高壓變頻器在活化石灰回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)的應(yīng)用二

-.z●通過(guò)改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)

改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)機(jī)的壓力特性曲線(xiàn)隨之改變，當(dāng)管網(wǎng)阻力不變時(shí)，其特性曲線(xiàn)如圖：

當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速定為n1、n2、n3時(shí)，每個(gè)轉(zhuǎn)速都對(duì)應(yīng)其相應(yīng)的壓力特性曲線(xiàn)，在管網(wǎng)阻力R不變的情況下，工況點(diǎn)隨之改變?yōu)镸1、M2，其對(duì)應(yīng)的流量變?yōu)镼1、Q2。

在實(shí)際中，采用高壓變頻器，內(nèi)反應(yīng)串級(jí)調(diào)速電機(jī)，液力耦合器等方法到達(dá)對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而在管網(wǎng)阻力不變的情況下調(diào)節(jié)流量。

〔4〕風(fēng)機(jī)定速運(yùn)行與風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行在輸出同等風(fēng)量時(shí)的比擬：

當(dāng)風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為n1，擋板全開(kāi)管網(wǎng)壓力為R1，額定流量為Q1時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的二種方法，將輸出流量改變?yōu)镼2，其運(yùn)行工況的差異如下圖：

從圖中可以看出，在輸出同等流量的情況下，用擋板調(diào)節(jié)的工況點(diǎn)是M3，運(yùn)行時(shí)壓力為Hf。用速度調(diào)節(jié)的工況點(diǎn)是M2，運(yùn)行時(shí)壓為H2。

〔5〕兩種風(fēng)量調(diào)節(jié)方法消耗能量的差異：

從上面可以看出，調(diào)節(jié)擋板與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的最大差異在于風(fēng)壓，兩種運(yùn)行方式風(fēng)機(jī)吸收軸功率的差異為：

根據(jù)風(fēng)機(jī)功率消耗的相擬性理論，得出結(jié)論：用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量與用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風(fēng)量比照，隨著實(shí)際輸出流量與風(fēng)機(jī)額定流量差值的加大，其能量的消耗差異也呈平方比例系數(shù)加大。6、風(fēng)機(jī)調(diào)速改造方案的調(diào)研：

〔1〕液力耦合器調(diào)速方案：

優(yōu)點(diǎn)：

●液力耦合器價(jià)格廉價(jià)。

●操作簡(jiǎn)單，維修方便。

●水冷卻系統(tǒng)不需單獨(dú)安裝，可以直接使用回轉(zhuǎn)窯的水冷系統(tǒng)。

缺點(diǎn)：

●調(diào)速效率低，節(jié)能效果差。

●機(jī)械傳動(dòng)方式，運(yùn)行故障率高，且需定時(shí)加液力油。

●安裝時(shí)需加在電機(jī)與風(fēng)機(jī)中間，則要重作電機(jī)根底，期間將造成生產(chǎn)停頓。

●當(dāng)在運(yùn)行中液力耦合器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，只能停產(chǎn)修理。

〔2〕串級(jí)調(diào)速電機(jī)調(diào)速方案：

優(yōu)點(diǎn)：

●價(jià)格宜中。

●可以安裝于原電機(jī)根底上。

●調(diào)速時(shí)效率高。

缺點(diǎn)：

●需更換電機(jī)。

●調(diào)速*圍窄，最低速只到額定的50%。

●電機(jī)為繞線(xiàn)式，需每年更換碳刷。

〔3〕高壓變頻器調(diào)速方案：

優(yōu)點(diǎn)：

●全*圍調(diào)速，啟動(dòng)時(shí)間可以根據(jù)工況自行設(shè)定。

●運(yùn)行效率高，功率因數(shù)高。

●技術(shù)先進(jìn)，在低速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)溫升低，噪音低，增加電機(jī)壽命。

