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【关键词】减速节能电机;机采系统效率;应用
1、现状及存在主要问题:
中原油田采油三厂目前有抽油机井687口左右。机采系统年耗电量1.3亿kWh,占我厂总耗电量的50%以上。目前机采系统拖动装置存在问题较多,主要有如下两点:
(1)电机老化严重。我厂机采系统电机以6级、8级电机为主,少许为12级电机。目前在用最早的电机为1985年投用,大多数电机经过多次修理,我厂维修大队平均每年电机修理290台次左右。全厂抽油机电机有431台修理达3次以上,50%以上电机修理修理次数在4次以上,部分电机为1995年―1998年投产电机修理次数达8、9次之多。因电机老化,电机空载电流达损耗达2.5KW,已经没有什么修理价值。我厂机采系统电机多年没有更新,仅利用新井配套引进些普通电机,这些电机非节能型电机,效率不高。
(2)低产低能井多,电机冲次偏高。目前油田处于开发后期,截至2011年11月份统计,我厂低产液抽油机井较多我厂单井产液量≤10吨的363口,占总开井口数的51.9%(其中单井日产液量≤5吨的136口,5-10吨的227口,分别占总开井口数的19.5%、32.5%)。低产液井比例大、泵充满系数低,老式电机不能满足低产液井对低冲次的要求,影响机采系统效率的提升。
2、项目目的及技术经济指标:
试验及应用SRM开关磁阻、小容量减速节能电动机、双功低速等新型节能电机,提高机采系统效率,节电降耗。节电率达15-25%。
3、现场试验及实际应用概况:
2011年我厂共试验及推广应用节能电机4种18台,共计投入:89万元。其中SRM开关磁阻智能调速电动机2台、小容量减速节能电动机8台、游梁式抽油机专用节能配套电机2台、双功低速YCHD280L-1.5/18.5/37kW-1140V电机6台。平均冲次下降1.5次,节电效果20%左右。
主要电机具体使用情况及数据如下:
3.1SRM开关磁阻智能调速电动机:卫一采油区在WC18-6#、WC18-9#两口抽油机井进行了智能调速电动机调速系统节能试验(SRM-280电动机),通过跟踪调试,目前更换该装置的2口油井运行正常,节电效果明显。
现场试验有功电量日耗电量读数统计对比表:
安装井号 安装前后冲次变化 安装前日用电量(kWh) 安装后日用电量(kWh) 日节电量(kWh)
WC18-6# 未变化 291 212 -79
WC18-9# 未变化 268 182 -86
3.2小容量减速节能电动机:该电机适用于低产液井,环境适应性强、耐用性强、性价比高。装机容量小、输出扭矩大、转速低;齿轮传动效率高、功损小,运行效率高;采用负荷封油技术,齿轮油不渗不漏;低转速时无滑差、抽油机运行平稳;调冲次方便,电机容量小安装、维护、保养方便。综合节电率大于25%。
现场试验有功电量日耗电量读数统计对比表:
井号 安装前后冲次变化 安装前上/下行电流(A) 安装后上/下行电流(A) 电流下降比例
WCP2 2.7/1.7 8/9 6/7 22%
WC10-26 2/1.8 50/45 22/20 56%
3.3游梁式抽油机专用节能配套电机
游梁式抽油机专用节能配套电机,利用系统的机械特性,改造转动部分结构节能;根据系统运动时所需的拖动力,改造部分机械结构,合理选配电动机,降低电机自身损耗,提高电动机的效率节能;提高系统抽油效率。调整抽油机冲次时,不用更换皮带轮只需调节该节电器调速装置档位,即可随意变换;该设备具有机械储能装置。原电机存在能量损失,该节电设备能使其能量直接储存起来,并随后自动释放,既减少了能量损失,又防止反发电对电网的冲击;电机效率高,使用维护方便,综合节电率20―40%。适用于原配备45-55KW、冲次在1至6次的油井使用,低产低能井使用效果最佳。
在马寨油藏经营管理区MZWC95-32井安装后,经过油田分公司技术监测中心检测测试,测试结果如下:
井号 状态 电流(A) 有功功率(kW) 无功功率(kvar) 产液量(t/d) 产油量(t/d) 综合节电率
MZWC 95-32井 装前 44.6 9.25 28.8 14.6 0.5 21.6%
装后 24.4 8.11 14.1 15.7 0.55
对比 -20.2 -1.14 -14.7 +1.1 +0.05
4、节能效果及经济效益预测
节能效果:
4.1年节能能力
18台电机年可节电量57.8×104kWh;折标煤71.03吨。
截至2011年年底累计节能量及减少成本支出
今年已累计节电量22.6×104kWh;折标煤27.78吨。
安装18口井,单井平均冲次由3.8次降为2次,减少油井管杆磨损,减少作业井次2次,减少作业及管杆费用12万元。
4.2经济效益
项目投入:89万元
该项目年产出:
年节约用电57.8万kWh,节约成本0.73元/kWh×57.8万kWh=17.34万元;
今年已累计节电量22.6×104kWh;折标煤27.78吨。
年减少油井管杆磨损,减少作业井次2次,减少作业及管杆费用12万元。
该项目年可创效合计:57.8+1269.8万元。
5、投资回收期
从目前来看,大部分的异步电机在实际的运行过程中并没有处于额定的工作区间,由于负载而使得电机出现变动,这样异步电机在实际运行过程中往往会出现偏离额定工作区间的问题,或者是长期处于轻载的状态而使得电机容量偏大。处于轻载状态下的异步电机往往运行效率并不高,这就需要有效控制异步电机矢量问题,提升异步电机实际运行效率,提升其节能性。本文异步电机矢量控制系统的节能对策作了问题,为提升异步电机控制系统运行效率打下良好的基础。
关键词:
异步电机;矢量控制系统;节能;对策
1前言
异步电机在实际的运行过程中,如果负载数量低于额定数量三分之一,那么电机的运行功率以及运行效率都呈现出下降趋势。从一般运行情况分析来看,在设计异步电机过程中,需要根据满载的效率值或者是负载四分之三的效率值,但是并没有考虑到轻载点实际运行情况,针对长期性处于轻载运行状态的异步电机或者是长期变化范围比较大的负载异步电机在实际的运行过程中存在着非常大的节能发展空间。对于普通性质变频调速装备大多是采用U/f规格的控制装置,在选定U/f曲线之后,往往无法在线进行修改,那么在异步电机处于轻载运行状态时往往会浪费电能。异步电机普通的变频调速装置虽然构造相对简单并且价格也更低,但是缺乏动态性,使得异步电机运行状态经济性不强。矢量控制属于高性能的变频调速方式,能够有效满足驱动工作系统宽调速范围以及快速转矩的要求,主要采用恒磁通的扣工资方式,使得异步电气处于轻载状态时的运行效率并不是非常理想。因此,需要结合目前异步电机运行存在的问题创新节能控制系统,提升异步电机运行效率。
2异步电机矢量控制系统的节能对策
2.1构建异步电机损耗工作模型
异步电机在实际的运行工作过程中,造成异步电机损耗的原因主要是由于定转子绕组出现通过电流时容易出现铜损的问题;定转子铁心中存在的磁场存在着铁损,诸如,磁滞或者是涡流损耗的问题等等;异步电机在实际运行过程中由于风扇转动以及轴承转动等因此电机通风损耗以及电机摩擦损耗,造成了异步电机机械方面的损耗;异步电机气隙磁场中的高次谐波出现了杂散的损耗,等等。在异步电机的损耗分析过程中,异步电机的杂散损耗以及异步电机的机械损耗在异步电机总损耗之中占有三层左右,但是异步电机杂散损耗控制工作以及建模工作都存在着非常大的工作难度,直接利用弱磁的方式也无法有效控制异步电机的不正常损耗,但是可以根据弱磁来尽可能减少异步电机课程出现的谐波电压,这样也能够间接的降低异步电机杂散损耗。考虑到异步电机机械性损耗与异步电机转速具有非常密切的关联,这些对异步电机生产工艺以及异步电机设备运行实际情况等都具有非常重要的影响,但是异步电机与电气设备之间并没有非常密切的关联。考虑到异步电机铜损与异步电机铁损等于异步电机磁场、异步电机负载实际情况等具有非常密切的关联,这就使得异步电机损耗情况具有可控制性,同时铁损、铜损等损耗在总损耗中占了七层,这些都是属于可控制范围内的损耗,同时也是异步电机节能控制系统研究工作中的关键性部分。
2.2实现混合在线控制的最优化
异步电机在矢量控制系统的变频调速节能控制过程中,究其原因主要就是由于变频调速节能控制系统的最优化问题,在给定条件下,尽可能降低异步电机的损耗成为了转子磁链最优化的关键性问题。因此,需要根据异步电机的损耗模型来寻找最优磁链,这样能够根据电机参数的变化来有效控制异步电机运行的精确度,同时也能够有效解决异步电机鲁棒性不理想的问题。因此,针对目前异步电机运行的损耗工作模型,需要利用在线算法来计算出最优磁链,有效克服异步电机参数对于异步电机精度的影响,提升异步电机系统鲁棒性以及异步电机精度鲁棒性。总之,在进行异步电机可控损耗分析过程中,需要结合异步电机转子磁疗凹函数来进行逆变器的直流侧功率计算,这样能够计算逆变器可控制性损耗,同时也能够在一定程度上减少杂散损耗、机械损耗等等,确定异步电机在矢量控制工作中的转子磁链给定值,科学分析各项数据,构建最优化异步电机矢量控制系统的节能模型,考虑到逆变器最优化对异步电机节能运行的影响,提升异步电机的控制精度。
3结语
通过构建异步电机在矢量控制系统条件下的变频调控节能损耗工作模型,结合异步电机实际运行中存在的问题提出有效对策,根据异步电机负载情况以及异步电机的转速差异来确定磁通给定值。当异步电机的转速保持在一定数值时,那么异步电机负载转矩越大,那么磁链值则会相对较小;当异步电机负载转矩保持一定时,那么异步电机转速越高,那么磁链值则会相对较小。利用矢量控制系统来实现异步电机的变频调速工作,这样能够促使异步电机处于饥节能运行状态,特别是异步电机处于轻载运行状态时,异步电机节能效果最优,当异步电机的负载转矩相对较大时,那么异步电机的节能效果则并不是非常理想。总之,异步电机矢量控制系统能够实现异步电机动态性与静态性相平衡,这样能够保证异步电机处于较为稳定的运行状态,在工程建设工作中具有非常重要的作用,未来的发展前景也非常的广阔。
参考文献:
[1]刘燕飞,王倩.节能型异步电机矢量控制系统的设计与仿真[J].电机与控制应用,2007,34(7):18~20.
