工厂综合节能技术及案例分析

工厂综合节能技术及案例分析我国能源形势趋向紧张，能源短缺给以能耗大闻名的制造业带来巨大的冲击。制造型企业走节能之路是大势所趋。企业有20%以上的节能潜力，由于缺乏节能改造资金和节能咨询服务，沉重的能耗费用使企业的成本大大提高，不但使电力供应紧张，同时污染了我们的生存环境。企业通过一些综合节能技术改造，证实在改造过程中不影响正常生产工作，不仅改善了人们的工作照明环境，同时延长了机器设备的寿命，减少了机器的维护工作量。下面介绍的节能技术投资回收期不超过两年，节电率可达到20%～40%。一、照明节能1、产品和技术目前市场上的照明节电产品主要分为两种：传统的发光效率低的光源（如：T8荧光灯、白炽灯、石英灯等）。发光效率更高的光源（如：T5荧光灯、紧凑型荧光灯、冷阴极灯或发光二极管）一般企业照明节能空间约25%，其原因有两个：一是光源发光效率低，二是电压过高导致灯超过额定功率，在有空调的房间，灯的功率减少其空调的负荷随之减少，通常为4∶1。目前绝大多数企业线光源基本上都是用T8荧光灯+电感镇流器，电光源使用的是自镇流汞灯、白炽灯泡，这些光源发光效率低、能耗大而且光色质量不高。2、效用分析使用高效发光光源代替原有的低效光源，在节电的同时提高照度、显色度，改善照明环境，从而给人们提供一个舒适、稳定的照明环境，既提高了工作效率亦保护了人体健康。用T5型（荧光灯+镇流器）替换T8型（荧光灯+电感镇流器），节电率达到30%以上，如T8型36W一套（灯管+镇流器）的功率44W=36W+8W，用T5荧光灯代替只需32W=28W+4W，节电率达到25%，且照度提高15%。用大功率紧凑型荧光灯替换自镇流汞灯，在保持原有照度的前提下节电率达到50%，如用大功率85W（镇流器+灯管为95W）替换自镇流汞灯250W，节电率为62%。其照度提高10～30%，颜色还原度提高60%，同时大大降低了频闪，改善了照明环境，提高了工作效率。在电压经常超过220V的地方，应加装照明节电器，一来可以节电，二来可以延长照明器具的使用寿命。二、动力系统节能㈠、电机节能在中国，有近10亿台交流电机在使用之中。60%的工业电机消耗了约70%的电网电能，电机的耗能在电力工业中占主足轻重的地位。电机在额定负载状态下，其机电转换效率可达95%，但当电机在轻载状态下运行时，其机电转换效率可低至20%。美国国家电力研究所（EPRI）的研究表明：60%的交流电动机是在其设计额定负荷的55%或更低状态下运行。在此状态下，电机消耗的电能中有相当部分是以发热、铁损、噪音与振动等形式浪费掉。造成轻载运行电机效率很低的主要原因是电机偏离最佳效率的额定功率运行，且无论电机负载怎么变化，电机与电网之间的电压和频率不可调节的硬性供电方式所致。针对上述问题，目前，电机主要通过两类技术实现节能。1、电机变频器节能在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的节能效果最好，调速范围大，稳定性好，运行效率高。变频器常适用于电动机调速、负载功率变化的场合，如注塑机、各类泵（风机、空压机等）、电机拖动系统、桥式起重机。一般开环控制的电动机由于不能感知外部负载的变化只能以恒功率的方式运行，存在能源浪费。而由变频器拖动的电机，可实现闭环控制，由传感器感知外部负荷和速度的变化，然后交计算机处理，通过计算机控制变频器来调节电动机的转速和功率输出，始终以优化的方式来控制电动机的功率输入，从而达到节能的目的。变频器的节电率一般可达到23%～40%，同时可延长电机寿命2～4倍以上。这里我们以注塑机类负载为实例，介绍一下变频器节能。注塑机油泵的特性分析与变频节能原理：油泵是注塑机工作的动力来源，通过变频器对油泵流量进行控制而实现有效的节能，这是变频器的一种应用。注塑机在生产运行时，其液压系统在各个工序阶段要求的压力、流量是不同的，但是油泵电机始终定速运行，其输出流量始终不变，大量能量以压力差的形式浪费在阀门上。