Файл: Пособие по расчету экономической эффективности применения пч.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.10.2024
Просмотров: 7
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, приводящих в движение вентиляторы, дымососы, компрессоры и другое оборудование, используемое в различных производственных процессах в промышленности, коммунально-бытовой сфере, в сельском хозяйстве и других процессах.
Особый интерес представляет их использование для приводов приведенных выше дымососов и вентиляторов, объединяемых очень часто в едином технологическом процессе производства теплоэнергии (пара и горячей воды) на котельных, а также компрессорных установок для получения сжатого воздуха, используемого в технологических процессах различных производств, наряду с паром и горячей водой.
Для определения мощности, потребляемой вентилятором, Pв, дымососом, Pд, используется выражение:
Q * H * 10-3
Pв,д = ------------------- (кВт) ,
КПД
где
Q - производительность, м3/с;
H (для вентилятора, дымососа) – давление газа (воздуха), Н/м2;
КПД - коэффициент полезного действия вентилятора, дымососа.
Учитывая, что Q обычно задается в м3/час, давление газа в мм вод. ст., а КПД электродвигателя и передачи оценивается значением 0.9 - 0.92 при среднем значении КПД вентиляторов, дымососов, равном 0.6, выражение для определения мощности, потребляемой из сети, можно записать:
Q[м3/час]*H[мм вод. столб]*9.81*10-3
Pв,д = ---------------------------------------------- = 5 * Q * H * 10-6 (кВт).
3600 * 0.9 * 0.6
Значение Pо в,д (потребляемая из сети мощность при полностью закрытых направляющих аппаратах, шиберах) определяется по данным испытаний или данным завода изготовителя. Если необходимо оценить это значение приближенно, то
Pов = 0.65 * Pнв,
Pод = 0.8 * Pнд,
где
Pнв и Pнд максимальные мощности электродвигателей вентиляторов и дымососов, потребляемые из сети при номинальной для данной установки производительности и давлении.
При выполнении расчетов экономии электроэнергии необходимо определить параметры зависимости Pв,д от Qв,д для условий дроссельного регулирования и изменения числа оборотов (т. е. применения ЧРП). При дроссельном регулировании производится пересчет значений Pо в,д , Pв,д в относительные единицы, используя выражение:
P*1t в,д = P*о в,д *( 1 – Q*t в,д ) + Q*t в,д,
где
P*t в,д – нагрузка вентилятора или дымососа в период времени t ,
P*о = Pо в,д / Pм в,д , Q*t в,д – производительность вентилятора или дымососа в период t (P* = P / Pм, Q* = Q / Qм).
При регулировании с помощью ЧРП
P*2 t в,д = 1.02 * (Q*t в,д)3.
Экономия мощности за время t, которому соответствует производительность Q* к t в,д периода k в относительных единицах составляет
ΔP*к t в,д = P*1 t в,д - P*2 t в,д.
Если задан суточный график работы оборудования (вентилятора, дымососа), то в качестве периода t выступают часы суточного графика заданного периода k.
Экономия электроэнергии за сутки периода k равна
t=24
ΔЭк = ΣΔ P*к t в,д .
t=1
Опуская индексы "в" и "д" для снижения нагрузки от индексации в формулах, имея в виду, что приводимые ниже выражения в равной степени пригодны для оценки экономичности внедрения ЧРП на приводах вентиляторов и дымососов, можно записать общее выражение для годовой экономии электроэнергии при применении ЧРП вместо дроссельного регулирования
k=n t=24
ΔЭΣ = Pм (ΣП к * Σ ΔPк t ), кВт * ч,
k=1 t=1
где
ΔЭΣ - годовая экономия электроэнергии, кВт*ч;
Pм – максимальная нагрузка потребляемая из сети электродвигателем механизма (вентилятором или дымососом), определенная по максимальной производительности Qм, кВт,
k – число периодов в году, в течение которых суточные графики нагрузки можно считать одинаковыми, k = 1,2,3,…, n;
П к - продолжительность периода k в днях, причем,
k=n
ΣП к = 365
k=1
(или равна продолжительности заданного временного интервала T);
t – часы суток, t = 1,…,24;
ΔPк t – экономия мощности за час t суточного графика нагрузки периода k, кВт.
