制鹽企業(yè)的節電原理分析論文
1、降低線(xiàn)路損耗
電能是通過(guò)電氣線(xiàn)路來(lái)傳輸的，線(xiàn)路可由不同類(lèi)型的金屬導線(xiàn)構成。導線(xiàn)是導體，但其本身又具有一定的阻抗，必然帶來(lái)電能損耗的問(wèn)題。其線(xiàn)路損耗功率為△P=I2R，式中的R為線(xiàn)路電阻。
由導線(xiàn)電阻計算公式R=L/S可知，不同類(lèi)型的材料由于其電阻率的數值不同，其電阻大小也就不相同。工廠(chǎng)常用材料中，銅的值小于鋁的值，應提倡以銅替代鋁，盡可能地采用銅材料來(lái)做導線(xiàn);其次，電阻的大小與導線(xiàn)長(cháng)度L成正比，說(shuō)明電源點(diǎn)與負載的距離要合理選擇、布局，盡量縮短線(xiàn)路長(cháng)度;電阻與導線(xiàn)截面積S成反比，說(shuō)明對某一固定負載應盡量采用截面積大的導線(xiàn)，或將原有小截面的導線(xiàn)改為大截面的導線(xiàn)，這樣可以減小它的電阻值。
線(xiàn)路損耗功率△P=I2R還說(shuō)明，損耗功率△P與線(xiàn)路電流I的平方成正比，而對三相交流線(xiàn)路而言，P槡=3VIcosφ，其中P為線(xiàn)路輸送的總功率，V為三相線(xiàn)路的線(xiàn)電壓，I為每相的電流，cosφ為功率因數。在P一定時(shí)，V越大，cos值越大，則I越小，也即△P=I2R也就越小。因此，提高線(xiàn)路電壓和cosφ是行之有效的。在選擇電壓等級時(shí)，盡量選用較高一點(diǎn)的，并且千方百計將cosφ提高。因此降低線(xiàn)路損耗的有效措施是選用電阻率小的材料、增大材料截面積、提高線(xiàn)路電壓和提高用電系統的功率因數。
2、合理選用變壓器
變壓器是提供工廠(chǎng)電源的電氣設備，它在進(jìn)行電能轉換的同時(shí)，自身也消耗了許多電能，因此，如何選擇和使用變壓器也是節電的重要方面，變壓器的電能損失計算公式為:有功損耗△WP=P0Tt+△PCU．N．T(Se/SNT)無(wú)功損耗△WQ=△QOTt+△QN．T(Se/SNT)式中:t———變壓器投入運行時(shí)間，h;———最大負荷損耗小時(shí)數，h;△P0T———變壓器空載有功功率損失，kW;△PCU．N．T———變壓器在額定負載下的銅耗，kW;△QOT———變壓器空載無(wú)功功率損失，kvar;△QN．T———變壓器在額定負載下，無(wú)功功率損失增量，kvar△P0T、△PCU．N．T、△QOT、△QN．T可根據有關(guān)數據計算，也可以由產(chǎn)品目錄中的有關(guān)技術(shù)數據查出。
由此可知，變壓器能量損失不可忽略，在選用變壓器時(shí)應采用低損耗的節能變壓器，用新型(如目前的S9系列)節能變壓器逐步取代高能耗的老式變壓器;變壓器的容量選擇對能耗關(guān)系極大，對某一負載而言，不同容量的變壓器給它供電，則負載率將發(fā)生變化，變壓器容量、負載率、功率因數和運行效率之間有著(zhù)密切的關(guān)系。由理論分析和實(shí)際運行計算可知，當負載率為0．56和0．42時(shí)效率最高。另一方面又要考慮電費因素的影響，還應依據目前供電部門(mén)電費收取標準中按變壓器額定容量計算基本電費的因素來(lái)全面考慮選擇變壓器容量。這樣才能使變壓器運行在高效率范圍內，從而達到節能目的。
3、科學(xué)推廣無(wú)功補償
交流電路中的無(wú)功功率雖不直接做有用功，但它是電磁能量交換中必不可少的因素，電力系統中的大多數負載是感應電動(dòng)機，屬電感性負載，它的功率因數較低，這樣就使得電力系統中必須有足夠的無(wú)功來(lái)進(jìn)行電磁轉換，過(guò)大的無(wú)功造成了電路中的總電流增大，使線(xiàn)路損失(△P=I2R)增大，并且也降低了電氣設備的利用率。為了提高電力系統的功率因數，必須進(jìn)行無(wú)功補償，以減少線(xiàn)路損失，提高設備利用率。制鹽企業(yè)通常采用并聯(lián)電容器和調節發(fā)電機勵磁來(lái)進(jìn)行無(wú)功補償，收效較大�，F以單相電路為例來(lái)進(jìn)行分析，如圖1、圖2所示。圖1中的R1、X1為線(xiàn)路的電阻和電抗，R、X為負載的電阻、電抗。
