高壓變頻器在干熄焦除塵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

1、高壓變頻器在干熄焦除塵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用丁娛樂 （云南昆鋼煤焦化有限公司安寧分公司,云南安寧,650302）摘要：本文介紹東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司DHVECTOL - DI01250/ 06高壓變頻器在干熄焦除塵風(fēng)機(jī)調(diào)速改造中的應(yīng)用情況.主要說明了進(jìn)行高壓變頻器改造的原因、改造方法以及DHVECTOL - DI01250/ 06高壓變頻器的系統(tǒng)構(gòu)成及硬件組成；應(yīng)用結(jié)果表明,采用高壓變頻器替代傳統(tǒng)的液力耦合器對(duì)干熄焦除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.Abstract: This article describes the East Hitachi (Chengdu)

2、Electric Control Equipment Co., Ltd. DHVECTOL - DI-01250 / 06 high-voltage inverter in the CDQ dust fan speed the transformation of the application. Mainly to explain the reasons for high-voltage inverter transformation, transformation methods, and DHVECTOL - DI-01250 / 06 high-voltage inverter syst

3、em structure and hardware components;The application result indicates that, High-voltage converter using an alternative to traditional hydraulic couplers on the CDQ dust blower speed energy-saving equipment, has a higher economic and the social efficiency.關(guān)鍵詞：高壓變頻器,液力耦合器,除塵風(fēng)機(jī),調(diào)速節(jié)能Key Words:High volt

4、age inverter   Hydraulic coupler Dust Blower   Speed energy-saving1.引言云南昆鋼煤焦化公司是大型煉焦企業(yè),安寧分公司現(xiàn)有兩組4座冶金焦?fàn)t,一組為58型2X42孔,由1#、2#焦?fàn)t組成,另一組為JN60型2X50孔,由3#、4#焦?fàn)t組成,年產(chǎn)焦炭150多萬(wàn)噸.3#、4#焦?fàn)t采用干法熄焦,在熄焦過程中會(huì)產(chǎn)出大量的焦末粉塵,煤氣粉塵溫度高,含有易燃?xì)怏w和大量煤灰,按照我國(guó)1996年頒布的大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16297一1996）,對(duì)煙氣必須冷卻、凈化,由引風(fēng)機(jī)將其排至煙囪放散或輸送到煤

5、氣回收系統(tǒng)中備用.因此,干熄焦系統(tǒng)配有一套除塵系統(tǒng),采用布袋式除塵.原風(fēng)機(jī)采用液力偶合器調(diào)速,高速800r/min,低速600r/min.經(jīng)過幾年的實(shí)際運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)液力偶合器技術(shù)存在著局限性,主要表現(xiàn)在：1）電動(dòng)機(jī)的效率低,損耗大,尤其低速運(yùn)行時(shí),效率極低； 2）調(diào)節(jié)精度低、線性度差,響應(yīng)慢；3）啟動(dòng)電流比較大,對(duì)電機(jī)損害大,并影響電網(wǎng)穩(wěn)定； 4）液力偶合器故障時(shí),無法切換至工頻旁路運(yùn)行,必須停機(jī)檢修； 鑒于液力偶合器存在上述眾多問題,因此在2008年5月,煤焦化公司安寧分公司對(duì)干熄焦除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造,改用高壓變頻器為除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速. 2高壓變頻器技術(shù)要求及改造方案干熄焦除塵風(fēng)機(jī)是干熄焦除塵凈