Стоимость сэкономленной электроэнергии определяется из выражения
СТээ = Тэ * ΔЭΣ, руб.,
где
Тэ – тариф на электроэнергию, руб/кВт*ч;
ΔЭΣ - экономия электроэнергии, кВт*ч.
При учете экономии от платы за максимальную потребляемую мощность
СТээ = Тэ * ΔЭΣ+ Тм*(Pм - Рt)*12,
где
Tм – плата за 1 кВт мощности, потребляемой в час t суточного графика нагрузки, руб/кВт,
Pt – максимум нагрузки в час t.
При k = 1 расчет, как и для случая с центробежным насосом, выполняется по упрощенной программе по заданным значениям Pн, Kз, Qм, H.
Для заданного значения Kз методикой производится подбор трехступенчатого суточного графика работы вентилятора, дымососа, как и в случае центробежного насоса.
Полученное значение ΔЭэкономии электроэнергии за сутки умножается на 365 дней в году для получения значения ΔЭΣ или на число дней заданного временного интервала.
Значение мощности подбираемого ЧРП определяется по формуле
Pчрп >= (1; 1.1) * Pм.
Все остальные формулы те же, что и при расчете экономической эффективности применения ЧРП для центробежных насосов, кроме Tок, в выражении для определения которого в знаменателе коэффициент 1.2 опускается.
Расчет для компрессорных установок
Работа компрессора (за основу принята работа поршневого компрессора с горизонтальным расположением вала) существенно отличается от работы механизмов с вентиляторным моментом, так как момент сопротивления на его валу практически можно считать постоянным. В этом случае, т. к. M = P / n , где M - момент на валу, P - потребляемая компрессором мощность, n - число оборотов вала (n = const), потребляемая из сети мощность электродвигателя компрессора будет постоянной (при частоте f = const и напряжении сети U = const).
Однако производительность компрессора Q, м3/мин, зависит от числа оборотов его вала. Эта зависимость вытекает из формулы
V = S * h * n,
где
V - минутный рабочий объем, м3/мин;
S - рабочая площадь поршня, м3;
h - ход поршня, м;
n - число оборотов вала, об./мин.
Таким образом, при регулировании производительности компрессора изменением числа оборотов его вала изменяется и мощность, потребляемая из сети электродвигателем, приводящим компрессор в движение, но по линейному закону.
В общем случае мощность компрессора может быть определена из выражения
Q * (Аu + Аа)
Pк = ------------------, кВт,
К * 2
где
Q - производительность компрессора, м3/с;
(Аu + Аa) / 2 - среднее значение удельной работы изотермического и адиабатического сжатия, Н*м / м3, до абсолютного давления Н + 1, Н / м2, где Н - давление, поддерживаемое компрессором в ресивере, Н / м2;
К - суммарный коэффициент полезного действия насоса, передачи, электродвигателя…
Значение (Аu + Аa) / 2 - может быть определено из приведенной ниже таблицы для заданных значений Н:
Н, Н/м2 (Аu + Аa)
------------ , тыс. Н*м/м3,
2
-------------------------
15000(1.5 ат) 41.75
20000(2.0 ат) 73.0
30000(3.0 ат) 119.5
40000(4.0 ат) 155.0
50000(5.0 ат) 183.0
60000(6.0 ат) 207.0
70000(7.0 ат) 227.0
80000(8.0 ат) 247.0
90000(9.0 ат) 263.5
100000(10 ат) 278.5
При подстановке в приведенную выше формулу значений К = от 0.6 до 0.65 и Q в м3/час она примет вид
Аu + Аa
Pк = 0.46 * Q * (-------------) * 10-6, кВт.