●可以頻繁啟動(dòng)，保持啟動(dòng)電流在電機(jī)額定電流之內(nèi)。

缺點(diǎn)：

●價(jià)格較貴。

●操作參數(shù)較多，需對(duì)操作人員培訓(xùn)。〔4〕采用調(diào)速運(yùn)行后節(jié)能效果計(jì)算：

●設(shè)備參數(shù)

引風(fēng)機(jī)型號(hào)為GW-GR168D〔IDF〕，其性能參數(shù)為：項(xiàng)

目參數(shù)風(fēng)機(jī)流量〔m3/H〕145658風(fēng)機(jī)全壓〔Pa〕8000軸功率〔KW〕403介質(zhì)密度〔Kg/m3〕0.577轉(zhuǎn)

速〔r/min〕1480

異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YKK450-2-4，其性能參數(shù)為項(xiàng)

目參數(shù)額定功率〔KW〕500額定電壓〔V〕6000額定電流〔A〕59.5額定轉(zhuǎn)速〔r/min〕1490

●回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行時(shí)的風(fēng)機(jī)參數(shù)2005年2月1日—3月2日回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)的測(cè)試結(jié)果如下：序號(hào)名

稱(chēng)單位引風(fēng)機(jī)1累計(jì)工作時(shí)間h3142風(fēng)門(mén)開(kāi)度%15-253窯內(nèi)負(fù)壓Pa100-2004風(fēng)機(jī)電流A25-355累計(jì)電耗Kw.h880206平均每小時(shí)電耗Kw.h280.32

●利用相似理論分析回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)調(diào)速的運(yùn)行數(shù)據(jù)

風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行后的運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系式為：

Qa=QAn/n0

Pa=PA(n/n0

)2(ρ/ρ0)

Qb=QBn/n0

Pb=PB(n/n0

)2(ρ/ρ0)

為了方便計(jì)算，近似認(rèn)為性能曲線(xiàn)成線(xiàn)性關(guān)系，即：

(Pc–Pb)/(Qc–Qb)=(Pa–Pb)/(Qa–Qb)

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與運(yùn)行電流：

Ia=IA(n/n0

)3

●

根據(jù)原運(yùn)行數(shù)據(jù)和以上公式計(jì)算后得出調(diào)速運(yùn)行工作狀態(tài)：

序號(hào)名稱(chēng)單位*1引風(fēng)機(jī)1運(yùn)行頻率Hz302風(fēng)門(mén)開(kāi)度%1003窯內(nèi)負(fù)壓Pa2126.734介質(zhì)密度Kg/m30.3245風(fēng)機(jī)電流A8.416風(fēng)機(jī)單位電耗Kw.h61.8

〔5〕調(diào)速運(yùn)行后的效益估算：●根據(jù)以上計(jì)算出的調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)，定速運(yùn)行單位電耗280.32Kw.h，調(diào)速運(yùn)行后單位電耗61.8Kw.h，每小時(shí)節(jié)電達(dá)212.52Kw.h

●以上為在理想狀況下的單位節(jié)能，在實(shí)際運(yùn)用中，考慮到設(shè)箅的效率轉(zhuǎn)換，調(diào)速裝置的損耗，還應(yīng)乘以0.85的額外消耗系數(shù)，實(shí)際單位節(jié)電按180Kw.h進(jìn)展計(jì)算。

●以正常年工作300天計(jì)算，其節(jié)電總量為：1，296，000Kw.h。

●以電價(jià)每Kw.h費(fèi)用0.57元計(jì)算,年節(jié)約電量應(yīng)達(dá)738,720元。

〔6〕最終選擇方案：

經(jīng)過(guò)對(duì)以上對(duì)調(diào)速方案的論證，節(jié)能效果的計(jì)算。并對(duì)進(jìn)展了上述三種方案改造過(guò)的廠(chǎng)家進(jìn)展現(xiàn)場(chǎng)考察，并結(jié)合回轉(zhuǎn)窯實(shí)際流程的要求，綜合以上因素，選用高壓變頻器調(diào)速方案作為石灰車(chē)間回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)調(diào)速改造方案。7、高壓變頻器性能參數(shù)：