[2]李健健,刘新正.基于矢量控制的异步电动机节能运行的研究[J].微电机,2010,43(3):14~17.
[关键词]游梁式抽油机;节能增效;单相运行;措施
中图分类号:TM3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)36-0345-01
前言
目前油田进常用的三相异步电动机,在理想情况下的效率为90%左右,且大多功率因数小于0.4,所配的电动机装机功率较大,而电动机正常运行时都是轻载运行,造成抽油机负载率低,与电动机不匹配,形成“大马拉小车”的生产状况,浪费电力严重。抽油机使用的电动机工作载荷是带冲击的周期变载荷,与按恒定载荷设计制造的通用电动机的工作特征不匹配。通用电动机的机械特征是硬特征,在运行过程中其转速随载荷变化不大,而抽油机的交变载荷增加了电动机的电动损耗,再加上选择的抽油机与实际需要不匹配,降低了整机的地面效率。分析抽油机的用电特征,根据每台抽油机具体的“症结”所在,综合考虑制定出相应的节电措施,实现其经济运行。
1 电动机带动抽油机生产存在问题
1.1 电动机负载低
为保证抽油机的启动要求和在运行时有足够的过载能力,通常所配的电动机装机功率较大,而电动机正常运行时都是轻载运行,造成抽油机负载率低,与电动机不匹配,形成“大马拉小车”的生产状况,使线路、变压器、电动机的功率损耗增大;电动机的运行效率取决于负载率,轻载时电动机的效率很低,当负载增加到一定值时,变化则很小,有实验证明:负载率〈0.4时,效率的变化不大,负载率>0.7时,效率最高。当电动机负荷很低时,电动机仍要从电网吸取较大的无功功率,从而降低了功率因数,这就是目前电机功率因数低的主要原因。
1.2 平衡率低
现场使用的抽油机平衡率低,严重的不平衡造成电力的浪费,造成多数电动机电流变化不均匀,使电动机内耗大大增加,影响整个抽汲系统的效率。
1.3 存在发电现象
现有的节电措施大都是针对电机低负荷率下效率低和功率因数低造成的电能浪费的情况,而抽油机浪费电能的另一个重要原因是抽油机拖动电机发电,有实验证明:目前使用的各种类型的电动机都多少存在这种情况。由于抽油机负载波动很大,在抽油机的正常运转中会出现抽油机减速箱输入轴的运转速度大于电机对它的驱动速度的情况,这时,抽油机就拖动电机发电,其发的电不会完全与电网同步和存在线路损耗,可以肯定电机发的电不能完全被电网利用。在整个电能―机械能―电能的转换过程中能有很大的一部分能量被浪费掉。
2 游梁式抽油机节能特点和应用
常规型游梁式抽油机工作特点是承受交变载荷,悬点运动速度和加速度的变化使载荷极不均匀,工作能耗偏高,不平衡现象普遍存在,地面系统效率偏低,用电多。异向型游梁式抽油机具有峰值扭矩低、所需电动机功率低等特点,运转时平衡效果较好。在相同的情况下,其系统效率比常规型高2.5-4%。前置式游梁抽油机具有平衡效果好、光杆最大载荷小、节能效果好等特点。其缺点是悬点载荷低于额定悬点载荷,造成抽油机资源的浪费,工作时前冲力大,影响机架的稳定性,使它的应用受到制约。现场应用的节能电动机主要有:变级调速、电磁调速电机(滑差电机)、变频调速、高转差率电机、永磁同步电机、双功率电机几种,下面对它们的特性和现场应用情况做一简单陈述。变频调速可以低速轻载启动,抽油机冲次及上下冲程的速比可实现无级调节,可以根据油井井况进行抽空控制,自动调节抽汲参数,有电流保护、过电压保护等作用,但由于价格昂贵和维修不方便等的原因,在现场应用极少。滑差电机可实现无极调速,电机转轴与负载之间为软特征连接,可以平滑启动,但低速时损耗大、效率低,由于应用调速电机的油井多为供液能力差、需实现低冲次运行的油井,此种电机在现场应用不广泛。高转差率电机具有较高的转差率和软的机械特征,较高的堵转转矩和较小的堵转电流,较高的效率、功率因数,适用于转动飞轮转矩较大和不均匀冲击载荷,特别是抽油机用冲击载荷。双功率电机是油田与石油大学合作研究生产的,采用改变绕组的接法来改变电机的极数和输出功率,以便与机械负载的负载特征相匹配,可以简化其变速系统,从而实现节能的目的。永磁电机是一种同步电机,具有体积小、重量轻,结构简单,效率高,功率因数高,运行稳定的特点。特别在抽油机轻载时在一定范围内的效率还要高于额定值的94%,最高可达96%,又可获得任意高的功率因数,最高为0.98左右,还可起到补偿电容器的作用,启动力矩大,过载能力强,从根本上解决了“大马拉小车”的现象,节电效果非常明显。
3 抽油机井节电措施
可以根据每一台抽油机具体的“症结”所在,综合考虑制定出相应的节电措施,实现抽油机的经济运行,下面提几点措施:(1)提高电动机的负载率。电机低负荷率下的效率低和功率因数低是抽油机浪费电能的原因之一,电动机负载率提到7-12%,则系统效率可提高2-4%,当电机负载率低于25%时,应考虑奉还一个低容量级别的电动机。(2)油井参数优化。针对供液不足井泵效低,耗电量大的现状,采取低速电机和变频器手段进行参数优化,达到节电的目的。(3)合理选用抽油机机型,充分发挥抽油机潜力。抽油机的悬点载荷状况是影响抽油机能耗的主要因素,其理想载荷率为80%左右。由于油井井况多变,因此需要经常调节平衡,另外的原因是,平衡度好的抽油机,在稳定生产的情况下,抽油机拖动电动机发电少。(4)选用节能电动机,改造普通电动机。根据现场情况,选择节能电动机,减小机内损耗,提高电动机本身的运行效率,使抽油机与电动机保持良好的功率匹配,提高效率,节约用电。改造现有普通电动机,在电动机机轴处安装一个带蓄能器的离合器,使电动机实现空载启动,降低启动电流,从而减小电动机的装机功率,提高电机的负载率。电动机的星角接线自动变换装置,在轻载时,Y接线运行,负载增大时,改为角接线运行。(5)安装无功补偿装置。单井功率因数补偿柜是在变压器低压侧投加电容,利用无功就地补偿装置产生的容性电流抵消电动机的感性电流,油井安装无功补偿器后,降低了线路的损耗和变压器的铜耗,从而提高功率因数,提高效率,达到节电目的。(6)使用节能减速器。抽油机节能减速器由一个轴承支座和两个大小不同的皮带轮组成,两个皮带轮通过轴和轴承固定在轴承支座上,轴承支座通过底座螺栓固定在抽油机底座上,大皮带轮通过皮带与电机相连接,小皮带轮与抽油机皮带轮连接,通过加大传动比,在电机功率降低的情况下,满足抽油机悬点负荷要求,实现0.5-4.0次达到降低冲次和节电的目的,其具有启动平稳、运行平稳、优化油井参数、降低电耗与成本的特点。