2
Значение (Аu + Аa) / 2 может быть с достаточной точностью определено по формуле:
(Аu + Аa) / 2 = 450 / (0.75 + (8.6 / Н)), тыс. Н*м / м3,
где
Н - давление, выраженное в Н / м2 * 10-4 или ат.
Учитывая изложенное, при выражении Q в м3/час и Н в тыс. Н/м2 * 10-4, получим:
Аu + Аa
1. Pк = 0.46 * Q * (-------------) * 10-3, кВт ;
2
450
2. Pк = 0.46*Q*(------------------)*10-3, кВт.
0.75 + (8.6/Н)
Второй формулой можно пользоваться при значениях Н от 2*104 до 15*104 Н/м2.
Таким образом, при расчете экономического эффекта от применения ЧРП на асинхронных двигателях, приводящих в действие компрессоры необходимо задать потребление воздуха Qмах в м3/час или суточные графики потребления воздуха Q(t), м3/час, а также давление Н в тыс. Н/м2 или график поддержания давления в ресивере компрессора Н (t).
Далее методика расчета практически не отличается от приведенной выше для насоса, вентилятора, дымососа.
Кроме получения главной преимущественной экономической выгоды применение ЧРП дополнительно обеспечивает следующее:
При наличии определенного опыта эксплуатации ЧРП в дальнейшем может быть рассчитан экономический эффект в денежном выражении от дополнительных преимуществ.
Литература:
Инструкция по расчету экономической эффективности применения частотно-регулируемого электропривода, АО ВНИИЭ, МЭИ, М. - 1997 г.;
Б. В. Кузнецов, М. Ф. Сацукевич. Справочное пособие заводского электрика, "Беларусь", Минск - 1978 г.
Ю. В. Копытов, Б. А. Гуланов. Экономия электроэнергии в промышленности. Справочник, М., "Энергоатомиздат", 1982 г.
Особый интерес представляет их использование для приводов приведенных выше дымососов и вентиляторов, объединяемых очень часто в едином технологическом процессе производства теплоэнергии (пара и горячей воды) на котельных, а также компрессорных установок для получения сжатого воздуха, используемого в технологических процессах различных производств, наряду с паром и горячей водой.
Для определения мощности, потребляемой вентилятором, Pв, дымососом, Pд, используется выражение:
Q * H * 10-3
Pв,д = ------------------- (кВт) ,
КПД
где
Q - производительность, м3/с;
H (для вентилятора, дымососа) – давление газа (воздуха), Н/м2;
КПД - коэффициент полезного действия вентилятора, дымососа.
Учитывая, что Q обычно задается в м3/час, давление газа в мм вод. ст., а КПД электродвигателя и передачи оценивается значением 0.9 - 0.92 при среднем значении КПД вентиляторов, дымососов, равном 0.6, выражение для определения мощности, потребляемой из сети, можно записать:
Q[м3/час]*H[мм вод. столб]*9.81*10-3
Pв,д = ---------------------------------------------- = 5 * Q * H * 10-6 (кВт).
3600 * 0.9 * 0.6
Значение Pо в,д (потребляемая из сети мощность при полностью закрытых направляющих аппаратах, шиберах) определяется по данным испытаний или данным завода изготовителя. Если необходимо оценить это значение приближенно, то
Pов = 0.65 * Pнв,
Pод = 0.8 * Pнд,
где
Pнв и Pнд максимальные мощности электродвигателей вентиляторов и дымососов, потребляемые из сети при номинальной для данной установки производительности и давлении.
При выполнении расчетов экономии электроэнергии необходимо определить параметры зависимости Pв,д от Qв,д для условий дроссельного регулирования и изменения числа оборотов (т. е. применения ЧРП). При дроссельном регулировании производится пересчет значений Pо в,д , Pв,д в относительные единицы, используя выражение:
P*1t в,д = P*о в,д *( 1 – Q*t в,д ) + Q*t в,д,
где
P*t в,д – нагрузка вентилятора или дымососа в период времени t ,
P*о = Pо в,д / Pм в,д , Q*t в,д – производительность вентилятора или дымососа в период t (P* = P / Pм, Q* = Q / Qм).
