1、山东华鲁恒升化工股份有限公司大氮肥一期水站节能改造项目建议书立项单位：生产部项目负责人：生产副总：立项日期：2010-8-11报送：总经理 财务部 投资部 设计院 工程技术部 采购部节电改造项目建议书一、背景（1） 、国内用电环境分析能源的开发和控制是一个世界性的课题，它直接关系到人类的生存和发展，目前，我国在用电方面正面临着长期性的电力短缺和紧张局面，随着中华人民共和国节约能源法 、 节约用电管理办法 （国办发200430 号） 、 国务院办公厅关于开展资源节约活动的通知等相关政策、法规的相继出台，鼓励各用电企业采用好的方式加大节能技术改造，并且把节能列入政府工作范围，作为政府职能考核的一项
2、重要手段。据世界能源研究报告，中国目前电力缺口在 9.93%，到 2010 年将达到 15%。节电将成为最后一个国情产业，节电成本是未被控制的最后一项成本。（2） 、节电改造的必要性: 节电对企业与用户而言最直接的收益就是节省电费开支，降低成本，提高经济效益。目前电费开支已成为许多商业企业位居第三或第四位的经营性支出，过去企业对电费的控制显得力不从心，交纳电费似乎天经地义。节电设备的应用，使电费开支不可控变为可控，为企业开发最后一项成本控制提供了条件。而且由于节电器投资回收期较短，企业由此将得到长期丰厚的节支回报，其次，节电器的投用，可以延长设备（电机、灯具、其它负载）寿命，大大减少设备损坏率
3、及其设备更换和维护费用，避免了因设备故障停机而直接影响到停产所造成的巨大损失，同时减少电力扩容的投资，其综合经济效益十分显著。二、风机、水泵节电原理高压变频器节电原理：风机、水泵是各行各业中普便使用的设备，在实际的使用过程中，因工艺的需要经常调节风机、水泵的流量、压力、温度等。目前大多数风机、水泵采用传统的档板或阀门进行调节，即在需要降低流量时以增加阻力的方式部分关闭档板或阀门，使大量能量消耗在档板或阀门上。采用变频调速技术后可以随工艺的要求实现动态调节，大幅减少能耗，达到节电的效果。1、风机节电原理：图中曲线（1）为风机在恒定转速 n1 下的风压一风量（HQ）特性，曲线（2） 为管网风阻特性
4、（风门全开） 。假设风机工作在 A 点效率最高，此时风压为 H2，风量为 Q1，轴功率 N1 与 Q1、H2 的乘积成正比，在图中可用面积 AH2OQ1 表示。如果生产工艺要求，风量需要从 Q1 减至 Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3） ，系统由原来的工况点 A 变到新的工况点 B 运行。从图中看出，风压反而增加，轴功率与面积 BH1OQ2 成正比。显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由 n1 降到 n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速 n2 风量（QH）特性，如曲线（4）所示。可见在满足同样风量 Q2 的情况下，风压H3 大幅
5、度降低，轴功率 N3 随着显著减少，用面积CH3OQ2 表示。节省的功率N=（H1-H3）Q2，用面积 BH1H3C 表示。显然，节能效果十分明显。2、水泵的节能原理：许多用泵场合都需在维持恒压的情况下改变给水量（流 量 Q）从左图可知：当流量 Q1 降至 Q2 若不改变水泵转速, 扬程将升至 B 工作点，其功率可用H2Q2 来计算，对应面积 BH20Q2。原 A 工作点功率Q1HT 图上面积 AHTOQ1，两者所耗功率变化不大，如果我们降低转速至（2）即可节能Q2H2Q2HT=Q2（H2HT） ，图 DBH2HT 的面积即是节能值。再如流量变至 Q3 若仍以额定转速运行，所需功率 Q3H1，
6、浪费能量为 FCH1HT。与风机节能原理相同水泵电机输出功率正比于转速三次方关系，用变频器进行调速，流量下降，可保持恒压 HT 若转速下降至额定转速的 80%，轴功率下降至额定功率的 51.2%,流量下降至 Q3,若使扬程恒定,可使转速下降到额定转速的 70%,此时轴功率是额定值的 34.3%,节能达65.7%。3、直接经济效益通过变频调节电机转速，使电机出力与需求相当，不会造成能量浪费。4、间接经济效益省：工频启动电机时，启动电流是电机额定电流的 6-7 倍，对电机、电缆、开关冲击大，容易损坏；变频器启动，对电机、电缆、开关无冲击电流，设备健康水平大大提高，减少维护费用、停机损失。5、增强设