在補償前，即未并聯(lián)電容C:電流I=VR1+R+X1+X，也就是I1，它滯后電壓V一個(gè)角度;補償后I=I1+IC，其中IC為電容電流，超前電壓V一個(gè)90°角，由矢量合成，得到的I顯然比I1小，由此推導得出，補償電容C的計算公式:C=P2×3．14fV2(tgφ1－tgφ)式中:P———電流向負載供給的有功功率，W;V———系統電壓，V;f———系統頻率，Hz;φ1———補償前負載的阻抗角;φ———補償后系統的阻抗角;C———補償電容，μF。制鹽企業(yè)中，還可用調節汽輪發(fā)電機勵磁電流來(lái)改變輸出的無(wú)功功率以適應負載需要，這時(shí)計算補償的無(wú)功出力QC為:QC=P(tgφ1－tgφ)也就是把功率因數從cosφ1提高到cosφ所需要的無(wú)功功率。由于并聯(lián)電容和采用調節發(fā)電機的無(wú)功輸出能減小系統中的總電流，也就能減少線(xiàn)路的有功、無(wú)功電耗，又能減少變壓器的損耗，提高其利用率，因此無(wú)功補償是重要的電氣節能措施。
實(shí)際應用中，應根據各企業(yè)的線(xiàn)路布局，合理地選擇調節發(fā)電機勵磁與并聯(lián)電容(可根據實(shí)際情況科學(xué)地分析計算，靈活地選擇高、低壓集中補償、低壓分組補償、低壓就地補償等合理的補償方式)，并且采用自動(dòng)補償與手動(dòng)補償相結合的辦法，做到恰到好處，實(shí)現企業(yè)的最佳功率因數運行，最大限度地降低有功和無(wú)功電力損耗。
4、采用變頻調速裝置
在制鹽企業(yè)，普遍采用泵與風(fēng)機來(lái)確保生產(chǎn)工藝過(guò)程的正常進(jìn)行，這些設備的運行參數必須根據生產(chǎn)工藝的要求，隨時(shí)進(jìn)行調節。泵與風(fēng)機的調節以往是采用傳統的節流方法來(lái)進(jìn)行，就是通過(guò)改變設在泵(或風(fēng)機)出口(或進(jìn)口)管路上的節流調節閥門(mén)(或風(fēng)門(mén))的開(kāi)度來(lái)實(shí)現的。以泵為例，其調節特性曲線(xiàn)如圖3所示。若泵的工作點(diǎn)選在A(yíng)點(diǎn)時(shí)的效率最高，流量Q為100%額定值，壓力為H1，此時(shí)的軸功率P1與面積AH1OQ1成正比;當流量由Q1減小到Q2時(shí)，必須通過(guò)減小閥門(mén)開(kāi)度，增加管網(wǎng)阻力的方法來(lái)實(shí)現。這時(shí)管網(wǎng)特性曲線(xiàn)由R1變成R2，泵的工作點(diǎn)由A點(diǎn)變?yōu)锽點(diǎn)，這時(shí)壓力上升為H2，軸功率P2與面積BH2OQ2成正比。經(jīng)理論推導和實(shí)踐驗證，這種調節時(shí)泵的消耗功率(近似為軸功率，下同):PA=PN［0．4+0．6(Q/QN)］式中:PN———泵在額定工效時(shí)的消耗功率;QN———泵的額定流量;Q———泵的實(shí)際流量。假設:Q/QN=50%，則PA=0．7PN。