采用变频调速控制技术后，节能器可根据注塑机当前的实际工作状态，控制油泵电机的转速来调节油泵的输出流量，使油泵实际供油量与注塑机实际负载流量在工作阶段能保持一致，保证电机在整个变化的负荷范围内的能量消耗达到所需的最小程度，通过变频消除了溢流现象，并确保电机平稳、精确地运行。采用变频技术改造后，节能效果十分显著，一般可达25%～60%。注塑机采用变频节能技术后，具有以下优点：⑴、高节电率：采用先进的微电脑控制技术，使定量泵变为节能型变量泵；注塑机液压系统与整机运行所需功率匹配,无高压节流溢流能量损失；节电率高达25%～60%；改善功率因数：改造前功率因数一般为0.6～0.8，改造后可达0.96以上，故能显著提高电网功率因数，降低无功电流，从而降低线路损耗。对供电设备而言，则起到了增容的作用。⑵、高可靠性：保留注塑机原有控制方式及油路不变；计算机监控，发现故障及时报警，具有过压、过流、过载、过热、欠压及对地短路等多种保护，还可有效地保护油泵电机；采用市电/节能运行控制方式，以备故障时不影响生产。⑶、软起动：减轻开锁模震动，延长设备和模具的使用寿命；减轻噪音,改善工作环境；系统发热明显减少，油温稳定，注塑机冷却用水量可节省30%以上；延长密封组件的使用寿命,降低停机维修机会,节省大量维护费用。⑷、操作简易：与注塑机同步运行,无须任何调节。注塑机采用变频节能技术后，应该注意的一些问题：目前市场上各种注塑机变频节能器种类繁多，技术含量和产品质量参差不齐，因此在现场改造中出现了一些具体问题，有的是属于采用变频调速技术后的正常现象，而有的则是属于产品或应用中应该克服的缺点：（1）电机声音较市电时尖锐节能器驱动注塑机油泵电机是采用变频技术，由于变频器输出电压是由无数脉冲组成，存在着高次谐波，故电机运行转速不同时会发出不同响度且稍尖锐的声音，这是正常现象，并可以通过调整变频载波频率来降低尖啸声。（2）电机温度略高于市电运行时的温度由于输出谐波的存在，谐波通过电机绕组也要产生一部分热量，因此，电机在变频节电运行时的温度要稍高于市电运行时的温度；同时，在中低速运转阶段，电机冷却风扇转速下降，散热能力降低，温升可能上升5～8℃左右。由于普通油泵电机绝缘等级均在B级或F级以上，故电机温升仍在允许的范围内，不会影响电机的使用和寿命。（3）对注塑机的正常运行产生干扰变频装置产生的谐波对注塑机的一些控制回路会有一定干扰，影响注塑机的正常动作，特别是一些制造工艺粗糙﹑谐波含量大的的变频器用在工艺不稳定的注塑机表现的更明显，这就需要我们在现场采取一些对策解决干扰问题。干扰源主要有下面两个方面：(1)高次谐波通过导线产生的无线电干扰对这类干扰可以通过在变频装置的输入或输出侧加装抑制无线电干扰的设备加以解决，例如磁环或滤波器等；(2)输入谐波通过电源耦合到其他用电设备形成干扰对这类干扰可以在变频装置的输入侧加装滤波器解决，或者安装进线侧交流电抗器也有一定效果；另外，同一电源下的其他设备最好能做到隔离供电。（4）影响注塑生产的效率变频节能器在控制油泵电机速度的过程中存在着一定的加减速时间，相比原来的电磁阀开通速度有一定的滞后，导致单位加工周期延长，生产效率受到一定影响，如果变频节能器能够采用流量和压力两路信号控制，同时根据情况修改部分注塑机参数，就能够较好地解决这个问题。2、电机相控器节能相控器节能。在电机与电网之间加上一能量管理控制器，通过实时检测电机运行的电压和电流及其相位角的大小，判断电机所处运行负荷和效率状态；当电机在低效率轻载状态下运行时，通过优化运算决策实时调节加于电机的电压和电流的大小，以调整对电机的功率的输入，保证电机的输出转矩与负荷需求精确匹配，实现“所供即所需”的柔性化能量管理模式，（达到软启动和节能效果。）不仅可以节省部分励磁损耗和负载损耗，提高功率因数，改善电机运行状态和电网运行品质，而且具有软启动功能，是一种不同于变频器的电机节能产品。这种电机的输入功率和电压能自动跟随电机负载的动态变化的模式，是一种柔性化电力能量管理新模式，也就是相控技术设计理念的精髓。