〔1〕高壓變頻器的類(lèi)型：

●高—低—高三電平高壓變頻器

●功率器件直接串聯(lián)變頻器

●多電平單元串聯(lián)疊加電壓源型變頻器

●SGCT器件串聯(lián)電流型變頻器

〔2〕變頻器類(lèi)型的選擇：

●我們?cè)谶x擇時(shí)除了考慮一些常規(guī)的性能指標(biāo)外，還著重注意：設(shè)計(jì)上是否相對(duì)有其特點(diǎn)，選用的元件是否穩(wěn)定、成熟；產(chǎn)生的諧波分量是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；電源短時(shí)中斷恢復(fù)時(shí)對(duì)其影響程度；個(gè)別元件故障時(shí)能保持短時(shí)間的運(yùn)行等功能。

●在以上類(lèi)型中，SGCT器件串聯(lián)電流型變頻器最為先進(jìn)，但是國(guó)內(nèi)無(wú)法生產(chǎn)，均為國(guó)外產(chǎn)品，其中加拿大羅克韋爾公司的PowerFle*M7000系列的變頻器性能優(yōu)秀，且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)，但是價(jià)格過(guò)于昂貴。

●在國(guó)內(nèi)，多電平單元串聯(lián)疊加電壓源型變頻器屬于最為先進(jìn)，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)考察中，其運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果良好，功率因數(shù)高。經(jīng)過(guò)多方比擬，決定采用多電平單元串聯(lián)疊加電壓源型變頻器。

〔3〕多電平單元串聯(lián)疊加電壓源型變頻器性能：

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)多電平單無(wú)串聯(lián)疊加電壓源型變頻器廠(chǎng)家的情況，并進(jìn)展了比擬，最后選擇了**九洲電氣股份**。其產(chǎn)品特點(diǎn)：

●調(diào)速*轉(zhuǎn)寬，可以從零轉(zhuǎn)速到工頻轉(zhuǎn)速的*圍內(nèi)進(jìn)展平滑調(diào)節(jié)。

●在大電機(jī)上能實(shí)現(xiàn)小電流的軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)的方式可以根椐現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)展調(diào)整。

●頻率的調(diào)整是根據(jù)電機(jī)在低頻下的壓頻比系數(shù)進(jìn)展電壓和頻率的輸出，在低轉(zhuǎn)速下，電機(jī)不僅是發(fā)熱量低，而且輸入電壓低，將使電機(jī)絕緣老化速度降低。

●串聯(lián)多重化疊加技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了真正意義的高-高電力變換，無(wú)需降壓升壓變換，降低了裝置的損耗，提高了可靠性，解決了高壓電力變換的困難。串聯(lián)多重化疊加技術(shù)的應(yīng)用還為實(shí)現(xiàn)純粹弦波、消除電網(wǎng)諧波污染開(kāi)辟了嶄新的途徑。

●高功率因數(shù)，達(dá)0.95以上，無(wú)需另加功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，防止了因無(wú)功帶來(lái)的罰款。

●效率高，高達(dá)96%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可控硅大功率調(diào)速裝置。

●符合IEEE519-1992標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求，不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，完全無(wú)需任何濾波裝置。

●對(duì)電機(jī)不產(chǎn)生諧波污染，有效降低了電機(jī)的發(fā)熱量，噪聲與采用工頻供電時(shí)相近。

●轉(zhuǎn)矩脈沖很低，不會(huì)導(dǎo)致電機(jī)等機(jī)械設(shè)備的共振，同時(shí)也減少了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的磨損。

●輸出波形完美，失真度小于1%。

●電動(dòng)機(jī)的電應(yīng)力強(qiáng)度與采用工頻供電時(shí)相近，無(wú)需配備特殊電動(dòng)機(jī)。

●與電機(jī)的連接不受電纜長(zhǎng)度的限制。

●采用大規(guī)模門(mén)陣列CPLD電路，實(shí)現(xiàn)了PWM控制的高度實(shí)時(shí)性、快速性和準(zhǔn)確性。

●兩光纖實(shí)時(shí)傳送技術(shù)，獲得了國(guó)家創(chuàng)造專(zhuān)利，使得控制單元與功率單元之間的通訊更加迅速、可靠。

●特別設(shè)計(jì)的H橋逆變電路，已獲得了國(guó)家專(zhuān)利，為系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性提供了保障。