若改掉傳統的閥門(mén)節流調節，而采用調節泵的轉速來(lái)進(jìn)行，情況就不一樣了，如圖4所示。若Q仍為100%額定值，當流量由Q1減小到Q3時(shí)，采用將泵的轉速由n1降低到n2［根據感應電動(dòng)機的轉速公式n=60f(1－s)/P可知，改變頻率f(即變頻)，是最常用最有效的調速方法］，此時(shí)泵的出口閥門(mén)全開(kāi)(即未改變其開(kāi)度)，也就是未增加管網(wǎng)阻力，管網(wǎng)特性曲線(xiàn)R1維持不變，結果泵的工作點(diǎn)由A點(diǎn)變到C點(diǎn)，壓力下降至H3，軸功率P3與面積CH3OQ3成正比，它比原軸功率P1(與面積AH1OQ1成正比)明顯減小。據理論推導，轉速由n1變?yōu)閚2時(shí)，流量Q、揚程(壓力)H、泵的消耗功率即軸功率P的變化關(guān)系式為:Q1/Q2=n1/n2，H1/H2=(n1/n2)2，P1/P2=(n1/n2)3，即PC=PN(Q1/Q2)3，其中PC是采用變頻調速方法后，泵的消耗功率。
因此采用變頻調速方法后，節約的功率為△P=PA－PC，將PA、PC代入式中得:P=PN［0．4+0．6(Q/QN)－(Q/QN)3］，同樣假設Q/QN=50%，則PC=0．125PN，則△P=PN［0．4+0．6(Q/QN)－(Q/Q3)3］=0．575PN，如圖5所示的陰影部分的面積即為節電功率△P部分。顯然，這種變頻調速方法的節能效果相當明顯。在制鹽企業(yè)中，變頻調速裝置被廣泛應用于鍋爐(或制鹽)送、引風(fēng)機、循環(huán)水泵、給水泵、軟化水泵、給煤機、工業(yè)清水泵、制鹽進(jìn)料泵等設備的調節，并適當與自動(dòng)化儀表及微機相結合，組成DCS集散控制系統，實(shí)現各種參數的微機PID自動(dòng)調節，效果較好。
5、使用智能通用節電器
近年來(lái)，一種適用于工礦企業(yè)所有電源系統的智能型通用節電裝置正在逐步引入制鹽企業(yè)。這種節電器采用高科技的瞬流抑制專(zhuān)用快速開(kāi)關(guān)元件組合而成，可有效地過(guò)濾電網(wǎng)電路中的瞬流、浪涌和諧波成份，保護末端設備不受其影響和損壞;并能減少由此而引起的用電設備的能耗增加，提高整個(gè)系統的用電效率，具有節電和保護的雙重功能。它的主要節電方式為:
(1)緩沖節電。由于瞬變會(huì )導致電能表對一個(gè)系統總的用電量的過(guò)度計量，其過(guò)度的最高幅度可達30%。這種節電器的應用，從兩個(gè)方面切斷瞬變對電能表的階躍式?jīng)_擊:一是堵截外部的來(lái)路，二是切斷內部的回路。它能使電能表的計量復歸正常，用多少電，就計量多少。
(2)是降溫節電。由于瞬變的影響，鐵芯材料過(guò)度的磁滯會(huì )使電流損失增加，這就引起感性負載，尤其是電氣設備的溫度上升，用電效率下降，并且還將影響這些設備的使用壽命，增加維修成本。采用這種節電器能使三相火線(xiàn)之間、火線(xiàn)與零線(xiàn)的電壓抑制在標準的范圍內，有效地控制了過(guò)電壓，保護了用電設備的安全。
(3)清潔節電。由于瞬變會(huì )使開(kāi)關(guān)裝置及其接觸性器件上造成氧化性碳膜層。如在電機的接觸器上，每1Ω阻抗的氧化性碳膜層的生成和存在，可使電機的效率損失13%;一般用電設備的瞬變發(fā)生的頻次為40000次/h，瞬變的持續時(shí)間為100μs，而這將導致8．05%的線(xiàn)路電耗的增加。這種節電器，會(huì )使接觸器及電路中的氧化性碳膜層不再生成，接觸器觸頭表面已形成的氧化性碳膜層逐步自行剝落，舒緩阻滯，從而有效提高系統的用電效率。
6、改交流接觸器為無(wú)聲運行
交流接觸器是工廠(chǎng)電力拖動(dòng)和自動(dòng)控制系統中應用最普遍的電器，其線(xiàn)圈內通以交流電，不可避免地要產(chǎn)生交流噪聲，并且消耗電能。改交流接觸器為直流無(wú)聲運行方案，既能消除噪音，有利于現場(chǎng)工人的身心健康，又能節約能源消耗，一舉兩得。
以常規的直接啟動(dòng)電路為例，如圖6所示為最基本的直接啟動(dòng)電路，它啟動(dòng)運行后，接觸器KM線(xiàn)圈一直是承受全交流電壓，耗電較大。若設計一種電路，使接觸器線(xiàn)圈在啟動(dòng)瞬間承受100%的全交流電壓，但在啟動(dòng)完成后，正常運行時(shí)，使線(xiàn)圈承受較低的直流電壓維持可靠吸合，這樣比承受100%交流電壓時(shí)就要減少較多的耗電。圖7是自行設計的一種典型的無(wú)聲運行電路，電路中增加的二極管D1，D2和電容C即能實(shí)現這種功能，使交流接觸器全壓?jiǎn)?dòng)，低壓直流無(wú)聲運行。經(jīng)實(shí)踐證明，它能節能90%以上。如CJ10—60的交流接觸器原來(lái)耗“有功”260W、“無(wú)功”100W，經(jīng)改造后，僅耗“有功”8W，“無(wú)功”不但不消耗，還可以向外輸出450W，僅一臺這樣的接觸器全年可節電2200kWh，且延長(cháng)了設備的使用壽命，而改造費用僅200元/臺，效益相當可觀(guān)。
7、消除三相負載不平衡
在低壓供電系統中，普遍采用三相四線(xiàn)制供電，除車(chē)間動(dòng)力負載為三相電動(dòng)機外，還有一些如照明、電熱、電焊、電解、單相機車(chē)等單相負載，如果它們以不平衡的方式接入三相四線(xiàn)系統中，勢必會(huì )造成系統三相電壓不平衡，并使中性線(xiàn)電流過(guò)大，這樣就使得某些相的設備工作不正常，利用率不高且損耗增大，自備的汽輪發(fā)電機的發(fā)電出力也因為三相不平衡而有所降低;中性線(xiàn)電流過(guò)大，使配電變壓器運行溫度升高，長(cháng)期運行可能使絕緣材料受損，嚴重時(shí)甚至燒毀變壓器;另外，由于中性線(xiàn)電流的過(guò)大，可能使中性線(xiàn)本身受損或接頭接觸不良，產(chǎn)生斷線(xiàn)，使中性點(diǎn)漂移，造成三相電壓極不平衡的惡性循環(huán)，威脅單相設備的安全運行。因此調整三相負荷，實(shí)現平衡運行具有十分重要的意義。
8、盡可能采用直接啟動(dòng)
制鹽企業(yè)中使用的設備拖動(dòng)電機的控制方式有直接啟動(dòng)和減壓?jiǎn)?dòng)，直接啟動(dòng)具有操作簡(jiǎn)單、維護方便、啟動(dòng)轉矩大、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn);減壓?jiǎn)?dòng)雖能有效地減少啟動(dòng)電流，某種程度上對電機有利，但由于它啟動(dòng)時(shí)本身的減壓線(xiàn)圈接在線(xiàn)路中，要消耗一定的電能，并且由于它的線(xiàn)路復雜、元器件多，從而造成故障機會(huì )多，常由于時(shí)間控制機構動(dòng)作失靈而造成啟動(dòng)后不能轉入運行，使減壓線(xiàn)圈不能及時(shí)退出，長(cháng)期運行而燒毀，不但損壞設備而且影響生產(chǎn)釀成更大的損失。因此，對制鹽生產(chǎn)中各設備的啟動(dòng)方式，要因地制宜合理進(jìn)行選擇，在變壓器容量允許時(shí)，對160kW以下電機在啟動(dòng)負載不很重的情況下，最好是采用直接啟動(dòng)方式，這樣能較好地實(shí)現節能降耗。
9、結語(yǔ)
節能是企業(yè)永恒的主題。如何通過(guò)加強管理和技術(shù)創(chuàng )新實(shí)現節能降耗，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益是每個(gè)企業(yè)都在積極探索的重大課題。以上電氣節能方法證據確鑿，邏輯性強，且歷經(jīng)制鹽企業(yè)多年的實(shí)踐證明切實(shí)可行，節電效果顯著(zhù)，是目前電氣節能的最佳方案。隨著(zhù)知識經(jīng)濟和全球經(jīng)濟一體化進(jìn)程的推進(jìn)，企業(yè)的進(jìn)一步技術(shù)創(chuàng )新，必將引進(jìn)和推出更多更好的電氣節能新方法，制鹽企業(yè)的經(jīng)濟效益將越來(lái)越好。
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