应用对象：适用于经常处于轻载或变负载运行且不需要或不能调速的交流电机软启动及节电控制，如冲压机、电动衣车、啤机、皮带传送机、空气压缩机等。冲压机的电机选型是参照冲压时的最大负荷来设计的，并留有一定的富余空间，而冲床其加工过程具有周期性，向上提升冲头时需要能量，处于电动过程；而向下冲压工件时是势能转化为动能的阶段，是处于能量释放过程。实际运行状况决定了冲床长时间轻载和空载的低效率运行状态。啤机、衣车用离合器控制带动机器工作，当机器停止加工时离合器跟电机分离，电机空转，待工人把工料准备就绪以后踩动离合器使其电机连动的飞轮咬合带动机器运转。工人备料的时间占整个生产周期很长的一部分，而这部分时间里，电机一直处于空转状态，造成机器的低效率运行。对于这类间歇性（冲击）负载，可采用在电机安装相位控制节电器，通过相位控制器实时监测电机负荷的变化情况，应用最优化原理，动态调整电机的运行电压和电流，使其与负载匹配，从而有效提高电机在低负荷下的用电效率，达到节能的目的。适用场所：负载变化较大且不允许速度变化的设备。与传统变频控制器相比，相控控制器不影响电机的速度，转矩的动态响应，因而具有下列特点：*不改变电机速度，避免了采用变频器调低速度而导致生产效率下降的弊端；*不需要整流和逆变，可大大降低高次谐波对电网的污染，减少电机的谐波损耗与噪音；*不需要改变电机原有控制线路，安装接线简单，且能自动跟踪最佳节能状态；*成本更低，运行更可靠。功能特性：适用各种处于轻负载运行交流电机,综合节能电率达15%～40%,并大幅度降低无功损耗。软启动：有效降低电机启动时的冲击电流；改善运行：可有效降低电机运行噪音、振动和发热、减少电机维护量,延长电机使用寿命的2～4倍。。优化特性：不改变电机运行特性和转矩特性,不改变电机转速；一旦设定,自动跟随控制,不需人为调节。安装方便：不改变电机原有控制线路,直接串接于电机供电输入端。使用环境：全静态固体部件,箱体整机密封、防雨、防尘、静态散热。3、电动机无功功率的就地补偿电动机无功功率就地补偿技术是国家推广的一项节电项目，对于持续运行而又没有频繁启动的电机来说，它是一种经济、简单、高效、可靠的无功补偿方法。（1）就地补偿可减少线路功耗：输电线路的有功功率损耗为：ΔP=3I2R=3P2R／U2cos2α若采取集中补偿，只能减小外部线路的线损，而内部线路的功耗得不到补偿；（2）减少线路电流，可减少导线截面积10-30%通过就地增加无功补偿装置，可以使线路运行电流下降约40%，所以无须更换原有的电缆及开关柜的元器件；（3）改善用电质量，能提高电动机的端电压2-4%；（4）降低变压器和线路的视在功率，实际可提高变压器容量20%~35%；（5）因为补偿电容器随电动机投切，只要补偿的电容器容量配置适当，不存在无功过补偿，有较为理想的补偿效果。电动机无功功率就地补偿装置主要的应用范围为单向旋转的负载,如水泵、风机、压风机、球磨机等,不适用于双向旋转的设备,也不适用于频繁点动的设备。电动机采用无功功率就地补偿技术具有很多优点,可以节约有功电量8%～15%,节约无功功率50%～80%;还能够减少线路输送电流15%～30%，节约线路损耗和变压器损耗。㈡低压配电网的无功优化补偿无功补偿作为保持电力系统无功功率平衡、降低网损、提高供电质量的一种重要措施，已被广泛应用于各电压等级电网中。合理选择无功补偿，能够有效地维持系统的电压水平，提高电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，减少电力损失，提高设备利用率。实践表明，在配电网线损中，低压网的线损占了近70％，是10kV线路线损及配变变损总和的两倍多。以广州西区某台630kVA农网变压器低压侧的左、右两侧的380V电网为算例，运用程序进行计算。低压网分别由185mm2、95mm2、50mm2、25mm2、16mm2等5种规格的铜导线构成，平均负荷率80％，平均功率因数0．7，经简化后，左侧线路节点个数33个，主干线和最长的支线长度共680m；右侧线