●完善的功率單元旁通技術(shù)，已獲得了國(guó)家專(zhuān)利，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

控制局部采用高性能的DSP和FPGA芯片，使得控制系統(tǒng)的性能大大提高，實(shí)現(xiàn)恒定V/F和恒轉(zhuǎn)矩控制，提升特性可任意設(shè)定，滿(mǎn)足各種機(jī)械啟動(dòng)及運(yùn)行的要求。

●優(yōu)秀的DSP軟件數(shù)學(xué)模型，使得系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和效率大大提高8、設(shè)備安裝系統(tǒng)調(diào)試

2005年3月，高壓變頻器在在灰車(chē)間安裝。

〔1〕系統(tǒng)回路：

●在系統(tǒng)回路中，加旁路系統(tǒng)，當(dāng)變頻器故障時(shí)即可通過(guò)路繼續(xù)運(yùn)行引風(fēng)機(jī)。

●保持原有高壓開(kāi)關(guān)保護(hù)設(shè)定。

●將水阻啟動(dòng)器嵌入旁路系統(tǒng)，用于旁路運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)。

●根據(jù)以上的需求，的經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，其主回路如圖：

圖8引風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)圖

〔2〕變頻器安裝流程：

●根據(jù)變頻器安裝要求，做變頻器根底。

●安裝變頻器。

●做高壓聯(lián)屏電纜

●接控制連鎖線(xiàn)

●接入控制電源電纜

●控制回路調(diào)試完成后，連接主回電纜。

〔3〕調(diào)試流程：

●相關(guān)變頻器工作的一、二次設(shè)備安裝、組態(tài)完畢；

●變頻器柜內(nèi)變壓器耐壓試驗(yàn)、直流電阻測(cè)量合格；

●6KV電纜、變頻器閘刀柜內(nèi)支持瓷瓶、避雷器等試驗(yàn)合格；

●檢查各接線(xiàn)正確、緊固；

●變頻器參數(shù)設(shè)置正確；

●引風(fēng)機(jī)等機(jī)務(wù)設(shè)備具備試車(chē)條件。

●閘刀閉鎖功能試驗(yàn)：

主要檢查出線(xiàn)閘刀和旁路閘刀的機(jī)械閉鎖功能；“高壓允許合閘〞閉鎖功能；防止帶負(fù)荷拉合閘刀功能。

●靜態(tài)調(diào)試：

將變頻器控制電源送上，引風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)處于試驗(yàn)狀態(tài)。檢查“本機(jī)控制〞〔數(shù)字鍵盤(pán)控制〕、“遠(yuǎn)方控制〞〔液晶觸摸屏控制，遠(yuǎn)方控制箱控制〕時(shí)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作狀態(tài)及變頻器面板、觸摸屏畫(huà)面上的各種狀態(tài)顯示是否正確對(duì)應(yīng)。

●動(dòng)態(tài)調(diào)試：

引風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)、變頻器柜將正式通電。分別檢查“工頻旁路〞狀態(tài)以及“變頻控制〞狀態(tài)下，在變頻器面板和遠(yuǎn)方控制箱上操作引風(fēng)機(jī)、變頻器的啟、停、調(diào)是否正常，轉(zhuǎn)速、電流是否正確；在“工頻旁路〞狀態(tài)時(shí)與“變頻控制〞狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)向是否一致；在“變頻控制〞時(shí)人為模擬故障保護(hù)動(dòng)作、信號(hào)是否正確。

●帶負(fù)荷試驗(yàn)：

主要了解正常運(yùn)行工況下引風(fēng)機(jī)、變頻器的風(fēng)量、電流、轉(zhuǎn)速〔頻率〕；檢查變頻器額定輸出電流時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速、變頻器頻率。9、回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速改造后的運(yùn)行：

