梁增光

(青海益和檢修安裝有限公司，青海 西寧 810003)

高壓風(fēng)機(jī)變頻改造節(jié)能分析

梁增光

(青海益和檢修安裝有限公司，青海 西寧 810003)

針對(duì)風(fēng)機(jī)擋板調(diào)節(jié)存在的問題，分析了實(shí)施變頻改造的必要性和實(shí)施改造所需具備的條件，闡述了引、送風(fēng)機(jī)改造的方案。改造實(shí)踐表明：引、送風(fēng)機(jī)變頻改造取得了顯著的節(jié)電效果，滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且減少了設(shè)備維修費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

高壓風(fēng)機(jī)；調(diào)速擋板；變頻器；節(jié)能改造

0 引言

某公司1—5號(hào)爐均采用雙引風(fēng)機(jī)、雙送風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓及送風(fēng)量方式。送、引風(fēng)機(jī)采用6?kV電壓等級(jí)高壓三相交流異步電動(dòng)機(jī)，正常情況下在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，其風(fēng)量調(diào)節(jié)采用風(fēng)門檔板方式，風(fēng)門擋板開度為60?%—70?%。此調(diào)節(jié)方法存在以下缺點(diǎn)：動(dòng)態(tài)性能較差，無法實(shí)現(xiàn)負(fù)載的平滑調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍窄、工藝控制困難，風(fēng)機(jī)容易產(chǎn)生喘振，風(fēng)機(jī)偏離額定點(diǎn)運(yùn)行、效率低，電機(jī)啟動(dòng)電流大(為額定電流的5—7倍)、功率損耗大，電機(jī)維護(hù)成本高等。

經(jīng)研究分析，決定對(duì)1—5號(hào)爐引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，采用高-高變換的變頻器，進(jìn)行電機(jī)變頻調(diào)速，改變電機(jī)定速運(yùn)行方式，以達(dá)到節(jié)約能源、降低損耗、提高設(shè)備使用壽命和優(yōu)化工藝控制的目的。

1 變頻改造必要性分析

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，很難準(zhǔn)確計(jì)算出管網(wǎng)的阻力。設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定：風(fēng)機(jī)風(fēng)量裕度為5?%—10?%，風(fēng)壓裕度為10?%—15?%。但在風(fēng)機(jī)選型時(shí)，將系統(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓富裕量作為選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)的設(shè)計(jì)值。這就導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度達(dá)到20?%—30?%，而風(fēng)機(jī)采用離心風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)性能差、實(shí)際運(yùn)行效率低，設(shè)計(jì)選型誤差和變負(fù)荷工藝要求使運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)的最高效率區(qū)。

可見，采用風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量的方式，會(huì)使風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率大幅度下降。采用風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，風(fēng)機(jī)用電量有很大一部分會(huì)因風(fēng)機(jī)的型號(hào)與管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)不匹配及調(diào)節(jié)方式不當(dāng)而被調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)消耗掉。因此，需要對(duì)其進(jìn)行改造，以提高風(fēng)機(jī)效率、降低風(fēng)機(jī)耗電量。

2 變頻改造可行性分析

2.1 條件分析

(1)?風(fēng)機(jī)變頻改造采用功率模塊串聯(lián)多電平變頻器，變頻器采用低壓IGBT作為逆變?cè)?/p>

(2)?1號(hào)、2號(hào)爐原有的控制系統(tǒng)為EDPFNT系統(tǒng)，3號(hào)、4號(hào)爐為WDPF-Ⅱ系統(tǒng)，5號(hào)爐為I/A′S系統(tǒng)。本次在遠(yuǎn)方進(jìn)行變頻器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，只需在上述分散控制系統(tǒng)中增加I/O卡件及其附件，并進(jìn)行相關(guān)控制邏輯組態(tài)即可。經(jīng)核查，控制系統(tǒng)滿足條件。

2.2 運(yùn)行狀況分析

(1)?1—5號(hào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)額定壓力為6.37?kPa，而實(shí)際送風(fēng)機(jī)出口壓力為3.8—4.4?kPa，風(fēng)機(jī)存在較大壓力富裕度，送風(fēng)機(jī)擋板開度在40?%—76?%。綜合以上因素，5臺(tái)機(jī)組送風(fēng)機(jī)均存在變頻改造的必要性，具有較大節(jié)能空間。

(2)?1號(hào)、2號(hào)機(jī)組引風(fēng)機(jī)額定壓力為5.45?kPa,擋板開度在70?%左右，按照85?%流量計(jì)算，引風(fēng)機(jī)具有一定節(jié)能空間。

(3)?3—5號(hào)機(jī)組引風(fēng)機(jī)額定壓力為5.27?kPa，擋板開度在49?%左右，按照65?%流量計(jì)算，引風(fēng)機(jī)也具有較大節(jié)能空間。