При регулировании с помощью ЧРП
P*2 t в,д = 1.02 * (Q*t в,д)3.
Экономия мощности за время t, которому соответствует производительность Q* к t в,д периода k в относительных единицах составляет
ΔP*к t в,д = P*1 t в,д - P*2 t в,д.
Если задан суточный график работы оборудования (вентилятора, дымососа), то в качестве периода t выступают часы суточного графика заданного периода k.
Экономия электроэнергии за сутки периода k равна
t=24
ΔЭк = ΣΔ P*к t в,д .
t=1
Опуская индексы "в" и "д" для снижения нагрузки от индексации в формулах, имея в виду, что приводимые ниже выражения в равной степени пригодны для оценки экономичности внедрения ЧРП на приводах вентиляторов и дымососов, можно записать общее выражение для годовой экономии электроэнергии при применении ЧРП вместо дроссельного регулирования
k=n t=24
ΔЭΣ = Pм (ΣП к * Σ ΔPк t ), кВт * ч,
k=1 t=1
где
ΔЭΣ - годовая экономия электроэнергии, кВт*ч;
Pм – максимальная нагрузка потребляемая из сети электродвигателем механизма (вентилятором или дымососом), определенная по максимальной производительности Qм, кВт,
k – число периодов в году, в течение которых суточные графики нагрузки можно считать одинаковыми, k = 1,2,3,…, n;
П к - продолжительность периода k в днях, причем,
k=n
ΣП к = 365
k=1
(или равна продолжительности заданного временного интервала T);
t – часы суток, t = 1,…,24;
ΔPк t – экономия мощности за час t суточного графика нагрузки периода k, кВт.
Стоимость сэкономленной электроэнергии определяется из выражения
СТээ = Тэ * ΔЭΣ, руб.,
где
Тэ – тариф на электроэнергию, руб/кВт*ч;
ΔЭΣ - экономия электроэнергии, кВт*ч.
При учете экономии от платы за максимальную потребляемую мощность
СТээ = Тэ * ΔЭΣ+ Тм*(Pм - Рt)*12,
где
Tм – плата за 1 кВт мощности, потребляемой в час t суточного графика нагрузки, руб/кВт,
Pt – максимум нагрузки в час t.
При k = 1 расчет, как и для случая с центробежным насосом, выполняется по упрощенной программе по заданным значениям Pн, Kз, Qм, H.
Для заданного значения Kз методикой производится подбор трехступенчатого суточного графика работы вентилятора, дымососа, как и в случае центробежного насоса.
Полученное значение ΔЭэкономии электроэнергии за сутки умножается на 365 дней в году для получения значения ΔЭΣ или на число дней заданного временного интервала.
Значение мощности подбираемого ЧРП определяется по формуле
Pчрп >= (1; 1.1) * Pм.
Все остальные формулы те же, что и при расчете экономической эффективности применения ЧРП для центробежных насосов, кроме Tок, в выражении для определения которого в знаменателе коэффициент 1.2 опускается.
Расчет для компрессорных установок
Работа компрессора (за основу принята работа поршневого компрессора с горизонтальным расположением вала) существенно отличается от работы механизмов с вентиляторным моментом, так как момент сопротивления на его валу практически можно считать постоянным. В этом случае, т. к. M = P / n , где M - момент на валу, P - потребляемая компрессором мощность, n - число оборотов вала (n = const), потребляемая из сети мощность электродвигателя компрессора будет постоянной (при частоте f = const и напряжении сети U = const).
Однако производительность компрессора Q, м3/мин, зависит от числа оборотов его вала. Эта зависимость вытекает из формулы
V = S * h * n,
где
V - минутный рабочий объем, м3/мин;
S - рабочая площадь поршня, м3;
h - ход поршня, м;
n - число оборотов вала, об./мин.
