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1引言

隨著現代企業的不斷進步和發展，效益最大化是企業永恒的主題。利用新技術來提高企業生產裝置的管理水平和節能降耗已是各企業首選的手段之一。高壓變頻節能技術隨著國內一些生產廠家研制水平的不斷提高，已接近世界同行業的領先水平，并以產品性能穩定、價格適宜深得國內企業廣泛接受和應用。

巨化集團公司熱電廠#8爐為280T/H鍋爐，采用雙引風機式，風機型號為Y4-60-11N022.5D，配置功率為630kW，電壓為kV的三相交流異步電動機，風門采用檔板調節，正常運行開度為50%左右，形成檔板兩側風壓差，造成節流損失;同時風機檔板執行機構為大力矩電動執行機構，故障較多，風機自動率較低。為此我們對引風量調節進行變頻調速技術改造，以達到節能降耗及提高調節自動化水平。現就改造過程中的一些工作情況介紹如下。

2變頻器容量的選擇

一般情況下變頻器容量大小的選擇與電動機容量相同，這樣能滿足電機在額定出力內進行不同轉速的調節。但在現實生產工作中，根據實際運行工況來選擇合適的變頻器容量，既能滿足生產需要，又能節省變頻器投資及減少配套設施。我們根據我廠#8爐引風機的配置及正常運行工況，了解到當時設計人員考慮風道內裝有脫硫裝置以及檔板開度在70%左右調節特性較好，所以配置了630kW的電機。同時我們也對額定工況下引風機功率進行了分析，在各種工況下引風機功率都不會大于350kW。我們認為如果采用變頻調速，風門全開，節流損失會較大減少，風機的功率將更不會大于350kW。為此，選擇容量為400kW的變頻器應能滿足上述風機在各種工況下不同轉速調節的要求。

3采用變頻調速后的效益預測

利用變頻器作為風量的調節器，最直接的效益就是節能降耗。各用戶可根據自己的的改造對象進行初步分析計算，以了解改造后節能的投資回報率及風機運行的一些基本參數。

采用變頻調速的主要特點是消除或減少檔板的節流損失，節能的效果與風機的性能、運行工況、檔板的開度等有關。下面就例舉我廠#8爐風機改造測算情況作一介紹。

3.1引風機的性能曲線

3.2引風機的實際測量

3.3利用相似理論分析風機采用變頻后的參數

圖1中AB曲線是風機性能曲線，在近似額定轉速下，表示風機流量與風壓之間的關系。但在實際運行工況中表2所示，風機全壓、流量參數只需在圖1中C點運行。在沒有改造前，風機電機轉速不能變，只能靠風門節流。采用變頻調節，風門全開，可根據工況所需的風機全壓、流量來改變轉速。根據風機相似理論，風機性能參數之間關系為:

Q/Q0=n/n0

P/P0=(n/n0)2(P/P0)

式中:Q—風機流量

P—風機全壓

n—轉速

ρ—介質密度

根據上述關系以及表2所示的運行工況，風機變頻后的運行性能曲線下移為圖1(abc)所示，其關系式為:

Qa=QAn/n0(1)

Pa=PA(n/n0)2(ρ/ρ0)(2)

Qb=QBn/n0(3)

Pb=PB(n/n0)2(ρ/ρ0)(4)

3.4相關參數估算

(1)表2工況下轉速計算:

從圖1(abc)性能曲線所示，為了方便計算，近似認為性能曲線成線性關系，即:

(Pc-Pb)/(Qc-Qb)=(Pa-Pb)/(Qa-Qb)(5)

由(1)~(5)式可求得變頻后的風機轉速為:

(2)風機全壓效率估算:

風機有效功率=全壓*流量/1000

風機全壓效率=有效功率/軸功率

由表1提供的工況A和工況B數據可得，風機的全壓效率為0.785和0.726。因此變頻調速后的風機全壓效率可按0.75進行估算。

(3)變頻調速后功率估算

風機有效功率=全壓×流量/1000

風機軸功率=風機有效功率/全壓效率

電功率=風機軸功率/(變頻器效率*電機效率)

其中:變頻器效率取0.96，電機效率取0.95。

計算后參數匯總見表3。

3.5效益估算

對比變頻調速前后的電功率:#1引風機減少電功率230kW，節電率為67.8%;#2引風機減少電功率195.65kW，節電率為61.7%。

以上是理想條件下的節電率。在實際運用中，為了考慮變頻器故障切換為工頻運行時，風門需保留它用。變頻調節運行時風門盡管全開，還有一定的阻礙，影響計算結果。另外，各種運行工況的不同，節電效果也不一樣。所以實際節電率要比以上估算結果有一定的出入。但從以上結果來看，節電顯著，值得改造。

4變頻器性能的選擇

利用變頻調節技術無疑要在原有的回路中加裝一套變頻調節設備，也就是說如該產品性能不好，將增加一個設備故障點,影響機爐的安全穩定運行，為此變頻調節器的性能選擇至關重要。我們在選擇時除了考慮一些常規的性能指標外，還著重注意了以下幾點:設計上是否相對有其特點，選用的元件是否穩定、成熟;產生的諧波分量是否符合有關標準;電源短時中斷恢復時對其影響程度;個別元件故障時能保持短時間的運行等功能。

