水泵电机变频技能改造方案

方案编号： OJNY-G1-002
XX矿业有限公司
水泵电机变频技能改造方案
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XX能源科技有限公司
二〇一二年六月二十八日
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1 总论 (4)
1.1项目由来 ............................................................................. 错误!未定义书签。

1.1项目概括 (4)
1.2项目主要经济技术指标 (4)
2 项目承办单位概括 (6)
2.1湖南博隆矿业开发有限公司概括 (6)
2.2公司用能概括 (6)
3 变频节电技术改造实施方案 (7)
3.1项目工作目标 (7)
3.2变频节电技术改造方案 (7)
3.3改造后设备运行特性 (10)
4节能 (11)
4.1计算依据 (11)
4.2项目概括 (11)
4.3改造前电机耗能情况 (11)
4.4改造后水泵电机消耗状况及节电量计算 (12)
5工程实施进度 (17)
5.1工程项目实施条件 (17)
5.2施工进度控制 (17)
6投资估算 (18)
7节电经济效益分析与财务评价 (19)
8结论与建议 (20)
附表一 (21)
1 总论
1.1项目概括
1.1.1建设项目名称、性质及建设地点
建设项目名称：浏阳七宝乡湖南博隆矿业开发有限公司水泵及破碎机变频节电技术改造项目；
建设单位：浏阳七宝山湖南博隆矿业开发有限公司；
法人代表：；
项目性质：技改项目；
建设地点：浏阳七宝山湖南博隆矿业开发有限公司水泵房及选矿厂。

1.2项目主要经济技术指标
表1-1 项目主要经济技术指标
2 项目承办单位概括
2.1湖南博隆矿业开发有限公司概括
浏阳七宝山湖南博隆矿业开发有限公司是由博隆公司和七宝山乡政府合作成立的隶属于长沙市的未改制的国有企业。

主要采用地表选矿、地下采矿的采选一体的生产方式。

目前生产规模为粗矿25万吨/年，精矿10万吨/年，年产值约2亿元，年税收达到3000多万元。

主要产品有铜、铁、铅、锌、磷精矿，副产品有金银等贵重金属。

2.2公司用能概括
博隆矿业有限公司的主要用能设备有球磨机、破碎机、浮选机、水泵以及其他用电设备，主要消耗的能源为电能。

2.2.1电源
现有用电量约为1400万度/a，由浏阳市供电局供电统一供电。

2.2.2水源
公司采用自备的地下水抽取系统，废水经过处理后循环使用，耗费量基本不计。

3 变频节电技术改造实施方案
3.1项目工作目标
博隆矿业开发有限公司选矿厂现有水泵破碎机等电机设备共114台，装机容量2681kW。

大部分设备都处于满负荷运行状态不需要进行变频节能改造。

拟改造装机容量868kW,其中颚式破碎机75kW的2台、30kW的1台、37kW的1台；中型圆锥破碎机110kW 的1台、离心泵30kW的2台、渣浆泵55kW的2台、75kW的2台、胶泵18.5kW的4台、55kW的2台、立式渣浆泵18.5kW的2台。

3.2变频节电技术改造方案
3.2.1改造方案简述
改造前电机的流量的调节均通过手动进行调节，这样势必造成能
量损失，在实际运行中浪费大量能源，造成能耗偏高。

改造方案通过选购适当容量的变频器，配装在破碎机与泵拖动电机前，用来调节各时段对应的电动机转速来满足不同的生产要求，从而达到节能效果。

为了保证水泵风机等设备运行的可靠性，在配置拖动电机时，都留有一定的富余量。

由于水泵电机拖动设备为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，节能效果非常明显。

破碎机是恒功率负载，具有周期波动性，节电率与波动大小有关，加装变频后，提高了破碎机的生产率、提高了设备自动化的程度、延长了设备正常工作的时间，而当设备采用闭环控制时，相对节电率大些。

3.2.2变频节电技术原理
从流体力学的原理得知，使用感应电动机驱动的水泵负载、轴功率P 与流量Q ，扬程H 的关系为；H Q P ⨯∝。

当电动机的转速由1n 变化到2n 时，Q 、P 、H 与转速的关系如下：
1212//n n Q Q = ，21212)/(/n n H H =，31212)/(/n n P P =
由以上三个关系式可以看出，Q 和电机的转速n 成正比，而所需的轴功率与转速的立方成正比。

变频器通过调节水泵电机的频率，进而调节水泵电机的转速，例如当需要80%的额定流量时，通过调节电机的转速至额定转速的80%，即调节频率到40HZ 即可，此时
所需功率仅为原来的51.2%。

考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗，通过实践统计，电机通过调速控制科节能20%-50%，有些电机负载节能比例达60%以上。

3.2.3变频调速主要技术特点
（1）动态调整
迅速适应负载变动，供给最大效率电压。

变频器在软件上设有5000次/秒的测控输出功能，始终保持电机的输出高效率进行。

（2）通过变频自身的V/F功能节能
在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节V/F曲线。

减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态
（3）变频自带软启动
在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从电网吸收5-7倍的电机额定电流，而大的启动电流既浪费电力，而且对电网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。

采用软启动后，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电能，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。

（4）提高功率因子
电动机通过电磁作用而产生力矩。

绕组由于其感抗作用。

对电网而言，阻抗特性呈感性，电机在运行时吸收大量的无功功率，造成功
率因子很低。

采用变频调速后，由于其性能已变为：AC-DC-AC，在整流滤波后，负载特性发生了变化。

变频器对电网的阻抗特性呈阳性，功率因子提高，减少了无功损失。

3.3改造后设备运行特性
本项目改造实施后，水泵和电机启动时可以实现软启动，使电机起动转速平缓上升，可避免启动电流过大对电网的冲击，在实现了软启动的同时也提高了系统的可靠性。