6、化系統(tǒng)的動(dòng)力中樞,一旦除塵風(fēng)機(jī)不能正常運(yùn)行,不但影響生產(chǎn),造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,還有可能威脅到現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員的人身安全；另外,調(diào)速系統(tǒng)工作的環(huán)境比較惡劣；同時(shí)干熄焦又是周期性間斷熄焦,為滿足節(jié)能和環(huán)保要求,要求風(fēng)機(jī)在整個(gè)熄焦工作周期內(nèi)變速運(yùn)行,干熄爐加紅焦時(shí)（裝入裝置打開）高速運(yùn)行,干熄爐加紅焦結(jié)束時(shí)（裝入裝置閉合）低速運(yùn)行；所以,和除塵風(fēng)機(jī)配套的高壓調(diào)速系統(tǒng),要求具有極高的可靠性.電機(jī)參數(shù)如下：型號(hào)額定功率額定轉(zhuǎn)速額定電壓額定電流額定功率因數(shù)YKK5801-61250KW993r/min6KV150A0.831）技術(shù)要求基于以上工作特點(diǎn),對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要要求如下：  &#

7、160;                     1）要求變頻器要有高可靠性,長(zhǎng)期運(yùn)行無故障.2）要求變頻器有旁路功能,一旦出現(xiàn)故障,可使電機(jī)切換到工頻運(yùn)行. 3）變頻器輸出直接與風(fēng)機(jī)電機(jī)相連接,根據(jù)生產(chǎn)工藝要求調(diào)整不同轉(zhuǎn)速.4）干熄焦中控室操作人員應(yīng)能對(duì)除塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)控,并調(diào)整相關(guān)參數(shù).經(jīng)過多方調(diào)研、比較,最后決定采用東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DHVECTOL - DI01250

8、/ 06高壓變頻器. 2）變頻改造方案根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況,采用一拖一手動(dòng)工頻旁路方案.一次原理圖如下：圖1 一次原理圖一次回路圖說明QS1、QS2為隔離刀閘開關(guān),其中QS2單刀雙擲開關(guān).變頻運(yùn)行狀態(tài)：合隔離刀閘QS1,QS2置于a點(diǎn),按變頻啟動(dòng)規(guī)程啟動(dòng)變頻器.工頻運(yùn)行狀態(tài)：QS2置于b點(diǎn),隔離刀閘QS1分?jǐn)?按工頻啟動(dòng)規(guī)程啟動(dòng)電機(jī).檢修變頻器時(shí),斷QS1,QS2置于b點(diǎn).檢修電機(jī)時(shí),斷QS1,QS2置于a點(diǎn).3. DHVECTOL - DI01250/ 06高壓變頻器系統(tǒng)構(gòu)成DHVECTOL - DI01250/ 06變頻器屬于“高-高”“交直交”“電壓源” 型高壓變頻器,由移相變壓器、功率單元

9、、主控系統(tǒng)和PLC電氣控制回路構(gòu)成.其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示. 圖2 DHVECTOL - DI01250/ 06高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1）移相變壓器移相變壓器的主要作用有三個(gè)：一是將工頻高壓電源降為低壓（620V）電源提供給每個(gè)功率單元；二是將每個(gè)功率單元輸入隔離,以便于波形疊加；三是采用移相多脈沖整流方式,降低輸入諧波含量.DHVECTOL - DI01250/ 06高壓變頻器輸入電網(wǎng)電壓為6KV,每相由八個(gè)功率單元串聯(lián)而成,共有24個(gè)功率單元,相電壓為3464V,每個(gè)功率單元輸出有效值Ve460V,峰值輸出電壓Vp= Ve621V.電壓疊加如圖3所示.圖3電壓疊加圖2）功率單元功率單元是使用功

10、率電力電子器件進(jìn)行整流、濾波、逆變的高壓變頻器部件,是構(gòu)成高壓變頻器主回路的主要部分.每個(gè)功率單元都相當(dāng)于一臺(tái)交-直-交電壓型單相低壓變頻器.基本結(jié)構(gòu)如圖4所示. 圖4功率單元基本結(jié)構(gòu)每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致,可以互換,其基本結(jié)構(gòu)如圖4所示,為基本的交-直-交雙向逆變電路,圖中通過逆變塊IGBT反并聯(lián)的二極管構(gòu)成三相全橋方式整流,整流后再給濾波電容充電,確定母線電壓, 通過對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制實(shí)現(xiàn)雙向逆變.圖5功率單元簡(jiǎn)化原理圖每個(gè)功率單元簡(jiǎn)化原理圖如上圖所示,可以輸出三個(gè)電平的電壓.當(dāng)V1 和V4 導(dǎo)通,電流方向如紅色箭頭所示,此時(shí)輸出正電平;當(dāng)V2 和V3 導(dǎo)通時(shí),電流方向