Таким образом, при регулировании производительности компрессора изменением числа оборотов его вала изменяется и мощность, потребляемая из сети электродвигателем, приводящим компрессор в движение, но по линейному закону.
В общем случае мощность компрессора может быть определена из выражения
Q * (Аu + Аа)
Pк = ------------------, кВт,
К * 2
где
Q - производительность компрессора, м3/с;
(Аu + Аa) / 2 - среднее значение удельной работы изотермического и адиабатического сжатия, Н*м / м3, до абсолютного давления Н + 1, Н / м2, где Н - давление, поддерживаемое компрессором в ресивере, Н / м2;
К - суммарный коэффициент полезного действия насоса, передачи, электродвигателя…
Значение (Аu + Аa) / 2 - может быть определено из приведенной ниже таблицы для заданных значений Н:
Н, Н/м2 (Аu + Аa)
------------ , тыс. Н*м/м3,
2
-------------------------
15000(1.5 ат) 41.75
20000(2.0 ат) 73.0
30000(3.0 ат) 119.5
40000(4.0 ат) 155.0
50000(5.0 ат) 183.0
60000(6.0 ат) 207.0
70000(7.0 ат) 227.0
80000(8.0 ат) 247.0
90000(9.0 ат) 263.5
100000(10 ат) 278.5
При подстановке в приведенную выше формулу значений К = от 0.6 до 0.65 и Q в м3/час она примет вид
Аu + Аa
Pк = 0.46 * Q * (-------------) * 10-6, кВт.
2
Значение (Аu + Аa) / 2 может быть с достаточной точностью определено по формуле:
(Аu + Аa) / 2 = 450 / (0.75 + (8.6 / Н)), тыс. Н*м / м3,
где
Н - давление, выраженное в Н / м2 * 10-4 или ат.
Учитывая изложенное, при выражении Q в м3/час и Н в тыс. Н/м2 * 10-4, получим:
Аu + Аa
1. Pк = 0.46 * Q * (-------------) * 10-3, кВт ;
2
450
2. Pк = 0.46*Q*(------------------)*10-3, кВт.
0.75 + (8.6/Н)
Второй формулой можно пользоваться при значениях Н от 2*104 до 15*104 Н/м2.
Таким образом, при расчете экономического эффекта от применения ЧРП на асинхронных двигателях, приводящих в действие компрессоры необходимо задать потребление воздуха Qмах в м3/час или суточные графики потребления воздуха Q(t), м3/час, а также давление Н в тыс. Н/м2 или график поддержания давления в ресивере компрессора Н (t).
Далее методика расчета практически не отличается от приведенной выше для насоса, вентилятора, дымососа.
Кроме получения главной преимущественной экономической выгоды применение ЧРП дополнительно обеспечивает следующее:
-
снижается износ запорной арматуры, т. к. большую часть времени задвижки полностью открыты; -
большую часть времени насосы работают при пониженных давлениях, что снижает утечки; -
снижается износ коммутационной аппаратуры; -
снижается износ подшипников двигателя и насоса, а также крыльчатки за счет плавного изменения числа оборотов, отсутствия больших пусковых токов; -
уменьшается опасность аварий за счет исключения гидравлических ударов; -
обеспечивается одновременная защита двигателя от токов короткого замыкания, замыкания на землю, токов перегрузки, неполнофазного режима, недопустимых перенапряжений.
При наличии определенного опыта эксплуатации ЧРП в дальнейшем может быть рассчитан экономический эффект в денежном выражении от дополнительных преимуществ.
Литература:
Инструкция по расчету экономической эффективности применения частотно-регулируемого электропривода, АО ВНИИЭ, МЭИ, М. - 1997 г.;
Б. В. Кузнецов, М. Ф. Сацукевич. Справочное пособие заводского электрика, "Беларусь", Минск - 1978 г.
Ю. В. Копытов, Б. А. Гуланов. Экономия электроэнергии в промышленности. Справочник, М., "Энергоатомиздат", 1982 г.