此外,抽油机拖动电动机发点过程很浪费电能,目前还没有对抽油机拖动电动机发点的节能技术进行更深入的研究,以后这方面是一个研究方向,是一个节能增效点,具有广阔的节能前景。
【关键词】龙门吊发电机组双速节能系统;节能
1 龙门吊发电机组双速节能系统的意义
如今,集装箱运输在物流行业蓬勃发展,轮胎式集装箱吊机龙门吊在集装箱码头的堆场里也得到了广泛的运用。以前集装箱码头堆场之所以用轮胎式集装箱吊机(龙门吊)是因为它的流动性很强,很便于调度和管理。但龙门吊主要是靠柴油发电机组提供动力,现在能源短缺油价上涨,对于以龙门吊为主要设备的集装箱堆场来说成本不断的增加。在能源形势日趋严峻的今天,节能降耗已经成为社会和企业共同关注的话题。它不仅能够减少社会能源的损耗,而且能够增加企业的经济效益。港口作为一个大的能耗企业,节能降耗势在必行。
据统计,一台龙门吊的发电机组每天大约有50%的时间是工作在待机时间,发电机组在待机时接近空载状态,仅仅驱动不到40Kw的辅助设备工作,400Kw的发动机组仅驱动40Kw的负载,造成很大的浪费
调查数据显示,发电机组在空载及低负载(常用功率的10%)情况下,怠速运行比全速运行要更省油。这在龙门吊发电机组节能降耗方面是一个很好的发展方向。
2 龙门吊发电机组双速节能系统的原理
2.1 对于龙门吊柴油发电机组油耗的数据分析
下面我们以一台常用功率400KW (备用功率440KW) 的玉柴发动机YC6T600D为例进行分析,柴油发电机组在怠速运行(900 r/min)和全速运行(1500 r/min)情况下的油耗进行综合分析如下:在负载功率为10KW时,柴油机全速时油耗为14.75L/h,柴油机怠速时油耗为6.42L/h,剩油百份比为56.5%;在负载功率为20KW时,柴油机全速时油耗为17.05L/h,柴油机怠速时油耗为7.79 L/h,剩油百份比为54.3%;在负载功率为30KW时,柴油机全速时油耗为18.86L/h,柴油机怠速时油耗为9.45 L/h,剩油百份比为50.0%;在负载功率为40KW时,柴油机全速时油耗为20.86L/h,柴油机怠速时油耗为10.86 L/h,剩油百份比为48.0%。
2.2 我们进行反复的试验从而得出了结论
由上一系列数字分析可以得出,发电机组在低负载情况下(常用功率的10%),怠速运行与全速运行相比有很大的省油效果。负载在40KW 以内要省油48%以上。而且负载越低,省油量越大。由此可以得出,港口龙门吊发电机组变速节能系统的研究与运用将有重大的现实意义。
2.3 综合分析研究得出了龙门吊发电机组双速节能系统的原理
根据集装箱堆场的工作特点,龙门吊的工作是有闲时和忙时之分的,我们是利用龙吊的闲时时间,把柴油机的速度控制到怠速,此时龙门吊处于节电状态;而龙门吊需要工作时再把柴油机转为全速。
3 龙门吊发电机组双速节能系统的原理分析
3.1 当龙门吊柴油机速度1500rpm时, 发电机发出的是460V 50HZ 的点,此时供给龙门吊大车,小车和起升各个变频器为460V 50HZ,而其他用电设备包括380V用电器、220V辅助装置、110VPLC电源和24V 12V电源等都是经过460V电源经过变压器分级变压再变成所需的电源。
3.2 当柴油发电机组控制器接受到节能转换信号时,节能转换开始工作,此时柴油机转换为怠速900rpm,切换时间大约在2~5 秒,同时系统接受到怠速指令后控制发动机进行转速切换,通过专用AVR(电子调压器)控制励磁输出,此时发电机发出280V 30HZ的电源。
3.3 此时动力装置的线路被切断不能工作,280V电源被送到变频稳压装置中,通过变频和稳压后输出为220V 50HZ 的电源,这电源就供给辅助系统包含空调、工作照明等。
4 现发电机组怠速运行发电需要克服的问题主要有以下几点:
4.1 发动机控制
要求能够结合输入的指令信号对发动机进行方便快捷的怠速/全速切换。对于发动机的怠速/全速切换采用双位选择开关,此开关安装在驾驶室里,由驾驶室远程控制柴油发电机组,柴油机控制线路做出了改动。
4.2 发电机励磁控制
发电机组在怠速运行时,转速为900 转/分钟,此时发电机输出电压频率为30HZ。而一般的AVR(电子式调压板)只有在发电频率达到45HZ 以上时才能开始工作,对发电机进行励磁输出控制。就Stamford 和Marathon两种品牌的发电机而言,其额定频率/电压下的发电机励磁线圈持续工作时允许的最大励磁电流不能超过3.5A,所以AVR 持续励磁输出电流一般小于3.5A,但是在怠速时,因为磁切割速度的限制以及磁场饱和的原因,在保证励磁系统安全的情况下,只能限制发电机的输出电压,经测试,对于400V 电压等级,30Hz 时的输出电压在280V 较为安全可靠。发电机组要进行怠速/全速切换,要求AVR 能在30HZ 和50HZ 两种不同状态下都能对发电机进行稳定的励磁控制。
4.3 输出电源变频和稳压
发电机组怠速运行发电时,频率为30HZ,电压为280V。为了使被驱动的辅助设备的电源供应正常,必须对输出电源进行变频和稳压。
5 结束语
龙门吊是现代集装箱堆场里的运用是越来越普遍,龙门吊的流动性强,工作效率高这些特点是现而易见的,但现时龙门吊最主要还是用柴油发电机组供电,柴油价格昂贵,龙门吊柴油发电机组双速节能系统是一种节能效果很明显的节能系统,它是利用龙门吊本身的工作特点来节能,而且也不需要投资很昂贵的设备,而且可以把柴油利用的效率提高了许多,大大的节约了企业的成本,同时也减少了污染物的排放。总之,龙门吊柴油发电机组双速节能系统非常有发展潜力,值得推广。
参考文献:
[1]史兆宪. 赵旭东.《能源与节能管理基础》[M]. 北京:中国标准出版社 . 2010年07月.