7、备的可靠性用高压变频器后，启动频率低、转速低，电流小且平稳，实现软启动。避免了用工频启动时的大电流大转矩对电机、电缆、开关及机械设备的不利冲击，不仅延长了电机等设备的使用寿命，也减轻了轴承的磨损，提高了设备的可靠性，同时高压变频器具备 3 秒的断电运行功能，可抵制电网波动的影响。6、提高自动化水平变频调速装置都配有计算机接口，可以很方便的与工业标准通讯系统、能源管理系统和其它系统联接，极大的提高了机组的自动控制水平。7、减轻操作人员的劳动强度机组的负荷发生变化，改变引风机挡板来调节风量，控制比较困难，而变频调速可以通过增减频率来调整，操作非常简单、灵活。三、大氮肥一期水站现场工艺流程描述及现场
8、设备运行情况分析大氮肥一期水站的水泵分别采用并联的方式使各泵出口管路并与系统供水总管路，水泵进口阀门全开，出口阀门做为调节阀门。通过后台仪表检测总管压力，通过调节出口阀门的大小来改变系统的水压力和流量，满足工艺生产用水的要求.阀门调节方式为手动，所有水泵均采用直接启动的方式，单机对单柜,各高压柜均带有综合保护装置。大氮肥的一期水站，供水水泵均为离心清水泵，配套电机为 6KV 2240KW 的三相交流异步电动机. 系统水流量的调节采用调节出口阀门的方式,出口调节阀门采用手动蝶阀.测量时阀门运行开度均在 25%左右，阀门前压力为 0.8Mpa, 阀门后压力为 0.41Mpa,从而形成阀门前后的极大
9、的水压差值，造成严重的节流损失，同时造成系统管路的管阻加大.由于管阻的加大，在水泵全速运行时易造成泵体，管路，阀门振动，影响设备使用寿命。且系统操作自动化程度较低，耗能严重。若采用高压变频调速技术，替代传统的阀门调节技术，理论上能达到节能降耗和提高系统自动化操作的双重目的。从目前测算看大氮肥一期水站理论上节电率在 35%左右。（一）大氮肥一期水站设备数据1、设备参数明细参 数设 备台 数（ 台 ）额 定 功 率（ KW）配 备情 况启 动方 式额 定 转 速（ r/min）额 定 电压 （ KV）额 定 电流 （ A） 接法1#水 站 循 环水 泵 4 2240三开一备 直启 578 6 28
10、4 Y 接2、大氮肥一期水站设备实测数据如下：1#水站：参数设备实 供 电压（ KV）运 行 电流 （ A）出 口 压 力（ Mpa）阀 门类 型出 口 阀门 开 度压 力 要 求（ Mpa）有 用 功率（ KW）功 率因 数 备 注1#循环水泵 6.065 286 0.42MPa 蝶阀 22% 0.41 2523 0.842#循环水泵 6.14 282 0.42MPa 蝶阀 22% 0.41 2508 0.843#循环水泵 6.11 287 0.42MPa 蝶阀 23% 0.41 2540 0.844 台水泵三开一备，4 台全年交替运行注：4#循环水泵没开启使用，开启运行情况和 1#，2#,
11、3#循环水泵运行情况基本相同。（二） 、节电率计算（1） 、节能计算理论依据系统当前采用的是水泵阀板调节,不论工况如何变化,电机均要运行在较高额定转速,通过调节满足水泵阀板实际工况需要的水量，这样虽然满足了实际工况的水量需要，但是阀板调节时在节流装置上产生了很大的节流损失，浪费了大量的能量，同时设备的启、停对电网和设备的冲击，还会影响设备的使用寿命。根据水泵学的知识，在水泵类负载变流量、变压力的运行状况中，流量、扬程和消耗的能量之间有下面的关系：水泵的流量和电机转速成正比；21nQ水泵的全压/扬程和电机转速的平方成正比；21H水泵消耗的轴功率跟电机转速的立方成正比；321nP当系统采用变频调节