目前，市場上高壓變頻器產品較多，變頻調節類型也有多種。一般說來，國外有的產品其元件及性能應較好，但價格較高，同時與用戶意見的交流、售后服務較為困難。

我們在對風機調節系統改造前，收集、了解了國內一些調節裝置的資料，并進行了比較，最后選擇了北京利得華福技術有限公司的產品，其主要特點有:

(1)該裝置由移相變壓器、功率單元和控制器組成。移相變壓器副邊繞組分為三相，21個功率單元，每相由7個功率單元串聯構成，每個單元的主回路相對獨立，可等效為一臺單相低壓變頻器，便于采用現有的成熟技術。

(2)每個功率單元電路為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，構成30脈沖整流方式，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，得到每個單元的輸出。然后將每相7個單元的輸出串聯成星形接法，通過對每個單元的PWM波形進行重組，得到階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，諧波分量少于國家規定標準。

(3)當某一個單元出現故障時，內部軟開關自動導通，將此單元旁路，由其他單元的繼續運行。

5引風機變頻器的控制與調節

我們所應用的HARSVERT-A06/050變頻器可通過在控制柜門“遠控/本控”開關的切換實現“本機控制”與“遠方控制”。我廠“遠方控制”與原有的DCS連接，在引風機控制畫面中增加了變頻器畫面，與變頻器輸出接口聯接，進行數據通訊，運行人員可以通過DCS中的畫面對引風機和變頻器的工作電流、轉速以及運行、停止、故障等狀態進行實時監控。另外，變頻器的控制調節還通過負壓調節器接受爐膛負壓信號和來自送風系統的前饋信號，綜合運算后經手、自動切換單元輸出4~20mA到變頻器的控制端，調節變頻器輸出電源的頻率，從而改變電動機的轉速，改變引風量，達到穩定爐膛負壓的目的。

與常規的控制調節系統比較，系統結構、運行操作方式基本不變，主要區別在于由調整引風門開度改為調節引風電動機轉速。為了保證生產的連續運行，當一臺變頻器故障時，聯跳相應引風機開關，短時出現單邊運行。將故障變頻器隔離后，引風電動機可切換為工頻運行，風量仍由風門檔板調節。

6系統調試

變頻器安裝后，投入系統運行前還需進行必要的調試，其目的主要是檢查所選擇的變頻器其性能、功能是否達到設計要求以及滿足實際生產需要。主要內容有:

(1)具備條件:

a)相關變頻器工作的一、二次設備安裝、組態完畢;

b)變頻器柜內變壓器耐壓試驗、直流電阻測量合格;

c)6kV電纜、變頻器閘刀柜內支持瓷瓶、避雷器等試驗合格;

d)檢查各接線正確、緊固;

e)變頻器參數設置正確;

f)引風機等機務設備具備試車條件。

(2)試驗項目:

a)閘刀閉鎖功能試驗:主要檢查出線閘刀和旁路閘刀的機械閉鎖功能;“高壓允許合閘”閉鎖功能;防止帶負荷拉合閘刀功能。

b)靜態調試:將變頻器控制電源送上，引風機開關處于試驗狀態。檢查“本機控制”(觸摸屏控制)、“遠方控制”(DCS控制)時的開關動作狀態及變頻器面板、DCS畫面上的各種狀態顯示是否正確對應。

c)動態調試:引風機開關、變頻器柜將正式通電。分別檢查“工頻旁路”狀態以及“變頻控制”狀態下，在DCS上或變頻器面板上操作引風機、變頻器的啟、停、調是否正常，轉速、電流是否下確;在“工頻旁路”狀態時與“變頻控制”狀態時的轉向是否一致;在“變頻控制”時人為模擬故障保護動作、信號是否正確。

d)帶負荷試驗:主要了解正常運行工況下引風機、變頻器的風量、電流、轉速(頻率);檢查變頻器額定輸出電流時的電機轉速、變頻器頻率。以便確定變頻器的“始動頻率”值以及是否投用限流功能。

e)動力電源切換試驗:變頻器在正常運行時,電源發生短時波動或工作廠用電中斷備用電切換成功,這時變頻器應不發生跳機。

7變頻改造后的效果

(1)效益比較:

我廠#8爐#1、#2引風機于2003年7月1日改變頻調節正式投用，7月8日測試數據如表4:

從表2、表4中可以看出，經變頻改造后，在滿足鍋爐負荷約260T/H燃燒的情況下，風機輸入功率明顯減少，分別由339.00kW、317.00kW降到162.00kW、167.143kW;風機單位電耗也由1.282kWh/t、1.219kWh/t降到0.608kWh/t、0.623kWh/t，節電率分別為52.57%、48.89%，每年可節省廠用電200多萬kWh。

(2)改為變頻調節后，對其它設備的影響有:

a)避免了電動機啟動時對電機的沖擊損害。

b)提高了引風機的自動控制能力。

c)由于轉速的降低,對風機的葉輪、軸承等壽命得以延長。

8結束語

我廠變頻裝置于2003年7月1日正式投運以來，由于其他原因變頻器正常中經歷了電源中斷切換、單邊引風機變頻器運行等異常情況的考驗。北京利得華福公司生產的高壓變頻器以其可靠的運行性能及良好的節能效果深得用戶的信賴，值得大力推廣和應用。

參考文獻

[1]浙江巨化集團公司熱電廠#8爐引風機變頻器改造資料。

[2]HARSVERT-A06/50型高壓變頻器說明書。