、轮换和停止功能，确保空调系统供冷充足、节能高效。

2）本次使用变频节能装置的最低频率应满足每栋机楼最远端机房空调（或供水最不利端）扬程及流量要求，因此需有效地布放温度和压力传感器，制定控制策略以及设置相关阀值，确保整栋机楼供冷正常。

3）每台变频器控制的装置可以人工或自动选择在工频模式和变频模式下运行，即在变频模式故障时可自动转为工频运行。

4）变频器控制系统并联在现有启动控制系统上，两者间有电气连锁及机械连锁，当变频器启动某一台水泵工作的同时，相应的旧启动主电路将被切断，禁止其启动工作，反之亦然。

三、中央空调水泵变频改造效益分析

此数据中心空调系统配置中央空调主机4台（1300RT*3+800RT*1），冷冻水泵6台（75kw*4+55kw*2），实际运行1300RT主机1台、冷冻水泵1台，系统冗余量较大。变频改造前后节电情况如表1所示，测试时间为2015年4月2日。

根据本期变频改造完成后的实测数据，在当前机楼负荷下变频水泵较原水泵功耗下降约53%，并且机房末端供冷不受影响，节能效果理想。按全年将一半时间2台冷冻水泵变频运行，一半时间3台冷冻水泵变频运行，以每台冷冻水泵运行时平均频率可降至45Hz计算，本次变频改造每年节约电费约为35万元，预计一年收回投资成本，效益可观。

四、结束语

本次数据中心中央空调水泵变频改造在不影响空调系统正常供冷的前提下，通过对冷冻水泵进行有效控制，实现水泵的变频节能、高效运行。

参考文献

[1]陈建东.中央空调系统水泵变频节能技术的应用分析[J].制冷技术，2006，4：12-14.

[2]黄建恩.空调系统冷冻水循环水泵变频运行的节能机理[J].节能技术，2005，3（2）：139-142.

作者简介

炼油厂加热炉节能改造探究篇7

1 炼油厂加热炉存在的问题

据调查显示, 目前我国大部分炼油厂的加热炉运行过程中都存在着一些问题, 总结之, 主要表现在以下几个方面:

第一, 炼油厂现役加热炉的使用时间太长, 约六成的加热炉服役期已经超过了15年, 加热炉的损耗比较大, 热效率降低。第二, 加热炉结垢后, 就会导致加热炉的热效率降低, 燃料消的耗及运行成本就会随之增加。根据有关数据显示, 如果炼油厂加热炉的换热面平均结垢1至5毫米, 燃料至少要多消耗3.4%至28.1%, 再加上软垢部分, 则燃料要至少多消耗5%至30%。第三, 加热炉的热负荷偏低。一般而言, 加热炉的散热损失是确定的, 过低的热负荷将意味着热效率的降低。分析以上问题的原因, 主要表现在以下几点:其一, 系统投后, 由于产能不断下降, 导致加热炉一直处于低负荷状态, 有些炼油厂的加热炉运行负荷仅为50%左右;其二, 由于对加热炉的监测力度不够, 基层生产单位又缺手加热炉检测仪器及相关的技术人员, 无法保证加热炉的运行达到最佳状态;其三, 加热炉的运行缺乏完善的维护保养机制, 一般情况下, 加热炉全年均处于运行或备用状态, 加之二合一加热炉的加热介质较为恶劣, 导致长期运行后加热炉结垢严重, 影响了传热效果, 也降低了炉效。

2 炼油厂加热炉节能改造措施

基于以上对目前我国炼油厂加热炉运行中普遍存在的问题分析, 笔者认为, 要从根本上解决以上问题, 真正实现加热炉的节能改造, 可以从以下几个方面入手:

2.1 加强对炼油厂加热炉清垢和防垢技术的研究

针对炼油厂加热炉盘结垢造成燃烧效率降低的问题, 一定要加强加热炉清垢、防垢技术研究。通过对加加热炉介质的水质及垢质进行分析、研究可知, 加热炉中所结的垢质主要成份是铁铝氧化物、碳酸钙、碳酸镁等, 同时还包括一些油垢和硫化物。造成加热炉结垢的原因是所加热的掺水水质中含有钙离子、镁离子、硫酸根离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子以及由这些离子组成的盐类, 其饱和指数为2, 稳定指数也小于5。由此可见, 如果不及时处理, 结垢趋势将更加严重。为此, 我们利用变频脉冲除垢技术对加热炉进行了清垢和防垢实验, 结果表明, 安装仪器前后挂片的结垢状况有明显的差别:安装前挂片结垢的比较厚, 多为灰褐色硬片状垢;安装除垢器后挂片的结垢大部分酥松脱落, 除垢效果非常明显。而安装仪器后测试用的新挂片运行一段时间后取出观察, 仅有一层油泥和极少量的污垢, 通过测算防垢率达到了90%以上, 防垢效果较好。项目实施后, 加热炉的炉效与安装变频脉冲除垢器前相比提高了4%左右。