[2]刘淑华.《燃油发电机使用与维修技术初学问答》[M]. 北京:机械工业出版社 . 2009年07月
关键词:减速节能电机 机采系统效率 应用
一、现状及存在主要问题
中原油田采油三厂目前有抽油机井687口左右。机采系统年耗电量1.3亿kWh,占我厂总耗电量的50%以上。目前机采系统拖动装置存在问题较多,主要有如下两点:
1.电机老化严重
我厂机采系统电机以6级、8级电机为主,少许为12级电机。目前在用最早的电机为1985年投用,大多数电机经过多次修理,我厂维修大队平均每年电机修理290台次左右。全厂抽油机电机有431台修理达3次以上,50%以上电机修理修理次数在4次以上,部分电机为1995年―1998年投产电机修理次数达8、9次之多。因电机老化,电机空载电流达损耗达2.5KW,已经没有什么修理价值。我厂机采系统电机多年没有更新,仅利用新井配套引进些普通电机,这些电机非节能型电机,效率不高。
2.低产低能井多,电机冲次偏高
目前油田处于开发后期,截至2011年11月份统计,我厂低产液抽油机井较多我厂单井产液量≤10吨的363口,占总开井口数的51.9%(其中单井日产液量≤5吨的136口,5-10吨的227口,分别占总开井口数的19.5%、32.5%)。低产液井比例大、泵充满系数低,老式电机不能满足低产液井对低冲次的要求,影响机采系统效率的提升。
二、项目目的及技术经济指标
试验及应用SRM开关磁阻、小容量减速节能电动机、双功低速等新型节能电机,提高机采系统效率,节电降耗。节电率达15-25%。
三、现场试验及实际应用概况
2011年我厂共试验及推广应用节能电机4种18台,共计投入:89万元。其中SRM开关磁阻智能调速电动机2台、小容量减速节能电动机8台、游梁式抽油机专用节能配套电机2台、双功低速YCHD280L-1.5/18.5/37kW-1140V电机6台。平均冲次下降1.5次,节电效果20%左右。
主要电机具体使用情况及数据如下:
1.SRM开关磁阻智能调速电动机
卫一采油区在WC18-6#、WC18-9#两口抽油机井进行了智能调速电动机调速系统节能试验(SRM-280电动机),通过跟踪调试,目前更换该装置的2口油井运行正常,节电效果明显。
现场试验有功电量日耗电量读数统计对比表:
2.小容量减速节能电动机
该电机适用于低产液井,环境适应性强、耐用性强、性价比高。装机容量小、输出扭矩大、转速低;齿轮传动效率高、功损小,运行效率高;采用负荷封油技术,齿轮油不渗不漏;低转速时无滑差、抽油机运行平稳;调冲次方便,电机容量小安装、维护、保养方便。综合节电率大于25%。
现场试验有功电量日耗电量读数统计对比表:
3. 游梁式抽油机专用节能配套电机
游梁式抽油机专用节能配套电机,利用系统的机械特性,改造转动部分结构节能;根据系统运动时所需的拖动力,改造部分机械结构,合理选配电动机,降低电机自身损耗,提高电动机的效率节能;提高系统抽油效率。调整抽油机冲次时,不用更换皮带轮只需调节该节电器调速装置档位,即可随意变换;该设备具有机械储能装置。原电机存在能量损失,该节电设备能使其能量直接储存起来,并随后自动释放,既减少了能量损失,又防止反发电对电网的冲击;电机效率高,使用维护方便,综合节电率20―40% 。适用于原配备45-55KW、冲次在1至6次的油井使用,低产低能井使用效果最佳。
在马寨油藏经营管理区MZWC95-32井安装后,经过油田分公司技术监测中心检测测试,测试结果如下:
四、节能效果及经济效益预测
节能效果:
1.年节能能力
18台电机年可节电量57.8×104kWh;折标煤71.03吨。
2.截至2011年年底累计节能量及减少成本支出
2.1 今年已累计节电量22.6×104kWh;折标煤27.78吨。
2.2 安装18口井,单井平均冲次由3.8次降为2次,减少油井管杆磨损,减少作业井次2次,减少作业及管杆费用12万元。
五、经济效益
项目投入:89万元该项目年产出:
1.年节约用电57.8万kWh,节约成本0.73元/kWh×57.8万kWh=17.34 万元;
2.今年已累计节电量22.6×104kWh;折标煤27.78吨。
3.年减少油井管杆磨损,减少作业井次2次,减少作业及管杆费用12万元。
该项目年可创效合计: 57.8+1269.8万元。
关键词:电机;变频控制;节能技术;应用
中图分类号:F407文献标识码: A
一、电机变频控制技术的原理和特点
变频电机是变频器驱动电机的统称,包括变频感应电机和变频器两部分,能够提高电机的工作效率,减少电能的消耗。以交流发电机为例,其转速公式如下:
n1=60 f/p. (1)
式(1)中:n1同步转速;
f电源频率,50 Hz;
p电机磁极对数。
电机转差率用公式表示为:
s=(n1�n)/n1. (2)
式(2)中:s电机转差率;
n电机转速。
由式(1)和式(2)可以推得:n = 60 f(1-s)/p. (3)
电机的变频控制的主要特点是可以通过变频器调节输出功率和输出电压的大小,以求确保电能的合理利用。除了这个之外电机变频控制还有以下特点,具备软启动和停止的功能。采用电磁设计,减少电子和和转子的阻值。能够实现平滑的无级变速,保护发电机功能的完善,减少发电机维修所需要的费用。电能消耗少,电能的利用率高。
二、电机变频控制的发展应用
(一) 电机变频控制的应用
电机的能耗有百分之七十耗费在了风机和泵类的负载中,因此变频控制电机在这方面具有很大的优点,也就更能体现出变频电机的重要性。比如说没有变频控制的空调,在空调的设置的温度在低于阈值时空调的风路就会关闭,但是这个时候空调的电机还在继续进行运转,这时候的运转完全是在浪费电能。而对于具有变频控制的空调来说,当空调的温度降低时,就完全不必将风路进行关闭,直接可以通过降低电机转速的方式来实现温度的降低。这样就不会造成电机对电能的不必要的浪费,使得电能得到很好的利用。
另外在选择电机时要根据自身的情况选择大小合适的电机,并且尽可能选择性能高的电机。选择大小合适的电机是为了减少电机的浮装容量,减少能量的浪费。同时在平时的使用过程中要对电机进行合理的养护,避免因为不合理的使用电机导致电机在使用过程中造成不必要的电能的浪费。
锅炉是比较常见的用于集中供热设备,通常情况下,由于气温和负荷的变化,需对锅炉燃烧情况进行调节,传统的调节方式其原理是依靠增加系统的阻力,水泵采用调节阀门来控制流量,风机采用调节风门挡板开度的大小来控制风量。但在运行中调节阀门、挡板的方式,不论供热需求大小,水泵、风机都要满负荷运转,拖动水泵、风机的电动机的轴功率并不会改变,电动机消耗的能量也并没有减少,而实际生产所需要的流量一般都比设计的最大流量小很多,因而普遍存在着“大马拉小车”现象。锅炉这样的运行方式不仅损失了能量,而且增大了设备损耗,导致设备使用寿命缩短,维护、维修费用高。把变频调速技术应用于水泵(或风机)的控制,代替阀门(或挡板)控制就能在控制过程中不增加管路阻力,提高系统的效率。变频调速能够根据负荷的变化使电动机自动、平滑地增速或减速,实现电动机无级变速。变频调速范围宽、精度高,是电动机最理想的调速方式。如果将水泵、风机的非调速电动机改造为变频调速电动机,其耗电量就能随负荷变化,从而节约大量电能。