石灰車(chē)間回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)于2005年3月18日用高壓變頻器調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速方法投入生產(chǎn)。

〔1〕

石灰回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行參數(shù)變化：

●變頻器啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定為120秒，在啟動(dòng)中電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，電機(jī)電流保持在60A電流之內(nèi)。

●在回轉(zhuǎn)窯用木料烘窯時(shí)，引風(fēng)機(jī)電機(jī)在8赫茲的頻率下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)極為安靜，此時(shí)的風(fēng)量正可滿(mǎn)足木材充分燃燒，且不會(huì)使燃燒速度過(guò)快。

●最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電機(jī)在25赫茲運(yùn)行，風(fēng)機(jī)振動(dòng)大大減輕，在旁邊的電工室內(nèi)已感不到明顯的風(fēng)機(jī)震動(dòng)。

●在進(jìn)展沖窯皮或進(jìn)展短時(shí)維修時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行于2赫茲或停頓，不但引風(fēng)機(jī)電量消耗減少，同時(shí)風(fēng)量減小，使回轉(zhuǎn)窯溫度下降速度變慢，在比擬短時(shí)間內(nèi)完成的不必進(jìn)展噴煤加溫。

●通過(guò)變頻器頻率的準(zhǔn)確調(diào)整，使入料和出料時(shí)窯溫保持在最正確狀態(tài)。

〔2〕引風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行后的電量消耗：

●6月17日到6月23日變頻運(yùn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)序號(hào)名稱(chēng)單位

1累計(jì)運(yùn)行時(shí)間h1442運(yùn)行頻率Hz10-253風(fēng)機(jī)電流A11-23.54變頻器輸入電流A6A以下5累計(jì)電耗Kw.h78486平均每小時(shí)電耗Kw.h54.5●高壓變頻改造后，引風(fēng)機(jī)在滿(mǎn)足回轉(zhuǎn)窯負(fù)壓的情況下，風(fēng)機(jī)電流明顯減少，由25A-35A降為11A-23.5A變頻器輸入電流則降到6A以下，風(fēng)機(jī)平均每小時(shí)電耗也由280.32Kw.h降到54.5Kw.h，節(jié)電率為80.1%。

〔3〕高壓變頻運(yùn)行后，相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行變化：

●防止了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)的沖擊損害，對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

●提高了引風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制能力。

●減少了引風(fēng)機(jī)和高壓除塵器的振動(dòng)。

●由于轉(zhuǎn)速的降低,對(duì)風(fēng)機(jī)的葉輪、軸承等壽命得以延長(zhǎng)。

●擋風(fēng)板保持全開(kāi)狀態(tài)，降低了磨損，且大力矩執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作次數(shù)減少，故障率降低。10石灰車(chē)間回轉(zhuǎn)窯引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能與效益：

1〕引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間：

●石灰車(chē)間回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)為十二天一個(gè)生產(chǎn)周期，十天進(jìn)展活性石灰生產(chǎn)，二天進(jìn)展修窯。

●引風(fēng)機(jī)月運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間：

24小時(shí)×30天×10天/12天=600小時(shí)

●引風(fēng)機(jī)年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間：

600小時(shí)×11月=6600小時(shí)

●引風(fēng)機(jī)運(yùn)行單耗節(jié)約量：

280.32Kw.h-54.5Kw.h=225.82Kw.h

●引風(fēng)機(jī)月節(jié)約電量：

225.82×600=135492Kw.h

●引風(fēng)機(jī)年節(jié)約電量：

225.82×6600=1490412Kw.h

●石灰車(chē)間電價(jià)是每Kw.h花費(fèi)0.57元

●引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行每小時(shí)節(jié)約電費(fèi)：

225.82×0.57=128.72元

●引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行每月節(jié)約電費(fèi)：

135492×0.57=77230.44元

●引風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行年節(jié)約電費(fèi)：

1490412×0.57=849534元11、完畢語(yǔ)