據(jù)此分析，對(duì)高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造是可行的。

3 變頻改造

3.1 變頻主回路

采用功率模塊串聯(lián)多電平變頻器實(shí)現(xiàn)高壓，輸入側(cè)采用移相降壓型變壓器，實(shí)現(xiàn)18脈沖以上的整流方式，滿足對(duì)電網(wǎng)諧波要求。在帶負(fù)載時(shí)，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可達(dá)到0.95以上。在輸出側(cè)采用多級(jí)PWM(Pulse?Width?Modulation，脈寬調(diào)制)技術(shù)，dV/dt小，諧波少，滿足普通異步電機(jī)的技術(shù)需要。根據(jù)負(fù)載設(shè)計(jì)變頻器的輸出電壓是解決高壓電機(jī)調(diào)速的最佳方法。變頻器主回路采用6個(gè)功率單元冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)每相1個(gè)功率單元因故障被旁路后，可不停機(jī)連續(xù)額定運(yùn)行。變頻主電路如圖1所示。

3.2 變頻主控回路

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，采用空冷型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，其主控部分以PCB(Printed?Circuit?Board，印制電路板)板構(gòu)成的主控板為控制核心，結(jié)合PLC、功率單元實(shí)現(xiàn)PWM波形控制及信號(hào)的檢測(cè)、分析、判斷和處理。主控回路和功率單元之間通過光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸，可有效避免電磁干擾，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性;同時(shí)控制系統(tǒng)具有豐富的模擬、數(shù)字接口，可與中控DCS連接和擴(kuò)展，以滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行與控制的需要。

可在控制柜上安裝“遠(yuǎn)程/就地”轉(zhuǎn)換開關(guān),實(shí)現(xiàn)“就地控制”與“遠(yuǎn)方控制”的切換。變頻器遠(yuǎn)方控制接入DCS。DCS增加變頻器畫面，與變頻器輸出接口連接、數(shù)據(jù)通信，查看工作電流、轉(zhuǎn)速、運(yùn)行、停止、故障等狀態(tài)信息,進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和操作。

圖1 變頻主電路示意

3.3 功率單元機(jī)械旁路

為保證變頻器功率單元故障時(shí)不影響風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，變頻器內(nèi)部設(shè)置功率單元機(jī)械旁路。當(dāng)檢測(cè)到單元故障時(shí)，故障功率單元被旁路停用，同時(shí)調(diào)整其他功率單元運(yùn)行數(shù)量，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，其功率單元及機(jī)械旁路如圖2所示。

3.4 工頻/變頻切換方式

為防止變頻器故障造成引、送風(fēng)機(jī)無法投運(yùn)，迫使發(fā)電機(jī)減負(fù)荷或被迫停運(yùn)，該系統(tǒng)還采用“一拖一”、工頻／變頻手動(dòng)旁路切換方式。某高壓電機(jī)變頻器一次接線如圖3所示，其中：6517為6?kV斷路器開關(guān)(原有設(shè)備)；QS1，QS2為變頻器輸入、輸出隔離刀閘；QS3為工頻運(yùn)行隔離刀閘；QS2和QS3之間機(jī)械互鎖，不能同時(shí)合閘。

變頻切工頻步驟為：先斷開6?kV高壓開關(guān)，斷開QS1和QS2隔離刀閘，然后合上QS3隔離刀閘，再合6?kV高壓開關(guān)，電機(jī)轉(zhuǎn)工頻運(yùn)行。

圖2 功率單元與機(jī)械旁路示意

工頻切變頻步驟為：先斷開6?kV高壓開關(guān)，拉開QS3隔離刀閘，然后合上QS1隔離刀閘，再合上QS2隔離刀閘，最后合上6?kV高壓開關(guān)，電機(jī)轉(zhuǎn)變頻運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)由工頻轉(zhuǎn)變頻運(yùn)行時(shí)，考慮電機(jī)的慣性，一般利用“飛車啟動(dòng)”，以保證變頻器不至于因負(fù)載過重而造成啟動(dòng)失敗。

圖3 變頻器一次接線示意

4 變頻改造節(jié)能分析

用變頻器作為風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)器，通過電機(jī)變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，其主要特點(diǎn)是可以消除或減少檔板的節(jié)流損失。風(fēng)機(jī)變頻改造的節(jié)能效果與風(fēng)機(jī)的性能、運(yùn)行工況、檔板的開度等有關(guān)。按照機(jī)組實(shí)際年運(yùn)行6?953?h計(jì)算，變頻改造后的節(jié)能數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 1—5號(hào)爐引、送風(fēng)機(jī)變頻改造節(jié)能數(shù)據(jù)

由表1可見，合計(jì)節(jié)電[10×(829-560)+10× (556-376)]×6?953=3?121萬kWh，節(jié)能效果非常明顯。

5 結(jié)束語

該公司采用SH-HVF系列Ⅲ型高壓變頻器實(shí)施風(fēng)機(jī)變頻改造，取得了顯著的節(jié)電效果，提高了設(shè)備工作效率，并且減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。實(shí)踐證明，通過將風(fēng)機(jī)改造為變頻控制方式來實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降低廠用電率是可行的，也為其他企業(yè)類似改造提供了借鑒。

1?黃慧敏．通用變頻器應(yīng)用中的問題及對(duì)策[J]．礦山機(jī)械，??2004，19(11)：56-57.

2?陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出??版社，2009.

2016-05-06;

2016-11-09。

梁增光(1986—)，男，助理工程師，主要從事繼電保護(hù)檢修管理工作，email：lzglzglzg023@163.com。