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永磁调速技术在余热回收系统中的应用及节能分析

文字:[大][中][小] 2017/5/31     浏览次数:    


  永磁调速技术是电动机调速节能技术。文中主要介绍永磁调速技术的原理以及在天津石化炼油部2#常减压装置加热炉余热回收系统鼓、引风机中采用永磁调速技术进行变转速调节,实现永磁调速的方式替代调节烟道挡板的方式,达到节约电能的目的。

  一、引言

  在炼油行业中,风机是耗能大户,其中在常减压装置中,鼓风机和引风机作为加热炉余热回收系统中强制通风的动力设备,长期工作在额定转速下,消耗大量的电能。采用永磁调速技术,进行变转速调节,具有较大的节能空间和很好的经济效益。

  二、永磁调速技术探究

  1.永磁调速的工作原理

  永磁调速器的结构组成包括:永磁体,铜导体等。

  永磁调速的工作原理和电动机的工作原理是相同的,导体盘相当于电动机转子;磁体盘相当于电动机定子。当定子通入对称电压时,在空间产生逆时针的旋转磁场,转子在旋转磁场作用下,产生感应电动势或电流,形成转子磁场。两种磁场相互作用,产生电磁转矩。当两者有相对运动,旋转的磁体盘提供旋转磁场,导体盘在旋转磁场作用下,产生感应涡电流,进而在铜导体上产生感应磁场,导体盘感应磁场与磁体盘永久磁铁磁场相互作用,而产生扭距。越靠近时磁力线密度越密集,产生效应越强,扭距越大(间隙越小,扭矩越大);相对运动越快,效应越强,产生扭距越大(转差越大,扭距越大);相对运动越大,两者感应同极磁场越强,产生互相排斥的力量 (磁悬浮效应)。

  2.永磁调速的节能原理

  我们将永磁调速器替代电机和风机之间的联轴器,安装在电机转轴的输出端和风机的动力输入端之间,通过改变永磁调速器上的磁体间隙来改变风机的转速,实现对风机流量的连续控制。由于风机的功率与转速的3次方成正比,因此,在电动机转速不变的情况下,调节风机的转速下降时,其输出的流量成比例的减少,电动机的功率急剧下降,减少了能源的需求,从而大量节约电能。

  三、永磁调速技术应用

  1.加热炉余热回收系统存在的问题

  天津石化炼油部2#常减压装置的余热回收系统采用鼓、引风机强制通风,如图1示,整个流程为:空气通过鼓风机,经过空气预热器送至加热炉,加热炉的烟气通过引风机,经过空气预热器抽出送至烟囱排出。高温烟气与低温空气在空气预热器里进行热交换。鼓风机和引风机长期工作在额定转速下,当加热炉系统操作需要调节时,就依靠调节挡板来达到目的。由于采用挡板调节,大部分的能量都是消耗在挡板上了,且挡板的开度越小则耗能就更多。鼓风机和引风机的实际运行效率并不高。其主要原因之一是风机的调速性能差,其二是运行点偏离风机的最高效率点。因为在设计的过程中,很难准确地计算出现场操作实际用风量的多少,并考虑到长期运行过程中可能发生的各种问题,通常总是把系统的最大风量和风压作为选择风机型号的设计值。而风机的型号和系列是有限的,往往选不到合适的型号时,就往大型号上靠,所以采用风门调节风量的风机,损失不可避免。系统长时间运行,不仅造成大量的能量损失,还容易导致设备损坏。

  2.选择永磁调速的理由

  针对现场情况,采用永磁调速技术进行变速调节,其效率最高,因为风量随转速的一次方下降,而其轴功率则按转速的三次方规律下降,因此通过永磁调速方式调节替代挡板调节方式可以节省大量电能。

  3.永磁调速改造方案

  根据实际情况,天津石化公司炼油部2#常减压装置对加热炉余热回收系统鼓风机、引风机进行永磁调速改造。改造的工程量很小,鼓风机、引风机仅电机及基础后移0.5米,在风机和高压电机间加装永磁调速系统及执行器,电动机使用原高压电缆,将电缆沟中有余量的高压电缆向电动机方向提升0.5米。中控室增加电动执行器DCS操作画面。

  4.改造过程中注意事项

  改造过程中,在原来电动机和风机中间加装了永磁调速系统,永磁调速系统占用长度大约0.5米左右,由于风机不能移动,只能移动电动机,这就要求电动机的基础重新施工,保证电动机的稳定。由于电动机的后移,还要考虑到电机电缆的长度,确保满足要求。

  四、改造后的效果

  1.节能效果分析

  改造后,烟道挡板全部打开,通过永磁调速系统调整鼓风机和引风机的转速来满足炉内氧含量及负压的需求,节约了电能。表1为改造前与改造后鼓风机、引风机的现场实测电流。

  2.设备运行效果分析

  由于电机低负荷运行,发热量减少,减缓了绝缘老化速度。风机工作转速的降低,减轻了风机叶轮的气蚀,减轻了风机段轴承的机械磨损。同时,由于电动机及风机之间没有硬性的联轴器连接,振动大为降低,电动机零负载启动,使启动时的电流和振动大大降低,减少了对设备的冲击,从而可以提高整个系统的设备寿命和可靠性。

  五、结束语

  永磁调速技术是一种先进的电动机调速、节能技术,具有节能效果显着、结构简单、维护成本低、使用寿命长等优点。天津石化炼油部2#常减压装置余热回收系统鼓、引风机永磁调速节能改造后,运行情况很好,一年来没有发生任何缺陷或故障。余热回收系统鼓、引风机永磁调速节能改造能保证加热炉处于良好的运行状态,又能获得较好的节能效果,且对原系统改造的工作量不大,占地面积小,能够长期安全使用。该技术为电动机的调速节能提供了一种新的选择,值得在石化企业及其他行业推广。

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