11、如圖藍(lán)色箭頭所示,此時(shí)輸出負(fù)電平;當(dāng)V1、V3 或者V2、V4 導(dǎo)通時(shí),輸出零電平.通過適當(dāng)?shù)目刂品绞?可以使功率單元根據(jù)需要輸出不同的電平,并且保證四只IGBT 功率平衡.通過改變PWM波形輸出正電壓和負(fù)電壓的交替周期,就可以改變功率單元輸出電壓的頻率.每個(gè)功率單元輸出波形按以下方式產(chǎn)生:用一定頻率的等腰三角波對(duì)需要輸出的頻率和幅值的正弦波進(jìn)行比較,當(dāng)正弦波大于三角波時(shí)在正半周輸出為正電平,在負(fù)半周輸出為負(fù)電平,當(dāng)正弦波小于三角波時(shí)輸出零電平,由此可以得到以正弦波等效的SPWM波形.3）主控系統(tǒng)主控系統(tǒng)由主控板、光通板、接口板組成,其中主控板是變頻器控制核心,負(fù)責(zé)控制算法,波形產(chǎn)生和故障處理

12、等；光通板負(fù)責(zé)將波形通過光纖發(fā)送到功率單元,并將功率單元故障狀態(tài)返回至主控；接口板負(fù)責(zé)外部接口的信號(hào)調(diào)理和隔離,如數(shù)字量輸入/輸出,模擬量輸入/輸出,通信等.如圖6所示.圖6主控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)4） PLC 電氣控制回路PLC 電氣控制回路主要完成與主控系統(tǒng)和用戶的接口以及外部故障的檢測(cè),如控制電源、風(fēng)機(jī)故障、柜門等,PLC 電氣控制回路具有一定的擴(kuò)展性,可根據(jù)需要來進(jìn)行擴(kuò)充.4. DHVECTOL - DI01250/ 06高壓變頻器的硬件組成DHVECTOL - DI01250/ 06高壓變頻器從結(jié)構(gòu)上由控制柜、單元柜（也稱逆變柜）、變壓器柜、旁通柜、上位機(jī)組成.1) 控制柜控制柜主要由主控（

13、CPU）、PLC、UPS、開關(guān)電源、控制電源開關(guān)、接線端子、繼電器、接觸器、開關(guān)電源、人機(jī)界面、操作按鈕等部分構(gòu)成.2) 單元柜單元柜主要用于安裝功率單元.功率單元柜主要由功率單元、風(fēng)機(jī)及附件、電流LEM、接線端子等組成.3) 變壓器柜變壓器柜主要由移相變壓器、溫度控制器、冷卻風(fēng)機(jī)等部件構(gòu)成.4) 旁通柜旁通柜的主要作用是在變頻器退出運(yùn)行時(shí),讓電機(jī)和機(jī)械設(shè)備直接掛接工頻電網(wǎng)運(yùn)行.5. 設(shè)備運(yùn)行情況及效益分析2008年5月22日,采用東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司提供的DHVECTOL - DI01250/ 06高壓調(diào)速系統(tǒng)正式投入使用,至今該高壓變頻器一直持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行.高速運(yùn)行時(shí)40Hz,低