2.2 对加热炉进行更新改造

可以使用真空相变换热技术对炼油厂的加热炉进行改造, 充分利用汽、液相变潜热的热量, 通过加强热媒换热能力, 达到很高的换热效率。其原理是:利用真空控制阀把加热炉顶部空间抽成真空, 水作为传热介质吸收燃料燃烧供给的汽化热蒸发, 由此形成负压水蒸汽在气相空间与换热盘管进行换热, 蒸汽在释放热量后冷凝成液滴回落至液相空间。换热如此不断循环往复地吸热蒸发、放热冷凝, 形成动态热平衡。改造后的加热炉热效率提高到百分之九十左右, 与老式的加热炉相比提高了百分之五以上。

2.3 传统二合一加热炉的高效热管应用技术改造

可以采取有效的措施, 对传统二合一加热炉的高效热管应用技术进行有效的改造。作为一种新型的、高效的传热元件, 热管的结构主要是中空的翅片结构真空金属棒, 其内部封装高效传热性能优异的无机固体介质, 该介质在管内受热激发后转变为高速微粒, 从翅片端向与热媒接触的传热端快速传递热量。由于高效热管具有传热速度快、轴向传热能力强以及传热效率高等优点, 可以快速将高温烟气热量传递到水中, 从而降低烟气的温度, 提高加热炉的热效率。据调查显示, 目前凡是利用这一技术进行节能改造的炼油厂, 经中国石油天然气集团公司节能监测中心的测试, 加热炉的换热效率均有较大幅度的提高。其中二合一炉的热效率在70%负荷段提高了6.98%, 在90%负荷段提高了8.12%, 单台二合一炉的年节气量将达到11万立方米。

2.4 负压蒸汽换热技术的改造

对于当前我国大部分炼油厂而言, 可以将原水套炉内的换热工质软化水改换为以特种传热合成剂, 并作为换热工质的负压蒸汽换热改造。特种传热合成剂的汽化潜热较高 (一般是水的2至3倍) , 能较大程度地提高加热设备的热效率, 节能效果非常明显。改造后水套炉通过高温排气法在加热盘管的上部空间形成一定的真空, 这样改造后的水套炉即改造成为了负压蒸汽换热式水套炉。中国石油天然气集团公司节能监测中心的检测结果表明, 这一改造使加热炉的热效率提高了百分之八左右。同时合成剂还可以延缓加热炉的腐蚀速率, 并延长加热炉的使用寿命。

2.5 高效节能燃烧器与控制技术

高效节能燃烧器能够依据加热炉进出口温度或炉膛温度的检测控制燃料气流量, 并对燃烧的燃料与空气混合比进行调节, 降低了人为因素对燃烧的影响, 较大程度地提高了加热炉效率;同时, 可采用全炉自动控制即全炉操作计算机控制技术, 对过剩空气系数进行控制。对燃料燃烧进行控制, 以及防爆门控制、排烟挡板控制、排烟温度控制等等。这些不仅对提高产品质量至关重要, 而且对加热炉热效率的控制和提高同样起到重要作用。

3 结语

总而言之, 加热炉节能改造不仅是炼油厂可持续发展的关键, 而且是构建社会主义和谐社会的必然要求, 因此要不断创新思想和节能技术, 为炼油厂的探寻新的发展契机。

参考文献

[1]张秀锋.炼油厂加热炉节能改造分析[J].机械设计与制造, 2005 (06) .[1]张秀锋.炼油厂加热炉节能改造分析[J].机械设计与制造, 2005 (06) .

[2]万士良, 任雪粉.炼油装置加热炉节能存在的问题及解决措施[J].甘肃科技, 2009 (05) .[2]万士良, 任雪粉.炼油装置加热炉节能存在的问题及解决措施[J].甘肃科技, 2009 (05) .

[3]刘晨, 胡应旭.综合矿井物探技术在探测隐伏导含水构造中的应用[J].科技与生活, 2010 (14) .[3]刘晨, 胡应旭.综合矿井物探技术在探测隐伏导含水构造中的应用[J].科技与生活, 2010 (14) .

