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高压变频器在窑尾高温风机节能改造中的应用 |
| 来源：信息中心 时间：2008-11-14 23:37:25 |
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高压变频器在窑尾高温风机节能改造中的应用
丛运石
（巢湖铁道水泥厂 安徽·巢湖 238103）
1.引子
节能和环保是水泥企业发展的趋势，利用新技术来提高企业生产装备的管理水平和节能降耗已是各企业首选的手段之一。其中利用变频调速控制风机类和泵类的负载，替代传统的风门或阀门控制负载的方式具有很好的节能效果。由于电机交流变频调速技术以其优异的调速和起动、制动性能，高效率、高功率因数和显著的节电性能，广泛的适用性等优点成为国内外公认的最有发展前途的调速方式。进行变频节能技术改造符合国家产业政策，《中华人民共和国节约能源法》已将变频调速列入节能技术加以推广。
巢湖铁道水泥厂对窑尾高温风机采用高压变频调速技术实施改造，以达到节能降耗及提高调节自动化水平。现就改造实施情况进行介绍。
2.改造方案的效益预测
利用变频器作为风量的调节器，消除或减少风门的节流损失。由于节能的效果与风机的性能、运行工况、风门的开度等有关，各用户可根据自己的改造对象进行初步分析计算，以了解改造后节能的投资回报率及风机运行的一些基本参数。
2.1窑尾高温风机的基本参数
表1 风机和电机的基本参数（由生产厂家提供）
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风机的基本参数 |
电机的基本参数 |
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风机型号 |
2880DI BB24 |
电机型号 |
YR560-6 |
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风机流量 |
32000m3/h |
电机功率因素 |
0.864 |
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风机全压 |
7840Pa |
电机定子电压 |
6kV |
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轴功率 |
892kW |
额定电流 |
116.8A |
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风机转速 |
950rpm |
电机功率 |
1000kW |
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电机转速 |
990rpm |
2.2窑尾高温风机的使用方式
风机连接方式是：电机—液力偶合器—风机。
风量调节方式是：通过液力偶合器调速（开度为85%）达到风机转速，再调节风门达到生产要求的风量。由于液力偶合器调速范围窄，过大的调速比会引起工作介质（采用气轮机油）发热严重，同时效率下降，不能正常工作，通常控制在1:0.85，即风机转速=990rpm×0.85=841.5 rpm。
2.3窑尾高温风机的运行参数
我厂在回转窑正常生产情况下（工艺线设计熟料产量1500t/d，实际生产熟料1700t/d）进行测试风机，结果如下： 表2 风机运行参数
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风机流量 |
256431m3/h |
电机电流 |
106A |
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风机全压 |
6025Pa |
电机功率因素 |
0.864 |
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轴功率 |
786.3kW |
电机功率 |
951.7kW |
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风机转速 |
841.5rpm |
电机转速 |
990rpm |
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风门开度 |
85% |
电机定子电压 |
6kV |
2.4变频调速后功率及效益估算
根据变频器效率≥96.5%，功率因素≥95%进行估算（为了方便计算，仍设定风门开度为85%，实际使用后风门开度为100%，所以实际电功率结果值要小于计算值，因此节能效果会更好）。
电功率=786.3kW/0.965=814.8 kW
按照目前工厂回转窑的年运转率为88.5%计算，节约电量为：
365天×88.5%×24小时×（951.7 kW -814.8 kW）= 1035161kWh
根据工厂实际电价为0.52元/ kWh计算，每年节约电费为：1035161kWh×0.52=53.83万元。
根据目前市场上进口变频器投资情况看，3.5年能收回成本，如选用国产变频器2.5年能收回成本，从以上结果来看，节电显著，值得改造。同时取消了液力偶合器调速，采用电机直接连接风机，减少了运行成本和降低设备运转中的故障率。
3.变频器性能及改造方案的选择
我们在对风机调节系统改造前，收集、了解了国内外一些调节装置的资料，并进行了比较，最后选择了美国罗宾康高压变频器，其主要特点有：
(1) 该装置由移相变压器、功率单元和控制器组成。移相变压器副边绕组分为三相18个功率单元，每相由6个功率单元串联构成，每个单元的主回路相对独立，可等效为一台单相低压变频器，便于采用现有的成熟技术。
(2) 每个功率单元电路为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，构成36脉冲整流方式，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，得到每个单元的输出。然后将每相6个单元的输出串联成星形接法，通过对每个单元的PWM波形进行重组，得到阶梯正弦PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，谐波分量少于国家规定标准。
(3) 当某一个单元出现故障时，内部软开关自动导通，将此单元旁路，由其他单元的继续运行。
工作原理图如下图。
考虑我厂有一台1125kW的电机闲置，可作为高温风机的备用电机，因此选用高压变频器的参数如下：
1120kW，6kVAC，3相，50Hz，输出0~6kV，同时考虑变频器有故障时不影响生产，可采用工频工作，通过风门调节风量。
4.方案实施和系统调试
（1）拆除原液力偶合器，将液力偶合器的混凝土基础加高做电机基础。联轴器选用尼龙柱销。
（2）变频器安装在原高温风机电气柜室，并正确连接电缆。
（3）进行系统调试，并带负荷试验。详细安装调试过程查看《安装调试说明书》。
5.变频改造后的效果
（1）效益比较
我厂高温风机改变频调节进行生产10天后测试数据如表3
表3 改造测试数据（风机风门开度100%，回转窑产量1680t/d）
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改造前 |
改造后 |
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电机电流 |
105A |
79.2A |
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电机功率因素 |
0.864 |
0.95 |
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电机功率 |
951.7kW |
781.9kW |
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电机转速 |
990rpm |
838rpm |
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电机定子电压 |
6kV |
6kV |
从表中可以看出，经变频改造后，在满足生产正常的情况下，风机的输入功率明显减少。
每年节约用电=365天×88.5%×24小时×（951.7 kW -781.9 kW）=1316391 kWh
每年节约电费为：1316391kWh×0.52=68.45万元。
（2）改为变频调节后，对其它设备的影响有：
（a） 避免了电动机启动时对电机的冲击损害。
（b）提高了风机的自动控制能力。
（c）由于转速的降低,对风机的叶轮、轴承等寿命得以延长。
（d）由于取消了液力偶合器，提高设备运行的可靠性。
6.结束语
我厂变频装置于2005年9月正式投运以来，一直正常工作。高压变频器以其可靠的运行性能及良好的节能效果值得推广和应用。目前，高压变频节能技术随着国内一些生产厂家研制水平的不断提高，已接近世界同行业的领先水平，并以产品性能稳定、价格适宜深得国内企业广泛接受和应用。
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