迁安恒晖热电有限公司是一个以供热为主,热电联产的燃煤企业,目前总装机容量为36MW,两台15MW抽气凝汽机组和一台6MW背压式机组,所用锅炉则是四台75t/h循环流化床锅炉和一台130t/h循环流化床锅炉,但目前随着电煤价格的不断上涨,该厂发电及供热成本不断增加,为了降低厂用电率,提高企业经营效益,通过各方调研,逐步对该厂厂用高压及低压电机进行变频节能改造。
对变频器厂家及型号选择至关重要,因为变频器是集成了大功率晶体技术和电子控制技术,其作用是通过改变交流电机供电的频率和幅值,同而改变其运动磁场的周期,达到平滑控制电动机转速的目的,属于科技含量较高的工业技术应用,因而该厂最终选定了湖北三环发展股份有限公司的变频设备对锅炉主要辐机之一的引风机进行了变频改造。该厂需改造的四台引风机电机参数为:额定功率560KW,额定电压6KV,功率因数0.86,额定电流60A,通过改造,改变了以前的引风机出力由运行人员根据锅炉出力及燃烧工况手动对风机挡板进行调节,由于引风机设计冗余功率较大,利用挡板调节风量造成了较大的节流损失,安装SH-HVF Y6K/560变频设备后实现了分散式远程DCS控制,即以4~20MA模拟量值为控制依据,实现自动控制,频率在2~50HZ内可调。
由于公司变频器室位于锅炉及渣场附近,烟尘较大,为防止烟尘对变频设备的伤害,对变频器室进行了密封处理,这又造成了另外一个问题,散热效果不好,因为高压变频器在运行中产生了热量,使设备温度升高,尤其是功率单元柜和变压器及开关柜上的微机保护装置,通常变频器元件耐温为100摄氏度。所以在变频器室内加装了排风扇和空调设备以解决散热问题,并定期清理设备上积灰以保证散热通风,尤其要定期清理高压变频器进风口滤网,建议每周一次,由于变频器谐波干扰比较大,所以在分散式控制系统DCS的接口上,主要是模拟量信号指令和反馈,应该加以隔离,避免谐波干扰DCS传输的模拟信号量。由于内部阻抗的原因,变频器供电电源的容量越大,变频器输入电流的波形就越陡峭,而输入电压的波形畸变则越小,与此相反,电源容量越小,则电流波形越平缓,而电压的波形畸变就越大,由于电流和电压的波形畸变,将对接于同一电源的设备带来过热,噪声或振动等不良影响,为消除不良影响,可以采取如下措施(1)插入电抗器,减少脉冲状的电流波形的峰值,从而达到改善电流波形的目的(2)插入滤波器,滤波器分为LC 滤波器和有缘滤波器两种, LC滤波器是被动滤波器,它由电抗和电容组成对高次谐波的共振电路,从而达到吸收高次谐波的目的,与此相对应,有源滤波器的工作原理是通过对电流中高次谐波成分进行检测,并根据检测结果输入与高次谐波成分具有相反相位的电流,以此达到减少高次谐波的目的(3)采用PWM控制方式的整流电路,PWH控制方式的整流电路是以节能为目的的而开发的整流电路。
此套变频系统在该厂运行一段时间,性能比较稳定,达到了预期效果,起到了节能作用,但变频器运行程序中仍存在一些弊端,比如十分钟的再起动等待问题,即引风机在停止运行后,十分钟后方准充再次启动。即待电动机转速回零(转子处于静止状态)后方可再次启动(电动机转动过程中产生一定的电压,对功率单元反送电会对高压变频器造成危害)十分钟时间很容易造成锅炉灭火停炉,对安全生产造成影响,对此应加以改造,使变频器在最短的时间内快速重启,保证锅炉安全经济稳定的运行,目前逐渐投入到企业应用中的一些先进变频启动、运行方式值得借鉴,有待于我们今后进一步学习,提高,从而应用到我公司生产中去。
(二))电机变频技术的发展过程
现在的电机变频系统大都是采用的恒V/F 控制系统,这个调速系统具有结构简单,制作便宜的特点。该系统适用于风机等大型的并且对于调速系统的动态性能要求不高的地方。该控制系统是一个开环的控制系统。这个开环的变频控制系统能够满足大多数普通的电机平滑的变速要求,该系统对于动态和静态的性能都是有限的。如果需要提高系统的动态和静态性能就不能采用开环的控制系统了,只能使用闭环的控制系统来进行控制。针对这一点有很多人又提出了控制闭环转差频率的电机调速方式,这种调速方式只有在稳态的方式下才能够成立,也就是说这种系统只能满足转速比较慢的电机的调速。对于转速较快的电机来说采用这种调速系统不但不会实现对电能的合理利用,反而会使电机产生极大的瞬态电流,使得电机的转矩在瞬间发生变化。因此要想提高变频控制系统对于动态静态的控制性能,继续要解决的一个问题就是如何在动态的情况下解决电机的转矩发生变化的问题。只要解决了这个问题,电机变频控制技术将会进入一个新的发展阶段,能够满足大多数电机的变频控制。
结语
改革开放以来我国进入了可持续发展的战略阶段,各行各业都提出了节能减排的要求。我国的电能一直处于匮乏的阶段,为了更好的对电能实现节能减排,逐渐对传统的电机进行了改革,发展成了现在的变频控制电机。电机变频控制技术能够根据负载的需求改变电机的驱动功率,减少了电机运转中不必要的能量损耗。本文对电机的原理、发展和应用进行了分析。
参考文献
[关键词]湿法脱硫 超低排放 运行优化 达标降本
中图分类号:TM121.1.3 文献标识码:B 文章编号:1009-914X(2016)07-0036-01
一、概述
大唐南京发电厂现有2×660MW燃煤汽轮发电机组。脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,采用一炉一塔布置方式,设置一套脱硫共用系统,不设烟气旁路。2014年对原有脱硫系统按照如下方案进行改造:吸收塔内增加筛板,更换喷淋层喷嘴,增加内部构件强化传质效果,增加塔外浆液罐实现pH分区控制,同时对脱硫系统附属的各子系统进行相应增容改造,增容设备包括:石灰石浆液泵、石膏排出泵、吸收塔地坑泵和石膏脱硫系统。
按照单台机组年运行小时数5500小时,石灰石纯度90%,钙硫比1.03,硫转化率85%,石灰石价格205元/t,电价0.28元/k w? h(不含税),水耗0.8元/t计算.
经计算,改造后脱硫系统年运行成本增加630.7万元,面对如此大的运行成本投入,探索脱硫系统经济性运行意义深远。就大唐南京火力发电厂2#机组超低排放中脱硫系统运行情况并结合近一年的脱硫系统运行经验,对该脱硫系统经济性运行作如下探究。
二、脱硫系统经济性运行探究
2.1 低电耗运行探究
2.1.1 浆液循环泵运行配比
由表1-1可知电耗占脱硫系统运行中成本比重较大(约占87.2%),吸收塔浆液循环泵又是脱硫系统较大的耗电设备。在保证SO2排放达标的前提下,根据锅炉负荷情况和入口SO2浓度,优化脱硫系统循环泵运行配比,找出达标降本的浆液循环泵运行的最佳组合方式,对于实现脱硫系统的经济性运行意义重大。脱硫塔脱硫效果受气液传质效果影响很大,对于含有筛板的脱硫塔,气液传质的效果主要受烟气流速和浆液量的综合影响也即液气比的影响。而浆液量的多少,由循环泵开启的数量决定的,在不同负荷工况下,来选择合适的循环泵运行,可以实现脱硫系统的排放达标降本。结合设备情况和我厂近一年的脱硫运行经验,我们针对2#锅炉超低排放脱硫系统作循环泵配比运行试验,试图找出循环泵经济性运行的组合方式。
2.1.2 合理控制氧化风机运行
2#机组超低排放脱硫系统中氧化风系统含有四台氧化风机(三运一备),氧化风机型式为罗茨风机,风量5445m3/h、功率200kw,出口压力>98kPa、冷却形式为空冷,1#和2#锅炉机组规模相同2台机组脱硫系统共用一套石膏脱水系统。从DCS运行数据发现,在2015年1月1日至2015年3月31日期间,1#锅炉脱硫系统,吸收塔入口SO2浓度较低在900~1300mg/Nm3(折算后).