[4]葛文明.热效率对加热炉节能的影响[J].科海故事博览:科技探索, 2011 (08) .[4]葛文明.热效率对加热炉节能的影响[J].科海故事博览:科技探索, 2011 (08) .

庆哈中一站加热炉节能改造篇8

为降低能耗, 2007年9月在庆哈输油管线中一站 (以下简称“庆哈中一站”) 对原有相变加热炉进行改造, 解决了夏季原油加热、冬季生活采暖等运行中的问题, 并进一步降低了相变加热炉用能消耗。

1 相变加热炉原理

相变加热炉工作原理是燃烧器将燃料充分燃烧, 热量经加热炉火筒及烟管传递给锅壳内中间介质水, 水受热沸腾后由液相变为汽相蒸发, 水蒸汽逐步充满炉体的汽相空间;由于盘管内被加热介质管壁温度远远低于蒸汽温度, 从而使蒸汽在盘管外壁冷凝, 并把热量传递给盘管内介质, 冷凝后的水在重力作用下落回水空间。如此循环往复, 实现了相变换热过程[1] (图1) 。

2 存在的问题

2.1 能源消耗量大

在实际运行中, 由于加热炉采暖换热器为内置, 与加热炉一体, 因此运行方式不能改变, 不能单独进行原油加热或采暖供热, 如停用采暖换热器就可能发生烧管的安全事故。在夏季时, 因需要对管线中原油进行加热, 而采暖换热器不能停运, 这样无形中增加能源消耗, 产生很大浪费。

2.2 温度无法调节

在冬季供暖时, 无法调整采暖供热温度。相变加热炉采暖换热部分不能根据气温变化调节蒸汽用量, 造成采暖温度过高。特别是在春、秋季节时, 不能调节采暖换热器换热量, 使得生活采暖温度过高。若控制减少采暖水循环量, 就会出现采暖水温度过高、沸腾等现象, 影响采暖供热安全 (图2) 。

3 技术改造措施

3.1 炉体内改造

针对存在的问题, 对庆哈中一站相变加热炉采暖内置换热器进行了改造, 将加热炉内部气相空间内的内置采暖换热装置拆除, 并对炉体进行清垢, 涂膜改造, 减少炉内热量损失[2]。

3.2 炉体外改造

新增加外置式采暖换热器, 并在采暖换热器的蒸汽管道安装控制阀门。改造时, 充分考虑了设备荷重和安装现场的条件、风载和换热器运行振动等因素。为了保护下部炉体不承受外加载荷, 以免造成炉体受损, 采用了无受力分体结构方案, 即炉体与换热器之间只进行汽水介质的能量传输, 换热器的质量则通过钢结构传递给地基, 而炉体完全不承受外部载荷, 炉体与换热器采用金属波纹管法兰软连接。炉体和换热器可以根据使用情况分别进行更换, 有效地提高了设备整体的使用寿命, 降低了投资和运行成本。换热器采用列管式换热器, 蒸汽通过专门的管路进入上部换热器壳体, 在换热器壳体内完成相变换热过程, 然后通过冷凝管路返回下部炉体内[3] (图3) 。

4 现场应用及效益分析

4.1 现场应用

通过对相变加热炉采暖换热方式进行改造, 实现了原油加热、采暖换热装置均可单独运行方式;并可根据生产、天气情况优化调整供热温度, 解决了原有相变加热炉夏季采暖换热不能停运、不能优化调整供热温度的问题, 确保了相变加热炉的高效安全运行。

4.2 经济效益分析

通过对庆哈中一站相变加热炉进行节能改造, 使其燃料油消耗有了大幅度下降, 减少了生产成本支出, 节能改造效果明显。改造前年消耗燃料油1632 t, 改造后年燃料油消耗1 293 t, 年节约燃料油339 t, 节油率20.7%。每吨燃料油按3 500元/t计算, 每年节省生产成本339×0.35=118.65万元。

5 结论

通过改造, 不但发挥了原有相变加热炉的优点, 而且解决了加热炉运行过程中的问题, 并有效地降低了相变加热炉的用能消耗, 为相变加热炉运行中节能降耗提供一种有效途径。

参考文献

[1]苏海鹏.新型相变加热炉的设计及应用[J].石油化工应用, 2010 (12) :93-97.

[2]王亚峰, 张雪岩.相变换热加热炉在油气集输领域的适应性[J].煤气与热力, 2009, 29 (12) :37-39.