14、速運(yùn)行時(shí)30Hz.1)改善了工藝.投入變頻器后除塵風(fēng)機(jī)可以非常平滑穩(wěn)定的調(diào)整風(fēng)量,并且調(diào)控方便,除塵風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)得到了改善、提到了效率.2)延長(zhǎng)了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命.原采用液力耦合器調(diào)速,啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、啟動(dòng)電流大,對(duì)風(fēng)機(jī)和電機(jī)的機(jī)械沖擊很大,嚴(yán)重影響其使用壽命.而采用變頻調(diào)速,可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟制動(dòng),使風(fēng)機(jī)工作平穩(wěn),軸承磨損減少,大大延長(zhǎng)了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命和維護(hù)周期.3）加強(qiáng)了對(duì)電機(jī)的保護(hù).變頻器自身有過電壓、過電流、欠電壓、缺相、短路、超頻、失速、變頻器過載、電機(jī)過載、半導(dǎo)體器件的過熱、瞬時(shí)停電等保護(hù)措施,并能聯(lián)跳輸入側(cè)6kV開關(guān),保護(hù)功能完善,大大加強(qiáng)了對(duì)電機(jī)的保護(hù).4）變頻器能遠(yuǎn)距離

15、操作,并可對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程/本地控制的切換,提高了系統(tǒng)控制的靈活性.5）變頻器同現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)無縫接口,滿足生產(chǎn)的需要.變頻器內(nèi)置PLC,現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)接入靈活.變頻器熄焦過程自動(dòng)高速、低速往復(fù)運(yùn)行.6）節(jié)能效果顯著.和原液力偶合器調(diào)速方式相比,風(fēng)機(jī)效率穩(wěn)定在理想的范圍內(nèi),電動(dòng)機(jī)能耗大大降低,計(jì)算節(jié)電率可達(dá)34,變頻改造后節(jié)能效果顯著.一、改造前液力偶合器調(diào)速能耗計(jì)算：運(yùn)行說明：除塵風(fēng)機(jī)為24小時(shí)工作,電機(jī)輸入電流平均約為110A. 平均每天耗電量：P=Uicos×24=110×6×1.732×0.86×24=23594.1kWh平均每年用電量計(jì)算（扣除全年停

16、機(jī)檢修時(shí)間,按300天運(yùn)行計(jì)算）F1=P×300=23594KW×300=7078199kWh二、改造后高壓變頻器調(diào)速耗能計(jì)算：運(yùn)行說明：除塵風(fēng)機(jī)為24小時(shí)工作,采用高壓變頻器在高速運(yùn)行時(shí),電機(jī)輸入電流平均約為100A;其余時(shí)間為低速運(yùn)行,電機(jī)輸入電流平均約為60A；按每天出40個(gè)爐,高速運(yùn)行時(shí)間平均時(shí)間為2分鐘計(jì)算,每天高速運(yùn)行時(shí)間約為80分鐘,其余時(shí)間均運(yùn)行在低速.變頻器高速運(yùn)行耗電量：P1=Uicos×1.34=100×6×1.732×0.96×1.34=1336.8kW變頻器低速運(yùn)行耗電量：P2=Uicos×

17、;22.66=60×6×1.732×22.66×0.96=13564kW平均每天耗電量：P=P1+P2=1336.8+14129=14901kWh平均每年用電量計(jì)算（扣除全年停機(jī)檢修時(shí)間,按300天運(yùn)行計(jì)算）F2=P×350=15465.8KW×300=4470300kWh三、對(duì)比液力偶合器和高壓變頻器的節(jié)能效果分析：全年節(jié)電量F=F1F2=7078199kWh4470300kWh =2607899kWh節(jié)電率= F/F1 =36.8%按昆鋼平均電價(jià)0.45元/kwh計(jì)算,每年節(jié)約電費(fèi)為：F×0.45=1173554.6元經(jīng)過以上節(jié)能測(cè)算對(duì)比,高壓變頻調(diào)速改造后經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀,估計(jì)運(yùn)行兩年左右可收回全部改造投資.6結(jié)束語(yǔ)從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來看,東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DHVECTOL - DI01250/ 06高壓變頻器性能優(yōu)越,運(yùn)行可靠,有效地降低了生產(chǎn)成本.在國(guó)家大力建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的今天,通過有效的節(jié)能改造