12、时，直接通过改变频率来改变电动机的转速来满足不同工况的需求。此时电机消耗的能量将会以与电机转速立方的关系下降，因此变频调速的节电效果非常显著。变频调速方式调速范围宽，线性度很好，其本身的电子损耗很低，因而无论在轻载还是满载都有很高的效率。（2） 、节能估算：以 1#水站 1#循环水泵（为例）: 实际测量工频运行：1#循环水泵，P 工频=2523kW节电率估算 节： 1#循环水泵运行时阀板开度在 25%左右，实际的流量约为额定流量的 80%；节电改造前后功率比为P(流量比) 3/1/2节电装置效率 1=0.9, 在理论上水泵的节电率计算应考虑水泵实际运行在低速时效率会下降很多，所以在计算中取水泵
13、的低频运转损耗为 2=0.8。则 P(80%) 3/0.9/0.870%,则改造后系统消耗功率约为： =PP =2240kW70%1568kWbP改造后相对于工频阀板运行时的节电量约为： = P 工频 =2523W1568 kW =955KWb则 1#循环水泵节电改造后节电率为：（ / P 工频）100（955kW/2523 kW）10037%以上计算均应采用国际单位制进行计算，计算中不包含输送管道的损耗情况，数据计算采用现场测量值和理论推导值得出 1#循环水泵理论节电率，考虑到系统在运行中的波动以及节电设备自身的消耗等因素，节电率会低于理论的计算值，一般在 35%左右，保守期间，暂按 30%
14、计算。四、风机、水泵实施方案A、配置变频器1、一次回路由进线柜、旁路柜、变频器、电机组成。2、旁路柜的作用是在变频器维护或变频器出现故障时，将电机投入到工频电网运行，保证生产不受影响。3、旁路柜使用自动旁路柜,充分发挥变频器飞车启动功能,实现工频、变频的双向无扰动自由切换。4、进线柜为工频运行的电机和变频运行时的变频器提供电气保护，整定值以保护电机为准。5、变频运行时，变频器为电机提供全面的保护，但变频器本身的保护（主要是过电压保护、速断保护）由进线柜负责，其整定值保持电机保护整定值不变。6、一次回路 高 压 柜高 压 母 线 HIVERT高 压 变 频 器旁 路 柜带隔离刀闸的自动旁路柜一次
15、回路图B、安装方案1、在 302 配电室西侧空地建高压变频器室2、与投资方签订投资实施合同3、变频器安装、电缆敷设到位4、逐台改造接线，投入运行，不影响生产。5、改造工期 60 天左右。五、大氮肥一期水站节电估算目前，大氮肥一期水站共有四台 2240KW 水泵，三开一备，三台泵都满载或超载运行，节电率按 30%计算，则年节电 2240*3*0.3*8760=17660160KWT 电费按 0.42 元/千瓦时计算，则年节省电费 17660160*0.42=7417267.2 元=741.72672 万元。降低主变负荷：2240*3*0.3=2016KW六、投资回收期设备、土建、电缆总投资约 8
16、60 万元，投资回收期 14 个月左右。七、经过节电改造后间接效益：（1）真正实现了电机软启动，启动电流小于额定电流（用工频启动时启动电流是电机额定电流的 6-7倍，经常造成电机、电缆、开关损坏，机组被迫减负或停机） ，启动更平滑。设备冲击更小，故障率会明显减少，间接减少的设备的维护费用，设备使用寿命大大提高。（2）电机以及负载转速下降，系统效率得到提高，取得节能效果。大大减少了对设备的维护量，延长了电机寿命，节约了人力物力资源。 （3）由于电机以及负载采用工况适应性调节后，工作特性改变，设备工况得到改善，延长设备使用寿命。（4） 、功率因数提高到 0.9 以上，不仅省去了功率因数补偿装置，而
17、且减少了线路损耗，增加了电网稳定系数。（5） 、配有计算机接口，可以很方便的与工业标准通讯系统、能源管理系统和其他系统连接，提高了整个系统的自动化水平和工艺水平。（6） 、节能减排，减少了温室气体的排放，保护了环境。综上所述，进行节电改造是“一次投资，终生受益” 。不仅节约了企业的用电成本，降低了不必要的电力扩容，更带来一系列良性循环和综合经济效益，无论从节能环保，还是经济、社会效益的角度看，此项投资都具有长远而深刻的实际意义。八、合作模式由于高压变频器投资较大，为减轻企业的负担和风险，建议采用 EMC合同能源管理模式进行合作，首先对大氮肥一期水站 4 台高压水泵进行改造，视效果再对其它设备逐一改造。当否，请批示！