加热炉变频节能改造篇9

系统通过燃气热值分析仪和残氧检测分析仪测出煤气热值及烟气中残氧含量, 通过精确计算得出适当的空煤比, 经PLC自动控制调节阀调节空气和煤气进气量, 自动控制加热炉温度, 以达到节能降耗, 实现从装料、加热、出料、轧制整个生产过程全系统工艺状况最优, 获得最大的经济效益。

1 加热炉存在的问题

在生产过程中, 当机时产量、加热钢种、尺寸、坯料入炉温度、待 (停) 轧时间、开轧温度变化时, 人工手动操作严重滞后, 不能及时准确的调整加热策略, 同时受人为因素的影响, 最终会不同程度的造成加热炉温、钢温波动, 加热质量差, 单位燃耗高, 钢坯氧化烧损多, 产品质量稳定性差。

2 系统设计

系统实现功能:系统分两层自动化设计, 即由L1级仪表控制系统和L2级加热炉加热过程智能优化控制系统构成。

2.1 硬件设备配置及网络架构

L2级加热过程智能优化控制系统主要设备。

1) 交换机-DELL Pow e r Conne ct (TM) 6224-24口 (1台) 型号:千兆以太网Layer3交换机。

2) 显示器-DELL[2台]型号:21“LCD, 屏幕比例4∶3。

3) 终端台[1台]型号:1000X800X760m m台面为白钢台内装有隔板设有键盘抽屉前后开门颜色为西门子灰。

4) L2级工程师站-DELL Pow e r Edge T610[1台]规格:2颗4核Intel (R) Xeon (R) E5520, 2.5G/8MCache/333MHZ前端总线;Raid5 (含PERC6iraid卡, 自带255M缓存/并带后备电池保护) ;双千兆网卡/2个集成10/100/1000Mbps自适应千兆网卡, 支持TOE功能;16GB, 667MHZ, ECC, 双内存列, 全缓冲内存;支持热拔插、SDDC, ECC, 内存RAID和内存镜像;300GB (15KRPM) 3.5英寸热插拔SAS硬盘;8XDVD-ROM Drive光驱;集成级别管理控制器和智能平台管理界面 (IPMI) 2.0版软件。

5) L1级操作员站-研华[1台]规格:研华IPC-610

6) 网络机柜-惠普[1台]规格:600X600X1800

2.2 系统软件

加热过程智能优化控制L2级用软件

WINDOWS 2003 SERVER或以上版本, 中文版;

SQLSERVER 2000数据库, 中文版;

2005 Vis ual Studio.NET (中文企业版) 。

DV-FICS300.SERVER (加热过程智能优化控制系统模型)

3 工作内容

3.1 设备新增、改造、利旧内容

1) 1#、2#、3#线, 各新增、安装1个煤气总管气动压力调节阀, 接入气源, 并引入信号至原PLC系统。

2) 1#、2#、3#线, 各新增、安装1个煤气总管调节阀阀后压力检测装置, 并引入信号至PLC系统;

3) 1#、2#、3#线, 各新增、安装1个入炉红外测温, 并引入信号至原PLC系统;

4) 1#、2#、3#线, 各新增、安装1台煤气热值快速检测设备, 并引入信号至原PLC系统;

5) 1#、2#线, 各新增、安装4套, 3#线新增、安装1套烟气残氧检测检测设备, 并引入信号至原PLC系统;

6) 1#、2#、3#线, 各新增PLC 1个AI模块、1个AO模块、1个DO模块、1个DI模块;

7) 1#、2#、3#线, 引入步进梁动作信号至原PLC控制系统;

8) 1#、2#、3#线, 引入轧机电流至原PLC控制系统;

9) 1#、2#、3#线, 引入开轧温度。

原有仪表均利旧, 需重新校对;原有PLC控制系统、L1级工控机利旧。

3.2 加热炉专家控制系统

加热炉智能控制系统分为上位机和下位机两部分。下位机采用德国西门子SIMATIC公司的400系列PLC处理信号输入与输出和控制逻辑;上位机实现全自动控制 (专家控制) 和钢坯位置跟踪、数据统计分析、在炉时间、出炉钢坯信息等查询功能, 上位机使用OPC GE SERVER与下位机通讯。操作人员可通过CRT屏幕、鼠标、键盘对整个生产过程进行监视和控制。

