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永磁調速技術在余熱回收系統中的應用及節能分析

文字:[大][中][小] 2017/5/31     瀏覽次數:    


  永磁調速技術是電動機調速節能技術。文中主要介紹永磁調速技術的原理以及在天津石化煉油部2#常減壓裝置加熱爐余熱回收系統鼓、引風機中采用永磁調速技術進行變轉速調節,實現永磁調速的方式替代調節煙道擋板的方式,達到節約電能的目的。

  一、引言

  在煉油行業中,風機是耗能大戶,其中在常減壓裝置中,鼓風機和引風機作為加熱爐余熱回收系統中強制通風的動力設備,長期工作在額定轉速下,消耗大量的電能。采用永磁調速技術,進行變轉速調節,具有較大的節能空間和很好的經濟效益。

  二、永磁調速技術探究

  1.永磁調速的工作原理

  永磁調速器的結構組成包括:永磁體,銅導體等。

  永磁調速的工作原理和電動機的工作原理是相同的,導體盤相當于電動機轉子;磁體盤相當于電動機定子。當定子通入對稱電壓時,在空間產生逆時針的旋轉磁場,轉子在旋轉磁場作用下,產生感應電動勢或電流,形成轉子磁場。兩種磁場相互作用,產生電磁轉矩。當兩者有相對運動,旋轉的磁體盤提供旋轉磁場,導體盤在旋轉磁場作用下,產生感應渦電流,進而在銅導體上產生感應磁場,導體盤感應磁場與磁體盤永久磁鐵磁場相互作用,而產生扭距。越靠近時磁力線密度越密集,產生效應越強,扭距越大(間隙越小,扭矩越大);相對運動越快,效應越強,產生扭距越大(轉差越大,扭距越大);相對運動越大,兩者感應同極磁場越強,產生互相排斥的力量 (磁懸浮效應)。

  2.永磁調速的節能原理

  我們將永磁調速器替代電機和風機之間的聯軸器,安裝在電機轉軸的輸出端和風機的動力輸入端之間,通過改變永磁調速器上的磁體間隙來改變風機的轉速,實現對風機流量的連續控制。由于風機的功率與轉速的3次方成正比,因此,在電動機轉速不變的情況下,調節風機的轉速下降時,其輸出的流量成比例的減少,電動機的功率急劇下降,減少了能源的需求,從而大量節約電能。

  三、永磁調速技術應用

  1.加熱爐余熱回收系統存在的問題

  天津石化煉油部2#常減壓裝置的余熱回收系統采用鼓、引風機強制通風,如圖1示,整個流程為:空氣通過鼓風機,經過空氣預熱器送至加熱爐,加熱爐的煙氣通過引風機,經過空氣預熱器抽出送至煙囪排出。高溫煙氣與低溫空氣在空氣預熱器里進行熱交換。鼓風機和引風機長期工作在額定轉速下,當加熱爐系統操作需要調節時,就依靠調節擋板來達到目的。由于采用擋板調節,大部分的能量都是消耗在擋板上了,且擋板的開度越小則耗能就更多。鼓風機和引風機的實際運行效率并不高。其主要原因之一是風機的調速性能差,其二是運行點偏離風機的最高效率點。因為在設計的過程中,很難準確地計算出現場操作實際用風量的多少,并考慮到長期運行過程中可能發生的各種問題,通常總是把系統的最大風量和風壓作為選擇風機型號的設計值。而風機的型號和系列是有限的,往往選不到合適的型號時,就往大型號上靠,所以采用風門調節風量的風機,損失不可避免。系統長時間運行,不僅造成大量的能量損失,還容易導致設備損壞。

  2.選擇永磁調速的理由

  針對現場情況,采用永磁調速技術進行變速調節,其效率最高,因為風量隨轉速的一次方下降,而其軸功率則按轉速的三次方規律下降,因此通過永磁調速方式調節替代擋板調節方式可以節省大量電能。

  3.永磁調速改造方案

  根據實際情況,天津石化公司煉油部2#常減壓裝置對加熱爐余熱回收系統鼓風機、引風機進行永磁調速改造。改造的工程量很小,鼓風機、引風機僅電機及基礎后移0.5米,在風機和高壓電機間加裝永磁調速系統及執行器,電動機使用原高壓電纜,將電纜溝中有余量的高壓電纜向電動機方向提升0.5米。中控室增加電動執行器DCS操作畫面。

  4.改造過程中注意事項

  改造過程中,在原來電動機和風機中間加裝了永磁調速系統,永磁調速系統占用長度大約0.5米左右,由于風機不能移動,只能移動電動機,這就要求電動機的基礎重新施工,保證電動機的穩定。由于電動機的后移,還要考慮到電機電纜的長度,確保滿足要求。

  四、改造后的效果

  1.節能效果分析

  改造后,煙道擋板全部打開,通過永磁調速系統調整鼓風機和引風機的轉速來滿足爐內氧含量及負壓的需求,節約了電能。表1為改造前與改造后鼓風機、引風機的現場實測電流。

  2.設備運行效果分析

  由于電機低負荷運行,發熱量減少,減緩了絕緣老化速度。風機工作轉速的降低,減輕了風機葉輪的氣蝕,減輕了風機段軸承的機械磨損。同時,由于電動機及風機之間沒有硬性的聯軸器連接,振動大為降低,電動機零負載啟動,使啟動時的電流和振動大大降低,減少了對設備的沖擊,從而可以提高整個系統的設備壽命和可靠性。

  五、結束語

  永磁調速技術是一種先進的電動機調速、節能技術,具有節能效果顯著、結構簡單、維護成本低、使用壽命長等優點。天津石化煉油部2#常減壓裝置余熱回收系統鼓、引風機永磁調速節能改造后,運行情況很好,一年來沒有發生任何缺陷或故障。余熱回收系統鼓、引風機永磁調速節能改造能保證加熱爐處于良好的運行狀態,又能獲得較好的節能效果,且對原系統改造的工作量不大,占地面積小,能夠長期安全使用。該技術為電動機的調速節能提供了一種新的選擇,值得在石化企業及其他行業推廣。

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