采用变频器控制电机的转速，取代挡板和阀门调节，减少了截流损失，延长了设备维护周期和设备的使用寿命，有利于改善水泵和电机的动力学流动特性，经过改造后的水泵具有可控性增强、设备运行稳定、节能效果显著的优点。

4节能
4.1计算依据
《企业技能量计算方法》GB/T 13234-91
节电技术经济效益计算与评价方法GB/T 13471-2008
企业提供的相关基础资料
4.2项目概括
本项目为电机变频节电技术改造项目，经现场调研，拟对其中19台电机进行变频节电技术改造，总装机容量868kW。

4.3改造前电机耗能情况
改造前，通过拟进行变频节电技术改造的6台电机的实际运行进行测试，计算可得，改造前19台电机年耗电472.3万kWh，详见表4-1《改造前水泵、电机电能消耗情况表》
表4-1 改造前水泵、电机电能消耗情况表
4.4改造后水泵电机消耗状况及节电量计算
4.4.1改造后水泵、破碎机耗能状况
本项目拟对的17台电机设备进行变频节电技术改造，其中颚式破碎机4台、中型圆锥破碎机1台、离心泵2台、渣泵机4台、胶泵6台。

改造前的年耗费量以实际测量数据和企业提供的基础资料为准，依据变频改造的技术原理，可以估算出安装变频装置后，拟改电机、水泵的年耗电量。

改造前后电机电力消耗状况及节电量详见表4-2《改造前后电机电力消耗状况及节电量表》。

表4-2 改造前后电机电力消耗状况及节电量表
从上表可以看出，改造后，实施变频节电技术改造的水泵、破碎电机共19台，年耗电量268.9kWh，年节电量为203.4kWh，节电率为43%。

4.4.2水泵节电计算
一、风机、水泵类节能计算
假设电动机的效率＝98%
压变频器的效率=97%
（含变压器）
额定流量时的水泵电机
轴功力：504kW
风机水泵特性：H=H0-(H0-1)*Q2 图4-1
（H－扬程、Q－流量、H0－流量为0 时的扬程）
水泵、风机电机特性：流量量Q为0时，扬程H为1.4p.u(标准值，以额定值为基准)；
设曲线特性为H=1.4-0.4Q2
水泵、风机轴功率P：P= KpQH/ηb
（P－轴功率、Q－流量、H－压力、ηb－风机水泵效率）年运行时间为：7200小时
水泵、风机的运行模式为：流量100%，年运行时间的20%
流量70%，年运行时间的50%
流量50%，年运行时间的30% 1）变阀调节控制流量时
假设P100为100%流量的功耗，P70为70%流量的功耗，P50为50%流量的功耗
P100=541÷0.98 = 552kW
P70=541⨯0.7⨯(1.4-0.4⨯0.72)÷0.98 = 429.7kW
P50=541⨯0.5⨯(1.4-0.4⨯0.52)÷0.98 = 329kW
年耗电量为：552⨯7200⨯0.2 +429.7⨯7200⨯0.5 +329 ⨯7200⨯0.3 = 3052440KWh
假设电费以1元/kWh计算，年耗电成本为:3052440⨯1= 3052440元
2）变频调节控制流量时
假设P100为100%流量的功耗，P70为70%流量的功耗，P50为50%流量的功耗
P100 = 541÷0.98÷0.97 = 569kW
P70 = 541⨯0.7⨯0.7⨯0.7÷0.98÷0.97 = 195.2kW
P50 = 541⨯0.5⨯0.5⨯0.5÷0.98÷0.97 = 71.1kW
年耗电量为：569⨯7200⨯0.2 + 195.2⨯7200⨯0.5 +71.1⨯7200⨯0.3=1675656KWh
假设电费以1元/kWh 计算，年耗电成本为1675656⨯1=1675656 元
1年所节省的电费：3052440 - 1675656 = 1376784 元
节电率为1376784÷3052440 = 45.1%
4.4.3破碎机节能计算
假设电动机的效率＝98%
压变频器的效率=97%（含变压器）
破碎机总功率327kW
假设P100为100%负载的功耗，P70为70%负载的功耗，P50为50%负载的功耗
P100=327÷0.98 = 333.7kW
P70=327⨯0.7÷0.98 = 233.6kW
P50=327⨯0.5÷0.98 = 166.8kW
年耗电量为：327⨯7200⨯0.2 + 233.6⨯7200⨯0.5 +166.8⨯7200⨯0.3 = 1672128KWh
1）变频调节控制负载时
假设P100为100%负载的功耗，P70为70%负载的功耗，P50为50%负载的功耗
P100 = 327÷0.98÷0.97 = 344kW
P70 = 327⨯0.7⨯0.7⨯0.7÷0.98÷0.97 = 118kW
P50 = 327⨯0.5⨯0.5⨯0.5÷0.98÷0.97 = 43kW
年耗电量为：344⨯7200⨯0.2 + 118 ⨯7200⨯0.5 +43⨯7200⨯0.3=1013040KWh
假设电费以1元/kWh 计算，年耗电成本为1013040⨯1=1560960元
1年所节省的电费1672128 - 1013040 = 659088元
节电率为659088÷1672128 =39.4%
总节电率为（1376784 + 659088）÷（3052440 + 1672128）= 43.1%
5工程实施进度
5.1工程项目实施条件
本项目为改造工程，建造的设备均在已建成的厂房内施工，场地、水和电施工条件均具备，厂址位置交通方便，安装所需材料运输方便，可利用场地能够满足现场施工需要。

需要注意的就是安排好设备改造和生产的关系，保证安全。

5.2施工进度控制
6投资估算
7节电经济效益分析与财务评价
8结论与建议
附表一。