Иванцов В.В., к.т.н., доцент, заместитель генерального директора ЗАО "ЭРАСИБ"
Наиболее энергоемкими объектами технологической цепи цементного производства, на которых может быть получена существенная экономия электроэнергии за счет применения частотно-регулируемого электропривода (ЧРЭП), являются тягодутьевые машины (ТДМ), к числу которых относятся дымососы цементных печей и вентиляторы общего дутья холодильников. Возможность существенной экономии электроэнергии при работе ТДМ за счет ЧРЭП связана с достаточно высокой единичной мощностью электродвигателей ТДМ (400 - 800 кВт), а также с тем, что используемым способом регулирования производительности тягодутьевых машин на предприятии ОАО «Искитимцемент» является дроссельное и шиберное регулирование при постоянной скорости вала ТДМ.
Известно, что несмотря на простоту и минимальные капитальные затраты, дроссельное и шиберное регулирование сопровождается существенным снижением эксплуатационного КПД, которое выражается в значительных непроизводительных затратах электроэнергии, потребляемой ТДМ. (Вахвахов Г.Г. Энергосбережение и надежность вентиляторных установок.- М.: Стройиздат, 1989.- 176 с.). Более экономичным способом регулирования производительности ТДМ является плавное изменение оборотов вала ТДМ с помощью регулируемого электропривода (см. там же).
Проведем оценку возможности снижения потребления электроэнергии тягодутьевыми машинами на предприятии ОАО «Искитимцемент». Для этого сопоставим энергетические показатели ТДМ при различных способах регулирования производительности. В Таблице 1 приведены зависимости мощности (Р/Рн) на валу электродвигателя ТДМ при регулировании производительности (Q/Qн) тремя способами:
- регулирование дросселем (перекрытие канала за дымососом) — Рд/Рн;
- регулирование шибером (перекрытие канала до дымососа) — Рш/Рн;
- регулирование оборотов электродвигателя при открытых каналах — Роб/Рн,
где Qн — номинальная производительность ТДМ; Рн — мощность на валу электродвигателя при номинальной производительности.
Таблица 1
| Q/Qн, о.е. (производительность ТДМ) | 1,00 | 0,90 | 0,80 | 0,70 | 0,60 | 0,50 | 0,40 |
| Pд/Рн, о.е. (регулировка дросселем) | 1,00 | 0,93 | 0,85 | 0,80 | 0,71 | 0,64 | 0,56 |
| Pш/Рн, о.е. (регулировка шибером) | 1,00 | 0,85 | 0,71 | 0,60 | 0,52 | 0,43 | 0,36 |
| Pоб/Рн, о.е. (регулировка оборотов) | 1,00 | 0,72 | 0,51 | 0,35 | 0,22 | 0,11 | 0,06 |
Анализ данных Таблицы 1 показывает, что дроссельное и шиберное регулирование производительности ТДМ сопровождается существенно меньшим снижением мощности на валу электродвигателя по сравнению с регулированием производительности за счет изменения оборотов вала электродвигателя.
В Таблице 2 приведены значения снижения (экономии – Э) мощности на валу электродвигателя ТДМ при переходе с дроссельного (Э* д/об = (Рд — Роб) / Рд, о.е.) и шиберного (Э* ш/об = (Рш — Роб) / Рш, о.е.) регулирования производительности на регулирование оборотов вала электродвигателя. Данные Таблицы 2 позволяют определить величину снижения мощности на валу электродвигателя ТДМ при переходе с регулирования производительности дросселем и шибером на регулирование производительности за счет снижения оборотов вала электродвигателя. Если известна номинальная производительность ТДМ (Qн), фактическая производительность ТДМ (Q) при дроссельном или шиберном регулировании и мощность, потребляемая электродвигателем при данной производительности (Рд или Рш), то по данным Таблицы 2 можно вычислить величину снижения мощности, потребляемой электродвигателем, при переходе с дроссельного или шиберного регулирования на регулирование производительности ТДМ с помощью электропривода.
Таблица 2
| Q/Qн, о.е. (производительность ТДМ) | 1,00 | 0,90 | 0,80 | 0,70 | 0,60 | 0,50 | 0,40 |
| Э* д/об = (Рд — Роб) / Рд, о.е. | 0,00 | 0,22 | 0,40 | 0,56 | 0,69 | 0,82 | 0,89 |
| Э* ш/об = (Рвш — Рвоб) / Рвш, о.е. | 0,00 | 0,15 | 0,28 | 0,41 | 0,58 | 0,74 | 0,83 |
Специалистами ЗАО «ЭРАСИБ» совместно с сотрудниками ОГЭ (руководитель Манченко А.В.) и ПТО (руководитель Чубенко А.А.) проведено обследование режимов работы дымососов на предприятии ОАО «Искитимцемент» с целью анализа возможности снижения величины потребляемой электроэнергии за счет применения частотно-регулируемого электропривода. В результате обследования установлено, что на трех печах (№№6,7,8) применены дымососы с дроссельным регулированием производительности (перекрывается канал за дымососом), а на печи №9 установлены два дымососа с шиберным регулированием производительности (перекрывается канал до дымососа). Для проверки соответствия приведенных в Таблицах 1, 2 обобщенных параметров ТДМ фактическим параметрам дымососов ОАО «Искитимцемент» и оценки возможности использования обобщенных параметров для расчета экономического эффекта от применения электропривода были проведены замеры производительности дымососов, токов электродвигателей, по которым проведены вычисления характеристик дымососов.