在此期间1#锅炉超低排放脱硫系统仅有一台氧化风机运行,分析这段时间的石膏检验数据如图2-7所示,亚硫酸盐含量在0.2%至0.3%之间变化,符合行业标准(JC/T 2074―2011)中亚硫酸盐含量低于0.5%的要求。因此,我们建议如果吸收塔入口SO2浓度位于图中所示的区间变化时,开启一台氧化风机,便可使石膏品质满足要求。对于2#超低排放脱硫系统,从2015年4月5日至2015年10月26日,运行两台氧化风机,而1#脱硫氧化风机系统由于机组停机大修,在此间一直处于停机状态。
2.2 优化pH值调控功能
2.2.1 合理调控吸收浆液pH
石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统的浆液pH的直接影响到WFGD系统的脱硫效率、石灰石溶解、亚硫酸盐的氧化、石膏的结晶、脱硫系统的腐蚀和控制系统的灵敏性,进而影响整个脱硫系统的经济性运行。下面我们就其各个事项的影响做简单分析。
(1)pH对石灰石溶解的影响
石灰石的溶解速率与pH值呈指数增加关系,但是当pH大于某个值时,石灰石的利用率会急剧下降;因而控制pH在合适的范围内,可以提高石灰石的利用率,避免石灰石的浪费,节约脱硫系统运行成本。
(2)pH对脱硫效率的影响
循环浆液的pH值越高,总传质系数越大,吸收率越高。在一定范围内,提高吸收塔浆液的pH值,可以增大脱硫效率,但是过高的pH值会导致过高的过剩率(Ca/S),进而会导致运行不经济。
(3)pH对亚硫酸盐氧化的影响
根据研究[2],当pH>8时,SO2在水中主要以SO32-形态存在;当pH5.5时,氧化速率急剧下降。显然低pH对于氧化是有利的。
(4)pH值对吸收塔结垢的影响
有研究[2]表明,在较高的pH值(pH>6.2)下,易于产生CaSO3.1/2H2O软垢,进而生成硬垢,进而会影响吸收塔运行阻力和设备寿命。综合以上,根据2#锅炉超低排放脱硫系统运行数据,我们总结出吸收塔浆液pH控制在4.8~5.4之间可有效防止筛盘堵塞,且可实现脱硫系统的经济性运行。
2.2.2 吸收浆液pH分区化控制
2#锅炉超低排放脱硫系统中设主浆液吸收塔和塔外浆液罐以实现pH的分区控制,继而提高整个脱硫系统的运行效果,实现超低排放系统的经济性运行。
为探究pH分区控制对超低排放系统中脱硫系统经济性运行的影响,将脱硫系统供浆方式分为两路:一路原供浆直接供吸收塔底部浆液池,另一路进塔外浆液罐;采取不同的进浆方式来实现pH分区控制。
(1)、石灰石浆液进吸收塔
在锅炉不同负荷和吸收塔入口SO2下,循环泵A、B、D三台泵运行,控制石灰石浆液密度在1180kg/m3左右,控制石灰石浆液进2#吸收塔,并控制浆液罐和吸收塔pH值5.2至5.35之间波动,浆液密度1120kg/m3左右;
(2)、石灰石浆液进吸收塔和塔外浆液罐
在锅炉不同负荷和入口SO2下,控制石灰石浆液密度在1180kg/m3左右,控制石灰石浆液进2#吸收塔和塔外浆池罐,并控制浆液罐和吸收塔pH值均位于5.3至5.4之间波动,浆液密度1120kg/m3左右。
2.3 一定范围内pH调控和增开循环泵运行经济性对比
液、气比和pH是影响石灰石-石膏湿法烟气脱硫效率的主要因素,在一定范围内升高液气比和pH均有利于脱硫效率的提高。在负荷工况即烟气量一定的条件下,增开循环泵,液气比提高,也会使脱硫系统电耗增加;pH的升高,需要加大脱硫系统的供浆量,也会导致脱硫系统运行成本的增加。在一定的运行工况下,两种运行调节方式的成本是有差别的。针对2#锅炉超低排放脱硫系统进行如下试验,试图找出二者经济性差别。
三、结论
针对2#锅炉超低排放脱硫系统,经过近一年对该系统的经济性运行探究,综合分析了电耗、石灰石耗量以及水耗量对脱硫系统经济性运行的影响。其中,重点分析了:循环泵和氧化风机的较优运行组合方式对脱硫系统经济性运行的影响;充分运用 pH调控功能对节约石灰石耗量进而控制脱硫运行成本的影响;另外,简述了水耗量控制和热控仪表校验维护对实现脱硫系统经济性运行的作用。文中分析的各种因素并不是孤立存在的,它们之间息息相关彼此联系又相互制约,只有在运行中,综合各种因素,才能实现脱硫系统真正意义上的经济性运行。
参考文献
【关键词】输油泵 节能 高压变频
中图分类号:TG333.2 文献标识码:A 文章编号:1009―914X(2013)35―378―01
0引言
输油泵是长输管线的动力源,是油库的心脏,是油库生产运行中主要能耗设备。在实际工作中,往往出现泵特性和管路特性不匹配的情况,需要通过控制输油泵出口阀门来调节流量满足生产工艺要求,这种流量调节方式在输油泵出口阀门前后产生较大的能源消耗在泵出口阀前后,造成能源的浪费。浦航油库通过输油泵电机的节能改造,完全打开泵出口阀门,达到了改善工艺,保障输油安全的目的,同时降低了输油单耗,节约了能源。本文介绍浦航油库节能改造情况,以期通过该事例在业内推广节能技术,对相关单位有所帮助。
1 现状调查
上海浦航石油有限公司油库承担了上海地区两大机场70%以上的航油保障,油库至浦东机场油库长输管线全长18.4km,是上海航空港的主动脉。浦航油库输油泵电机额定功率为1000KW/10KV,电机额定转速为1480r/min,油泵额定流量为1500 m3/h,额定扬程220kPa(m),2013年运行时间1950小时。由于地形、输油管阻力等原因,实际运行过程中,输油泵流量接近2000m3/h,而机场油库要求流量需控制在1500m3/h左右。目前浦航输油泵电机没有调速装置,只有采用控制出口阀门开度来调节流量以满足生产要求。输油泵出口阀门只允许开度为30%左右,实际流量为1500m3/h左右、扬程约165kPa(m),电机功率为882.77KW。
由于采用原始的调整阀门开度的方式仅仅改变管道的流通阻力,而驱动源的电机输出功率并没有改变,增加了电机的负荷与管网泵出口及出口阀门的压力,出口阀容易损坏、管网寿命降低、油泵叶轮磨损大、电机与油泵振动量大、设备寿命大大缩短,安全系数大大降低,同时无功功率增加,浪费了大量电能,生产用电量高,生产成本不易降低,因此该电机进行节能技术改造成为当务之急。
考虑到实际节能效果和未来的延展性,我们选择了高压变频改造技术,高压变频技术在国内外长输管线泵机上已使用多年,技术成熟,调节方便,适用性好,节能效果明显,能更有效的达到节能效果。
2输油泵电机变频调速节能原理
R2为现有工况(出口阀门开度30%)时管网阻力特性,R1为出口阀门全开时管网阻力特性;
S1、S2、S3分别对应全流速、现有工况、调速后特性曲线;
现有工况下,特性曲线S2与R2相交于M2点,M2即为现有工况点,即出口阀门开度为30%时工况点,对应的扬程H2为165kPa(m),目前实际运行流量Q2为1560m3/h。
在变频状态下,离心泵转速降低为820 r/min左右时,其特性曲线为S3,由于此时泵出口阀被全开,管路特性曲线变为较为平坦的R1,此时S3与R1交于M3点,即为新的工况点,此时保持离心泵排出量不变仍为1560m3/h,但泵的扬程H3降低为135kPa(m),采用降低油泵电机转速保证满足输油量的情况下,通过削减离心泵杨程节约的能量为H2M2M3H3的面积。这就是离心输油泵变频节能的原理。
3 浦航变频改造情况
浦航公司的油泵电机为高压三相异步电动机,该电机本身不具备调速功能,若要调速需增加调速装置控制电机进行无级调速。变频调速将工频电源变换为频率、电压均连续可调的电源,采用多电平技术,将输出隔离变压器的多个副边绕组,分别为各功率单元供电,通过多个IGBT功率单元串联叠加后,达到完美无谐波高压输出,实现电机无级调速运行。该方式可靠性高、稳定性强,构造简单,经久耐用,维护方便。
高压变频调速系统固然可产生较好的节能效益,但由于输油系统属于油库生产中的一个重要枢纽环节,长时间连续运转,除对设备本身要求有较高的可靠性之外,在技术方案上必须与现场的工艺特点相结合,充分考虑现场操作的安全性,适用性和方便性。浦航油库采用了以下技术措施:
系统具备工频、变频手动切换功能。一旦变频系统出现故障,可以切换到工频档,在变频系统维修期间可正常保障输油泵的运行,满足油库生产的需要。
现场设置、启动、停止以及紧急停机按钮,极大地方便了现场操作人员的操作。