实现功能如下:1) 钢坯在炉位置跟踪功能, 根据轧机二级传来的轧制计划信息, 对钢坯在炉内位置及其工艺工艺参数信息进行在线跟踪。2) 通讯监控, 显示本系统与电气PLC燃烧系统通讯数据以及通讯连接状态。3) 统计分析及查询, 包括:按班按天按小时查询加热炉各段燃耗、产量等生产指标的统计查询功能。4) 专家数据维护, 实现对专家数据库内加热工艺参数的维护和修改。5) 加热炉控制画面, 分别控制加热炉均热段、一加热段和二加热段的专家系统运行、停止以及控制参数的修正设置。6) 数据更新, 在专家数据库中对相关工艺参数进行修改后, 通过数据更新可以使更新后的新数据马上应用到目前加热炉跟踪控制系统中, 保证系统更新后运行的实时准确。7) 数据修正, 修改钢坯的在炉信息, 包括钢坯在炉位置、空步、热装温度、在各段的停留时间等信息。8) 关闭系统, 退出本系统程序运行。

4 结语

采用本系统后, 由于实现了燃烧智能精确控制, 显著的降低了氧化烧损率和煤气消耗量, 预计三条生产线直接经济效益可达600万元/年。此外该系统保证加热过程始终在最佳工艺状态下运行, 投入运行率95%以上, 提高了产量和加热质量。能够反映真实的钢温, 有利于工艺规程制定。可实现低温轧制, 可充分体现热装效率。工艺可控, 有利于新钢种的开发。动态跟踪钢坯加热过程, 降低工人劳动强度。保证了产品工艺特性的稳定。提高了燃烧效率的同时减少了烟气排放总量, 降低碳排放量5~10%。其产生的间接效益不可估量。而且由于节省了煤气消耗和钢材的氧化烧损, 其产生的环境效益也是非常可观的。

摘要：介绍了宣龙公司轧钢加热炉燃烧系统自动化节能升级改造的目的及改造过程, 改造中遇到的问题及解决的过程。以及改造的结果和其产生的环境效益与经济效益。

风机变频改造节能效益分析篇10

泵与风机是把机械能转换为流体压力能和动能的通用流体机械, 在石化、冶金、电厂中使用非常普遍, 例如, 在热电厂中, 泵与风机所消耗的电能几乎占到厂用电的70~80%。提高泵与风机的效率, 合理进行节能技术改造, 是企业节能减排的重要途径。

变速调节技术是泵类和风机普遍采用的一项重要的节能措施, 变频节能改造节能效益和节能量的计算是关系到项目是否具备改造可行性的关键因素。目前, 对变频调速技术节能效果的分析, 多直接运用相似定律, 与实测节能效果存在很大误差。

本文拟分析相似定律的适用范围, 探讨切合实际的节能量计算方法, 最后通过相关改造项目检验其准确性。

2 泵与风机的相似定律

根据流体力学原理, 对同一台泵与风机, 相似工况之间的性能参数关系为:

式中Q为流量;n为转速;H对于泵为扬程, 对于风机为压头;N为功率。

如图1, A1点的流量和扬程己知为QA1和HA1, 任一与A1点相似的工况点参数为Q和H, 则:

显然这是一条过原点的抛物线, 称为相似曲线, 与A1相似的工况全在这条线上。

相似定律的前提是调节前后工况必须相似, 但泵运行时, 大多存在静扬程或背压。此时, 两种转速下的工况点不直接满足相似定律。如图1所示, 管路特性曲线为h=hp+SQ2, 原工况为A1, 对应的转速为n1。转速改变为n2之后, 泵与风机的工况点为E2, 而转速为n2时, 与A1所对应的相似工况为A2, 显然A2≠E2。

该负荷下的节能率通过计算可表示为:

该方法在计算节能量时要知道泵与风机的性能曲线、管路特性曲线, 但这些数据在现场很难得到, 因此, 在实际改造项目中难以采用。

4 基于额定流量和额定功率的计算法

对风机、水泵原采用阀门、挡板进行节流调节, 后采用变频调节, 《泵与风机节能技术》给出了一个节能量计算公式:

式中:PL、Q为水泵、风机采用挡板调节流量时的电机输入功率和流量;Pe为水泵、风机额定功率, k W;Qe为水泵、风机额定流量, m3/s。

当流量的调节范围在 (0.5-1) Qe时, 电机变频调节相比节流调节的节电率k为:

式中ηb为调速机构效率。

将式 (4) 带入式 (5) , 即可得到基于电机功率PL、Pe的变频调速相对于节流调节的节电率计算公式:

5 实例计算

某热电公司一次风机参数为:额定风量265000m³/h, 电机额定功率2400k W, 风门开度30~40%。

5.1 节电量计算

风门开度为30%, 风机运行电流为107A, 电机的功率为: