能源是重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，能源的供需矛盾已成為制約我國社會主義經(jīng)濟建設(shè)的主要因素之一。在能源問題上國務(wù)院提出“節(jié)約與開發(fā)并重”的方針，就是依靠技術(shù)進步，把節(jié)約能源以解決能源問題作為我國重要的技術(shù)經(jīng)濟政策。
據(jù)不完全統(tǒng)計，全國風(fēng)機、水泵、壓縮機就有1500萬臺電動機，用電量占全國總發(fā)電量的40～50%，這些電動機大多在低的電能利用率下運行，只要將這些電動機電能利用率提高10～15%，全年可節(jié)電300億kW以上。
根據(jù)火電設(shè)計規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐的送、引風(fēng)機的風(fēng)量裕度分別為5%和5%～10%，風(fēng)壓裕度分別為10%和10%～15%。設(shè)計過程中很難計算管網(wǎng)的阻力、并考慮到長期運行過程中發(fā)生的各種問題，通?？偸前严到y(tǒng)的大風(fēng)量和風(fēng)壓裕度作為選型的依據(jù)，但風(fēng)機的型號和系列是有限的，往往選取不到合適的風(fēng)機型號時就往上靠，裕度大于20～30%比較常見。因此這些風(fēng)機運行時，只有靠調(diào)節(jié)風(fēng)門或風(fēng)道擋板的開度來滿足生產(chǎn)工藝對風(fēng)量的要求。風(fēng)機和水泵的機械特性均為平方轉(zhuǎn)矩特性，水泵運行時，靠閥門的開度調(diào)節(jié)流量來滿足供水要求，工況與風(fēng)機相似，靠調(diào)節(jié)風(fēng)門、風(fēng)道檔板或閥門的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量，水泵流量的方法、稱為節(jié)流調(diào)節(jié)，在節(jié)流調(diào)節(jié)過程中，風(fēng)機或水泵固有特性不變、僅僅靠關(guān)小風(fēng)門、擋板或閥門的開度，人為地增加管路的阻力，由此增大管路系統(tǒng)的損失，不利于風(fēng)機，水泵的節(jié)能運行。
采用調(diào)速控制裝置，通過改變風(fēng)機水泵轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)機風(fēng)量，水泵流量以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要，這種調(diào)節(jié)方式稱為風(fēng)機水泵的調(diào)速控制。風(fēng)機、水泵以調(diào)速控制方式運行能耗省，綜合效益高。交流電機的調(diào)速方式有多種、變頻調(diào)速是的佳調(diào)速方案，它可以實現(xiàn)，風(fēng)機水泵的無級調(diào)速，并可方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)、實現(xiàn)恒壓或恒流量控制。
一、風(fēng)機水泵變頻調(diào)速的節(jié)電原理：
如圖示為離心風(fēng)機水泵的風(fēng)壓、（水壓）H-風(fēng)量（流量）Q曲線特性圖：
n1-代表風(fēng)機水泵 在額定轉(zhuǎn)速運行時的特性；
n2-代表風(fēng)機水泵降速運行在n2轉(zhuǎn)速時的特性；
R1-代表風(fēng)機水泵管路阻力小時的阻力特性；
R2-代表風(fēng)機水泵管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。
風(fēng)機水泵在管路特性曲R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風(fēng)機水泵所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風(fēng)量（流量）到Q2，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機水泵的工作點移到R2上的B點，風(fēng)壓（水壓）增大到H2，這時風(fēng)機水泵所需的功率正比H2Q2的面積，即近比廣BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機水泵所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運行成本換取簡單控制方式。
若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風(fēng)機（水泵）所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。
二、風(fēng)機水源節(jié)能的計算：
風(fēng)機水泵流量變化量，如前所述，采用變頻調(diào)速是節(jié)電之有效的措施。根據(jù)GB12497對電機經(jīng)濟濟運行管理的規(guī)定有如下的計算公式。
采用檔板調(diào)節(jié)流量對應(yīng)電動機輸入功率P1V與流量Q的關(guān)系為：
P1V≈[0.45+0.55(Q/QN)2]P1e （1）
式中：P1e——額定流量時電動機輸入功率（kW）。
QN——額定流量
三、應(yīng)用實例：
某水泥廠機立窯離心風(fēng)機245KW，電機4、實際用風(fēng)量為0.6～0.7，準(zhǔn)備改造為變頻器驅(qū)動，估算節(jié)電率和投資回收期。
取Q/QN=0.65，由（2）式
由（1）式P1V=〔0.45+0.55(0.65)2〕245
=0.6428×245=157(KW)
采取風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量時風(fēng)機所需的軸功率為157kW，變頻器調(diào)速器調(diào)風(fēng)量時相對調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)風(fēng)量的節(jié)電率為0.6。
年節(jié)電量，每年按300天計算。
24×306×157×60%=678240KWh≈67.8（萬kWh）
年節(jié)電費（電價0.40元/kWh）
0.4×678240=27萬元
投資回收期:
投資回收期=設(shè)備投資總額(元)÷年節(jié)電費(元)
=18÷27=0.67（年）=8（個月）
由此可判定，該水泥廠機立窯離心風(fēng)機采用變頻器驅(qū)動后，年節(jié)電量67.8萬kWh，年節(jié)電費27萬元，投資回收期8個月，技術(shù)經(jīng)濟效益可觀。
該水泥廠訂購了一臺變頻調(diào)速柜、內(nèi)裝森蘭BT40S250kW變頻器一臺，另有空開、熔斷器、電表、指示燈等，價值18萬元。投入運行后，變頻器頻率調(diào)到35Hz左右滿足機窯立風(fēng)量要求，這時電動機電流210A左右，變頻器輸電壓、298V，實際輸出功率為
P=√3 IVCOφ4=3×210×298×0.9≈97.5kW
與理論計算值157×0.6=94.2kW基本吻合。
通過以上分析可以看出，風(fēng)機水泵采用變頻器調(diào)速后，節(jié)電效果是明顯的，此外，機械的轉(zhuǎn)速降低后，機械的磨損減少，使用壽命延長了，間接經(jīng)濟效益也很可觀。
據(jù)不完全統(tǒng)計，全國風(fēng)機、水泵、壓縮機就有1500萬臺電動機，用電量占全國總發(fā)電量的40～50%，這些電動機大多在低的電能利用率下運行，只要將這些電動機電能利用率提高10～15%，全年可節(jié)電300億kW以上。
根據(jù)火電設(shè)計規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐的送、引風(fēng)機的風(fēng)量裕度分別為5%和5%～10%，風(fēng)壓裕度分別為10%和10%～15%。設(shè)計過程中很難計算管網(wǎng)的阻力、并考慮到長期運行過程中發(fā)生的各種問題，通?？偸前严到y(tǒng)的大風(fēng)量和風(fēng)壓裕度作為選型的依據(jù)，但風(fēng)機的型號和系列是有限的，往往選取不到合適的風(fēng)機型號時就往上靠，裕度大于20～30%比較常見。因此這些風(fēng)機運行時，只有靠調(diào)節(jié)風(fēng)門或風(fēng)道擋板的開度來滿足生產(chǎn)工藝對風(fēng)量的要求。風(fēng)機和水泵的機械特性均為平方轉(zhuǎn)矩特性，水泵運行時，靠閥門的開度調(diào)節(jié)流量來滿足供水要求，工況與風(fēng)機相似，靠調(diào)節(jié)風(fēng)門、風(fēng)道檔板或閥門的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量，水泵流量的方法、稱為節(jié)流調(diào)節(jié)，在節(jié)流調(diào)節(jié)過程中，風(fēng)機或水泵固有特性不變、僅僅靠關(guān)小風(fēng)門、擋板或閥門的開度，人為地增加管路的阻力，由此增大管路系統(tǒng)的損失，不利于風(fēng)機，水泵的節(jié)能運行。
采用調(diào)速控制裝置，通過改變風(fēng)機水泵轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)機風(fēng)量，水泵流量以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要，這種調(diào)節(jié)方式稱為風(fēng)機水泵的調(diào)速控制。風(fēng)機、水泵以調(diào)速控制方式運行能耗省，綜合效益高。交流電機的調(diào)速方式有多種、變頻調(diào)速是的佳調(diào)速方案，它可以實現(xiàn)，風(fēng)機水泵的無級調(diào)速，并可方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)、實現(xiàn)恒壓或恒流量控制。
一、風(fēng)機水泵變頻調(diào)速的節(jié)電原理：
如圖示為離心風(fēng)機水泵的風(fēng)壓、（水壓）H-風(fēng)量（流量）Q曲線特性圖：
n1-代表風(fēng)機水泵 在額定轉(zhuǎn)速運行時的特性；
n2-代表風(fēng)機水泵降速運行在n2轉(zhuǎn)速時的特性；
R1-代表風(fēng)機水泵管路阻力小時的阻力特性；
R2-代表風(fēng)機水泵管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。
風(fēng)機水泵在管路特性曲R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風(fēng)機水泵所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小風(fēng)量（流量）到Q2，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機水泵的工作點移到R2上的B點，風(fēng)壓（水壓）增大到H2，這時風(fēng)機水泵所需的功率正比H2Q2的面積，即近比廣BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機水泵所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運行成本換取簡單控制方式。
若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風(fēng)機（水泵）所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。
二、風(fēng)機水源節(jié)能的計算：
風(fēng)機水泵流量變化量，如前所述，采用變頻調(diào)速是節(jié)電之有效的措施。根據(jù)GB12497對電機經(jīng)濟濟運行管理的規(guī)定有如下的計算公式。
采用檔板調(diào)節(jié)流量對應(yīng)電動機輸入功率P1V與流量Q的關(guān)系為：
P1V≈[0.45+0.55(Q/QN)2]P1e （1）
式中：P1e——額定流量時電動機輸入功率（kW）。
QN——額定流量
三、應(yīng)用實例：
某水泥廠機立窯離心風(fēng)機245KW，電機4、實際用風(fēng)量為0.6～0.7，準(zhǔn)備改造為變頻器驅(qū)動，估算節(jié)電率和投資回收期。
取Q/QN=0.65，由（2）式
由（1）式P1V=〔0.45+0.55(0.65)2〕245
=0.6428×245=157(KW)
采取風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量時風(fēng)機所需的軸功率為157kW，變頻器調(diào)速器調(diào)風(fēng)量時相對調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)風(fēng)量的節(jié)電率為0.6。
年節(jié)電量，每年按300天計算。
24×306×157×60%=678240KWh≈67.8（萬kWh）
年節(jié)電費（電價0.40元/kWh）
0.4×678240=27萬元
投資回收期:
投資回收期=設(shè)備投資總額(元)÷年節(jié)電費(元)
=18÷27=0.67（年）=8（個月）
由此可判定，該水泥廠機立窯離心風(fēng)機采用變頻器驅(qū)動后，年節(jié)電量67.8萬kWh，年節(jié)電費27萬元，投資回收期8個月，技術(shù)經(jīng)濟效益可觀。
該水泥廠訂購了一臺變頻調(diào)速柜、內(nèi)裝森蘭BT40S250kW變頻器一臺，另有空開、熔斷器、電表、指示燈等，價值18萬元。投入運行后，變頻器頻率調(diào)到35Hz左右滿足機窯立風(fēng)量要求，這時電動機電流210A左右，變頻器輸電壓、298V，實際輸出功率為
P=√3 IVCOφ4=3×210×298×0.9≈97.5kW
與理論計算值157×0.6=94.2kW基本吻合。
通過以上分析可以看出，風(fēng)機水泵采用變頻器調(diào)速后，節(jié)電效果是明顯的，此外，機械的轉(zhuǎn)速降低后，機械的磨損減少，使用壽命延長了，間接經(jīng)濟效益也很可觀。
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