优化系统的保护参数,确保输油系统的连续平稳运行。在应用于输油系统时对一些保护的参数按实际需要进行设置,避免由于变频系统的保护过于灵敏而造成输油泵停机,影响输油系统的安全平稳运行。
在变频调速系统内设置适合于现场实际的报警功能,并对运行的参数,操作情况,故障情况具有详细的记录功能。
4 油泵电机改造后的节能效益
浦航油库长输管线输油泵电机采用高压变频器节能改造后,电机转速降为为820r/min左右,电机功率为468KW左右,节电率达到47%,既提高了油泵的运行效率,又满足了生产要求。根据现场运行的参数,油泵每年按1950小时运行,电价为1.30元/度计算,油泵年节约电费为(882.77-468)×1950×1.30≈105.14万元。
浦航油泵电机节能改造的设备投入成本约为80.00万元,根据以上数据,设备投入回收期不足1年。考虑到高压变频调速设备寿命为20年,20年内节省接近2千万元电费,经济效益相当可观。
5 结束语
高压变频调速是输油泵电机的节能改造的有效途径,通过调速技术,可以完全打开泵出口阀,有效地避免了输油泵出口阀的节流损失,同时还较好的减少输油泵机组的机械冲击、摩损和噪音,提高了安全系数,延长了输油泵机组的维护保养周期及使用寿命。随着国家能源紧张严峻的形势,提高能效、节约能源是国家能源战略的重要目标和措施,浦航公司通过节能改造,优化企业生产设备,推进技术创新,提高企业生产能力,增强设备的可靠性和稳定性,同时达到节能降耗的目的,具有很好的社会效益。
参考文献:
[1]张国权吴显洪输油泵变频节能技术分析与运用油气储运,2008,27(3)。
[2]张辉靳军叶正茂变频器工作原理与在工程中的应用节能技术,2005,7(4)
一、目标和任务
在钢铁、煤炭、建材、化工、有色等重点耗能行业实施“六大重点节能工程”,形成年节能量90万吨标准煤,到“十一五”末,实现300万吨标准煤节能量的目标,主要产品单位能耗指标总体达到或接近本世纪初国际先进水平。
(一)钢铁工业节能
1.现状:20****年,我省钢铁行业主要产品产量为生铁935.10万吨、粗钢635.38万吨、成品钢588.****万吨、铁合金51.87万吨。昆明钢铁控股有限公司吨钢综合能耗为739千克标准煤,属省内先进水平。存在的主要问题是高炉余热余压没有得到充分利用,多数高炉尚未配套炉顶压差发电设备;高炉煤气、转炉煤气等可燃副产煤气还存在放空浪费的现象;转炉负能炼钢技术未得到广泛推广应用;工艺落后、能耗高、污染大的工艺装备需要淘汰。
2.目标:实现年节能量20万吨标准煤。
3.措施:
(1)按照钢铁产业政策的要求,有序发展钢铁工业,将铁矿和生铁资源向优势钢铁联合企业集中,实现技术装备大型化、生产流程连续化、紧凑化、高效化,最大限度综合利用各种能源和资源。
(2)通过采用高炉炉顶压差发电技术、纯烧高炉煤气锅炉技术、燃气-蒸汽联合循环发电技术、转炉负能炼钢技术、蓄热式轧钢加热炉技术、双预热技术、蓄热式燃烧技术、干法熄焦技术,强化高炉富氧喷煤,回收烧结环冷机、转炉余热蒸汽,采用高效节能电动机、高效风机、泵、压缩机,采用高效传动系统,推广变频调速、永磁调速技术,推广软启动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统等,合理配置能量,实现系统经济运行。
(3)实现昆明钢铁控股有限公司新增年发电量11.4亿千瓦时,折合14万吨标准煤。
(4)实现曲靖、玉溪两市钢铁生产企业回收80%高炉煤气用于发电5.6亿千瓦时,折合6.88万吨标准煤。
4.实施主体:昆明钢铁控股有限公司、****德胜钢铁有限公司及其他钢铁企业。
(二)煤炭工业节能
1.现状:20****年,我省原煤产量7339万吨,洗精煤683万吨,焦炭约1233万吨,全省生产矿井瓦斯排放总量9.7亿立方米,实际利用0.02亿立方米,相当于年损失120万吨标准煤。存在的主要问题是矿井数量多,生产规模偏小,部分煤矿瓦斯含量偏高,开采安全性差,开采进度慢,由于开采深度不断延伸,造成排水、提升运输和通风等用电量增加,近年来吨煤电耗呈逐年快速上升趋势。
2.目标:实现年节能量14万吨标准煤。
3.措施:
(1)建设锅炉动力用煤配送加工中心。建立锅炉动力用煤配送加工中心,按用户需要加工煤炭,提高锅炉热效率。
(2)建立煤层气(瓦斯)开发利用产业体系,加大新型高效瓦斯抽放利用力度。实现白龙山、田坝、恩洪矿煤层气(瓦斯)示范项目完成发电装机44兆瓦,年发电2.53亿千瓦时,折合3.11万吨标准煤。
(3)推广干法熄焦技术,回收排空焦炉煤气用于发电。实现回收60%焦炉煤气用于发电9亿千瓦时,折合11万吨标准煤。
(4)合理利用煤炭资源。发展煤电结合的坑口电站,变运煤为输电。充分利用煤矸石等低热值燃料用于发电、生产水泥、砖瓦和其他新型建材。推广示范应用洁净煤、优质生物型煤替代原煤作为锅炉用煤。
(5)以****煤化工集团、小龙潭矿务局、白龙山为行业技术节能示范点,联合节能技术服务机构,推行能源合同管理。
4.实施主体:煤炭生产、加工相关企业。
(三)建材工业节能
1.现状:20****年,全省有水泥生产企业272户,水泥熟料年生产能力4657万吨,其中新型干法水泥熟料年生产能力2008万吨,水泥年生产能力6209万吨,实际产量33****万吨。20****年生产商品混凝土146.57万立方米,平板玻璃302.5万重量箱,花岗石板材17.9万平方米,建筑陶瓷1229.6万平方米。存在的主要问题是产业集中度低,企业平均生产规模偏小,运行管理水平低,窑炉的余热、余压没有得到充分的利用。其中以水泥生产行业最为典型,全省平均可比熟料吨综合煤耗140千克标准煤,吨综合电耗75千瓦时,可比水泥吨综合电耗110千瓦时,吨综合能耗131千克标准煤。
2.目标:实现年节能量10万吨标准煤以上。
3.措施:
(1)推广大型新型干法水泥窑纯低温余热发电技术,完成****瑞安建材48兆瓦新型干法水泥窑纯低温余热发电项目,实现年新增电量3.18亿千瓦时,折合3.9万吨标准煤。全省其他新型干法水泥生产线实现50%利用余热发电,年新增电量4.96亿千瓦时,折合6.095万吨标准煤。
(2)推广高铬合金耐磨材料磨球技术,推广与高效率的立磨或辊压机、球磨机匹配的粉磨生料制备系统,提高水泥生产粉磨效率,降低粉磨电耗、钢球耗量。
(3)推广高效节能电动机、高效风机、压缩机,提高电机系统效率,推广变频调速、永磁调速等先进电机调速技术,改善风机、球磨机类电机系统调节方式,推广软启动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统节能技术和设备等。
(4)以****瑞安建材、昆钢嘉华水泥为行业技术节能示范点,联合节能技术服务机构,推行能源合同管理。
4.实施主体:****瑞安建材、****昆钢嘉华水泥、红塔滇西水泥及其他建材企业。
(四)化学工业节能
1.现状:我省化学工业主要耗能产品为合成氨、磷肥、黄磷、电石和烧碱等,经过多年调整和改造,大企业生产装置(如合成氨)较为先进,产品单耗较低。存在问题主要是多数化工企业生产规模较小,生产设备老化及生产工艺落后,部分具备热联合或热集成条件的生产单元孤立运行,系统总体用能不合理,部分企业余热、余压未能充分利用,产量大、价值高的黄磷尾气利用尚处于起步阶段。
2.目标:实现年节能量5万吨标准煤。
3.措施:
(1)对现有化工企业和焦化企业进行节能改造。推广节能型烧碱生产技术、密闭式电石炉。推广工艺系统流程泵变频调速及自动化控制。推广矿热炉低压动态无功补偿及谐波治理节能技术。
(2)推广黄磷工业炉尾气回收利用技术。我省年空烧黄磷炉尾气约9亿立方米,实现50%黄磷炉尾气回收发电。
(3)做好电石工业节能。新建电石炉单台容量必须达到25000千伏安(独立运行小水电及有矿产资源的国家认定的贫困地区为12500千伏安)以上;把现有的半开放式电石炉改造成封闭式电石炉,并配套炉气余热回收利用装置。
(4)以云天化集团、****煤化工集团、江磷集团为行业技术节能示范点,联合节能技术服务机构,推行能源合同管理。
4.实施主体:云天化集团、****煤化工集团、江磷集团及其他化工企业。