1. Печь №9 (два дымососа ДРЦ-21х2, суммарная номинальная производительность 633 тыс. м³/час, два электродвигателя типа ДАЗО2-16-54-8, мощность 630 кВт, обороты 740 об/мин).
Проведены замеры производительности дымососов 1 и 2 на печи №9 и токов электродвигателей при регулировании положения задвижек шиберов на неработающей печи. Результаты замеров приведены в Таблице 3.
Таблица 3
| % открытия шибера | 0% | 20% | 40% | 50% | 60% | 70% | 90% |
| Q1, тыс. м³/час | 76 | 118 | 194 | 252 | 282 | 282 |
|
| I1, А | 45 | 50 | 60 | 68 | 72 | 76 |
|
| Q2, тыс. м³/час | 53 | 127 | 180 | 215 | 273 | 298 | 333 |
| I2, А | 38 | 43 | 52 | 56 | 60 | 64 | 74 |
По результатам замеров вычислены значения активной мощности, потребляемой электродвигателями дымососов Р1 и Р2. При расчете активной мощности принято, что токи двигателей, соответствующие полностью закрытому шиберу (0%), являются чисто реактивными и их значения не изменяются при возрастании активной мощности электродвигателя. Результаты определения активной мощности, потребляемой электродвигателями дымососов 1 и 2 печи №9 приведены в Таблице 4.
Таблица 4
| % открытия шибера | 0% | 20% | 40% | 50% | 60% | 70% | 90% |
| Q1, тыс. м³/час | 76 | 118 | 194 | 252 | 282 | 282 |
|
| P1, кВт | 0 | 204 | 401 | 521 | 576 | 629 |
|
| Q2, тыс. м³/час | 53 | 127 | 180 | 215 | 273 | 298 | 333 |
| P2, кВт | 0 | 209 | 369 | 428 | 483 | 536 | 661 |
Для сопоставления данных Таблицы 4 с обобщенными параметрами ТДМ Таблицы 1 выполнен перевод результатов измерения в относительные единицы. За базовые значения приняты номинальная производительность одного дымососа Qн=316,5 тыс. м³/час и номинальная мощность статора электродвигателя Р1н=Рн/КПД=661 кВт. Результаты перевода приведены в Таблице 5.
Таблица 5
| % открытия шибера | 0% | 20% | 40% | 50% | 60% | 70% | 90% |
| Q*1, о.е. | 0,24 | 0,37 | 0,61 | 0,80 | 0,89 | 0,89 |
|
| P*1, о.е. | 0,00 | 0,31 | 0,61 | 0,79 | 0,87 | 0,95 |
|
| Q*2, о.е. | 0,17 | 0,40 | 0,57 | 0,68 | 0,86 | 0,94 | 1,05 |
| P*2, о.е. | 0,00 | 0,32 | 0,56 | 0,65 | 0,73 | 0,81 | 1,00 |
Для наглядности и удобства сопоставления обобщенных параметров ТДМ (Таблица 1) и параметров дымососов 1 и 2 печи №9 (Таблица 5) на рис. 1 а и б показаны графики изменения мощности электродвигателей в зависимости от производительности, полученные расчетным путем (рис. 1 а) и экспериментально (рис. 1 б), которые свидетельствуют о достаточном для инженерных расчетов совпадении расчетных и экспериментальных данных. Таким образом, приведенные в Таблицах 1 и 2 обобщенные показатели дымососов могут быть использованы для расчета снижения мощности, потребляемой электродвигателями печи №9 при переходе с шиберного регулирования производительности на регулирование изменением оборотов вала электродвигателя.
Для оценки величины экономии электроэнергии на дымососах печи №9 воспользуемся аэродинамическими замерами, проведенными ПТО ОАО «Искитимцемент» в 2008 г. при работающей печи №9. Согласно данным ПТО в 2008 г. производительность дымососа 1 печи №9 составляла 132 тыс. м³/час, а дымососа 2 — 228 тыс. м³/час. Суммарная производительность двух дымососов составляла 132+228=360 тыс. м³/час, что по отношению к номинальной производительности (633 тыс. м³/час) равняется 360/633=0,57. Примем среднюю производительность дымососов печи №9 Q/Qн=0,6. Тогда по Таблице 2 определим снижение мощности, потребляемой электродвигателем дымососа, в результате перехода с шиберного регулирования на регулирование оборотов на уровне Э*ш/об=0,58. При средней мощности, потребляемой электродвигателями дымососов 1 и 2 (40% Таблица 4) Рср=(Р1+Р2)/2= (401+369)/2=385 кВт, снижение потребляемой мощности составит ΔР=РсрхЭ*ш/об=385х0,58=220 кВт. При годовой продолжительности работы печи №9 в размере 320 дней по 24 часа в сутки применение электропривода позволит сэкономить 320х24х220=1689600 кВтчас электроэнергии на каждом дымососе. Суммарная экономия электроэнергии на печи №9 составит 1689600х2=3379200 кВтчас. В денежном выражении при стоимости электроэнергии 1,25 руб/кВтчас применение электропривода позволит сэкономить 1689600х1,25=2112000 рублей на одном дымососе и 4224000 рублей на двух дымососах печи №9 за один год.
2. Печи №№6,7,8 (один дымосос на печи номинальной производительностью 576 тыс. м³/час, один электродвигатель типа ДАЗО, мощность 800 кВт, 590 об/мин). Для регулирования производительности используется наименее экономичное дроссельное регулирование (перекрытие канала после дымососа).
Для оценки величины экономии электроэнергии на дымососах печей №6,7,8 воспользуемся аэродинамическими замерами, проведенными ПТО ОАО «Искитимцемент» в 2008 г. при работающих печах. Результаты замеров и расчетов мощности, потребляемой электродвигателями дымососов, приведены в Таблице 6.
Как следует из анализа усредненных показателей дымососов печей №№6, 7, 8 (Таблица 6) средняя производительность дымососа близка к 0,6 относительно номинальной производительности. При этом электродвигатель дымососа потребляет из сети мощность 0,73 относительно номинальной мощности (Рн=800/КПД=846 кВт). Сопоставляя эти показатели с показателями ТДМ, представленными в Таблице 1 для дроссельного регулирования производительности (при Q/Qн=0,6; Рд/Рн=0,71), можно сделать вывод о достаточном для практических расчетов совпадении фактических показателей дымососов и расчетных данных, соответствующих дроссельному регулированию производительности.
Таблица 6
| Наименование параметра | Печь 6 | Печь 7 | Печь 8 | среднее | % загрузки |
| Производительность, тыс. м³/час | 437 | 338 | 278 | 351 | 0,61 |
| Полный ток фазы двигателя, А | 80 |
| 90 | 85 | 0,83 |
| Номинальный реактивный ток, А | 61 | 63 | 61 | 62 |
|
| Номинальный активный ток, А | 81 | 81 | 81 | 81 |
|
| Активный ток фазы, А | 52 |
| 66 | 59 | 0,73 |
| Мощность электродвигателя, кВт | 539 |
| 689 | 614 | 0,73 |
Для оценки величины экономии электроэнергии на дымососах печей №№6,7,8 воспользуемся данными Таблиц 2 и 6. Примем среднюю производительность дымососов печей №6,7,8 Q/Qн=0,6. Тогда по Таблице 2 определим снижение мощности, потребляемой электродвигателем дымососа, в результате перехода с дроссельного регулирования на регулирование оборотов на уровне Э*д/об=0,69. При средней мощности, потребляемой электродвигателем дымососа (Таблица 6) Рср=614 кВт, снижение потребляемой мощности составит ΔР=РсрхЭ*д/об=614х0,69=424 кВт. При годовой продолжительности работы печи №6,7,8 в размере 320 дней по 24 часа в сутки применение электропривода позволит сэкономить за год 320х24х424=3256320 кВтчас электроэнергии на каждом дымососе. Суммарная экономия электроэнергии на печах №6,7,8 составит 3256320х3=9768960 кВтчас. В денежном выражении при стоимости электроэнергии 1,25 руб/кВтчас применение электропривода позволит сэкономить 3256320х1,25=4070400 рублей на одном дымососе и 12211200 рублей на трех дымососах печей №6,7,8 за один год.
Таким образом, суммарная экономия электроэнергии за счет установки электроприводов на всех дымососах печей обжига клинкера ориентировочно составит 3379200 + 9768960 =13148160 кВтчас в год, что позволит снизить платежи за электроэнергию на 16435 тыс. руб. в год (без учета роста стоимости электроэнергии).
Для оснащения дымососов цементных печей частотно-регулируемыми электроприводами с целью экономии электроэнергии ЗАО «ЭРАСИБ» предлагает поставить на дымососах преобразователи частоты по наиболее дешевой двухтрансформаторной схеме с возможной рассрочкой платежа ориентировочно на полтора-два года.
Для примера, ориентировочная стоимость преобразователя частоты типа ЭРАТОН-ВНВ-800-0-1 (800 кВт, 6000В) в контейнерном исполнении с учетом ПНР составляет 6500 тыс. руб., включая НДС. Срок изготовления такого преобразователя с учетом монтажа и ПНР составляет 6 месяцев. Необходимая предоплата – 2000 тыс. руб. Через 6 месяцев преобразователь частоты начнет работать и позволит уменьшить ежемесячные платежи за электроэнергию ориентировочно на 340 тыс. руб. Эти средства необходимо будет направить на выплату стоимости установленного оборудования. Через 14 месяцев с момента запуска в эксплуатацию или 20 месяцев с момента предоплаты 2000 тыс. руб. долг за оборудование будет выплачен и ежемесячные платежи предприятия будут уменьшены на величину экономии электроэнергии.