(五)有色工业节能
1.现状:20****年,我省共生产10种有色金属207.33万吨,其中铝46.57万吨,铜37.01万吨。存在的主要问题是落后工艺与先进工艺并存,能源消耗水平差距较大。
2.目标:重点企业单位产品能耗保持国内先进水平。
3.措施:
(1)实施“工业窑炉节能改造工程”、“余热余压利用工程”、“电机系统节能工程”、“能量系统优化(系统节能)工程”,对企业进行节能改造,淘汰落后工艺和设备。主要推广高效节能电动机、高效风机、泵、压缩机;推广高效传动系统;推广变频调速、永磁调速技术;推广软启动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统等。通过过程控制合理配置能量,实现系统经济运行。
(2)按照有色金属行业的准入条件,对现有装置进行改造升级,加强再生资源利用和伴生共生资源综合开发,积极采用先进、适用、安全的节能设备和措施,充分利用余热余压发电,推广烟气废热锅炉及发电装置、窑炉烟气辐射预热器和废气热交换器,回收其他装置余热用于锅炉及发电。
(3)以云铜集团、****冶金集团、****锡业集团为主,联合节能技术服务机构,推行能源合同管理。
4.实施主体:云铜集团、****冶金集团、****锡业集团及其他有色冶金生产企业。
(六)电力工业节能
1.现状:20****年,我省电力装机容量1854.3万千瓦,其中火电841.7万千瓦,水电1012.6万千瓦。2005年、2008年、2010年火力发电企业单机发电每千瓦时能耗限额分别为:300兆瓦机组342、339、336克标准煤,200兆瓦、135兆瓦机组355、352、349克标准煤,100兆瓦机组383、380、378克标准煤。
2.目标:通过电力需求侧管理提高终端能效。
3.措施:
(1)优化电网调度,降低电网损耗。按照节能、环保、经济的原则,优先调度可再生能源,高效、清洁的机组全额发电上网,优先保证低能耗电厂多发电,降低发电煤耗。优化电网结构,完善高、低压配电网络。
(2)开展电力需求侧管理。实行峰谷、丰枯电价,完善分时电价等激励性政策;合理调整负荷,优化用电方式,提高电网运行的安全稳定性和经济性,鼓励和支持用电单位实施节电技术改造,提高电网负荷率和电能终端使用效率。
4.实施主体:南方电网****公司、发供电企业和实施热电联产建设与改造的企业和单位。
(七)通用技术节能
1.现状:我省现有工业锅炉约5000台,平均运行热效率低于65%,单台锅炉容量小,设备陈旧老化,锅炉自动控制水平低。电机系统用电量占我省工业用电量的2/3,电机系统匹配不合理,系统效率普遍较低。照明系统用电量占全省用电量的15%,节能灯具尚未得到普遍推广,照明系统的优化控制技术有待提高。
2.目标:实现年节能量42万吨标准煤。
3.措施:
(1)加快工业锅炉改造。采用新型高效锅炉系统更新、替代低效锅炉,提高锅炉热效率,实现节能量23.5万吨标准煤。
(2)推进电机系统节能,实现节能量16万吨标准煤。采用高效节能电动机替代落后低效电机,推广使用高效风机、泵、压缩机、高效传动系统等设备;推广变频调速、内馈斩波等先进电机调速技术,改善风机、泵类电机系统调节方式,重点对大中型变工况电机系统进行调速改造;推广软启动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统等。通过过程控制合理配置能量,实现系统经济运行。
(3)推广绿色照明,实现节能量2万吨标准煤。在政府机关、学校、宾馆饭店、商厦超市、大型工矿企业、医院、铁路车站、道路、隧道及城市居民小区等推广高效照明产品;推广使用风光互补独立供电系统、太阳能与高亮度半导体发光二极管(LED)集成照明产品;采用高亮度LED集成产品作为城市景观泛光照明,发展太阳能光伏电池。
(4)加快淘汰JO2系列等低效电机、低效锅炉、窑炉等落后设备,实施电动机能效标准和电机系统强制性淘汰更新制度、高耗能机电产品强制淘汰制度,完善照明产品能效标准,加强照明产品节能认证。
4.实施主体:相关用能单位。
二、示范工程
“十一五”期间,重点实施“6大节能工程”,完成节能示范工程480项,每年实现节约能源90万吨标准煤(见附件)。
(一)余热余压利用工程
1.现状:据不完全统计,我省水泥行业日产1000吨以上的新型干法水泥生产线余热发电可装机容量约230兆瓦,焦化行业年空排焦炉煤气约10亿立方米,黄磷行业黄磷炉尾气年空烧约9亿立方米。
2.目标:实现年节能量48万吨标准煤。
3.措施:
(1)水泥行业:完成****瑞安建材48兆瓦新型干法水泥窑纯低温余热发电示范项目,推动昆钢嘉华、红塔滇西水泥利用纯低温余热发电。全省50%新型干法水泥窑实现装机发电,年新增发电量8.14亿千瓦时,折合10万吨标准煤。
(2)钢铁行业:完成昆钢控股有限公司余热发电示范项目,年新增发电量11.4亿千瓦时,折合14万吨标准煤。
(3)焦化行业:在焦炭主要生产地曲靖示范完成两个焦炉煤气发电项目。回收60%焦炉煤气发电9亿千瓦时,折合11.****1万吨标准煤。
(4)黄磷行业:在有条件的黄磷生产企业示范完成两个黄磷炉尾气发电项目。
(5)推广蒸汽冷凝水回收利用、蒸汽蓄热器项目,实现每小时回收100吨蒸汽冷凝水,年节约能源1.44万吨标准煤。
(二)燃煤工业锅炉节能改造工程
1.现状:我省现有锅炉约8000台,其中工业锅炉约5000台。
2.目标:实现年节能量22万吨标准煤。
3.措施:
(1)示范完成分层给煤、热管空预器改造60台(约1100蒸吨),实现节能量12.67万吨标准煤;
(2)示范完成锅炉给水处理及锅炉清洗改造100台(约500蒸吨),实现节能量0.864万吨标准煤;
(3)示范完成工业锅炉自动控制、蒸汽蓄热器、自动排污等项目改造50台(约2000蒸吨),提高锅炉运行热效率5%,实现节能量8.64万吨标准煤。
(三)电机系统节能改造工程
1.目标:实现年节能量14万吨标准煤。
2.措施:“十一五”期间,示范完成电机系统节能改造示范工程1600项,其中完成600台高效节能电机替代落后低效电机,600台套风机、水泵低压变频改造,50台套高压电机变频调速改造。
(四)煤层气(瓦斯)发电工程
1.现状:我省煤层气资源约4240亿立方米,抽采1亿立方米用于发电,可实现节能量9.5万吨标准煤。
2.目标:实现年节能量3万吨标准煤。
3.措施:“十一五”期间,示范完成白龙山、田坝、恩洪等矿煤层气(瓦斯)发电技术项目90项,装机44兆瓦,年发电2.53亿千瓦时,折合3.11万吨标准煤。
(五)绿色照明工程
1.目标:实现年节能量2万吨标准煤
2.措施:“十一五”期间,示范完成20项绿色照明工程,具体为:在11个集团公司、百家企业完成绿色照明示范工程10项,完成大型LED景观照明、太阳能光伏照明、风光互补独立供电系统、大中城市交通信号灯系统示范工程5项,完成太阳能建筑一体化、小区、学校、医院、道路、隧道等大型公共建筑绿色照明改造示范5项,在各种场合推广高效照明产品和高效控制系统100项。
(六)能量系统优化工程
1.目标:实现年节能量1万吨标准煤。
2.措施:“十一五”期间,示范完成能量系统优化示范工程10项,包括能量系统优化、能量梯级利用、高效能量管理系统、清洁生产等。具体示范完成钢铁能量系统优化、合成氨能量系统优化、黄磷能量系统优化、电石能量系统优化、水泥能量系统优化、烟草能量系统优化、球磨机高耐磨耗材示范应用。
三、保障措施
(一)加强组织领导。重点行业企业技术节能工作由省经委统筹规划,各级工业经济主管部门和企业组织实施。相关行业协会、其他节能技术服务机构要发挥技术和信息优势,指导企业完善节能管理,推动节能新技术、新工艺、新设备、新产品的应用,促进节能技术进步。
(二)严格节能管理。加强对重点企业节能工作的检查和指导,进一步落实目标责任,完善节能计量和统计,组织开展节能设备检测,编制节能规划。推行重点耗能企业建立能源管理师制度,实行重点耗能企业能源审计和能源利用状况报告及公告制度,推行强制性能效标准和标识。对未完成节能目标责任任务的企业,强制实行能源审计。启动重点企业与国际国内同行业能耗先进水平对标活动,推动企业加大结构调整和技术改造力度,提高节能管理水平。