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隨著現(xiàn)代企業(yè)的不斷進步和發(fā)展，效益最大化是企業(yè)永恒的主題。利用新技術來提高企業(yè)生產(chǎn)裝置的管理水平和節(jié)能降耗已是各企業(yè)首選的手段之一。高壓變頻節(jié)能技術隨著國內一些生產(chǎn)廠家研制水平的不斷提高，已接近世界同行業(yè)的領先水平，并以產(chǎn)品性能穩(wěn)定、價格適宜深得國內企業(yè)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6KV的三相交流異步電動機，風門采用檔板調節(jié)，正常運行開度為50%左右，形成檔板兩側風壓差，造成節(jié)流損失；同時風機檔板執(zhí)行機構為大力矩電動執(zhí)行機構，故障較多，風機自動率較低。為此我們對引風量調節(jié)進行變頻調速技術改造，以達到節(jié)能降耗及提高調節(jié)自動化水平。現(xiàn)就改造過程中的一些工作情況介紹如下：
一、 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(jié)。但在現(xiàn)實生產(chǎn)工作中，根據(jù)實際運行工況來選擇合適的變頻器容量，既能滿足生產(chǎn)需要，又能節(jié)省變頻器投資及減少配套設施。我們根據(jù)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(jié)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(jié)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(jié)的要求。
二、采用變頻調速后的效益預測
利用變頻器作為風量的調節(jié)器，最直接的效益就是節(jié)能降耗。各用戶可根據(jù)自己的的改造對象進行初步分析計算，以了解改造后節(jié)能的投資回報率及風機運行的一些基本參數(shù)。
采用變頻調速的主要特點是消除或減少檔板的節(jié)流損失，節(jié)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：
1． 了解引風機性能曲線
型號為Y4-60-11N022.5D，其風機性能參數(shù)為：
表1（由廠家提供）
工況 A B
風機流量（m3/s） 41.47 82.97
風機全壓（Pa） 6211 3546
軸功率 （KW） 328 405
介質密度（Kg/m3） 0．85 0．85
轉速 （r/min） 980 980
根據(jù)表1所給參數(shù)畫出流量、壓力曲線（AB）：
圖1所示：
[IMGURL]http://www.ld-harvest.com/images/index1/pic/pic5-1-8-1.gif[/IMGURL]
圖1
2、對風機進行實際工況測量
我廠2002年9月9日的測試結果如下：
表2
序號 名稱 單位 #1引風機 #2引風機
1 鍋爐蒸發(fā)量 T/H 264.36 260
2 風機轉速 r/min 995 995
3 風門開度 % 34 59
4 介質密度 Kg/ 1.024 1.02
5 風機全壓 Pa 2126.73 2323.37
6 風機進口流量 /s 35.02 35.73
7 風機有效功率 kw 74.78 83.00
8 軸功率 kw 328.90 307.55
9 電機輸入功率 kw 339.00 317.00
10 風機設備效率 % 21.97 26.18
11 風機單位電耗 Kw.h/t 1.282 1.219
3、利用相似理論分析風機采用變頻后的參數(shù)
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(shù)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(jié)流。采用變頻調節(jié)，風門全開，可根據(jù)工況所需的風機全壓、流量來改變轉速。
根據(jù)風機相似理論，風機性能參數(shù)之間關系為：
[IMGURL]http://www.ld-harvest.com/images/index1/pic/pic5-1-8-2.gif[/IMGURL]
根據(jù)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：
[IMGURL]http://www.ld-harvest.com/images/index1/pic/pic5-1-8-4.gif[/IMGURL]
4、相關參數(shù)估算
4.1 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：
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由（1）~（5）式可求得變頻后的風機轉速為：
[IMGURL]http://www.ld-harvest.com/images/index1/pic/pic5-1-8-6.gif[/IMGURL]
4.2 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(shù)據(jù)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。
4.3 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(shù)匯總見表3：
表3
序號 名稱 單位 #1引風機 #2引風機
1 風機轉速 r/min 584 606
2 介質密度 Kg/ 1.024 1.02
3 風機全壓 Pa 2126.73 2323.37
4 風機進口流量 /s 35.02 35.73
5 風機有效功率 kw 74.48 83.00
6 軸功率 kw 99.31 110.67
7 電功率 kw 108.89 121.35
8 風機設備效率 % 68.4 68.4
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(jié)電率為67。8%；#2引風機減少電功率195。65KW，節(jié)電率為61。7%。
以上是理想條件下的節(jié)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(jié)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(jié)電效果也不一樣。所以實際節(jié)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(jié)電顯著，值得改造。
三、 變頻器性能的選擇
利用變頻調節(jié)技術無疑要在原有的回路中加裝一套變頻調節(jié)設備，也就是說如該產(chǎn)品性能不好，將增加一個設備故障點,影響機爐的安全穩(wěn)定運行，為此變頻調節(jié)器的性能選擇至關重要。我們在選擇時除了考慮一些常規(guī)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(wěn)定、成熟；產(chǎn)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(chǎn)品較多，變頻調節(jié)類型也有多種。一般說來，國外有的產(chǎn)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(jié)系統(tǒng)改造前，收集、了解了國內一些調節(jié)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(chǎn)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(lián)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(xiàn)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(lián)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(guī)定標準。
3． 當某一個單元出現(xiàn)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(xù)運行。
四、 引風機、變頻器的控制與調節(jié)
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(xiàn)“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(lián)接，進行數(shù)據(jù)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(tài)進行實時監(jiān)控。另外，變頻器的控制調節(jié)還通過負壓調節(jié)器接受爐膛負壓信號和來自送風系統(tǒng)的前饋信號，綜合運算后經(jīng)手、自動切換單元輸出4~20mA到變頻器的控制端，調節(jié)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(wěn)定爐膛負壓的目的。
與常規(guī)的控制調節(jié)系統(tǒng)比較，系統(tǒng)結構、運行操作方式基本不變，主要區(qū)別在于由調整引風門開度改為調節(jié)引風電動機轉速。為了保證生產(chǎn)的連續(xù)運行，當一臺變頻器故障時，聯(lián)跳相應引風機開關，短時出現(xiàn)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(jié)。
五、 系統(tǒng)調試
變頻器安裝后，投入系統(tǒng)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(chǎn)需要。主要內容有：
1． 具備條件：
1.1 相關變頻器工作的一、二次設備安裝、組態(tài)完畢；
1.2 變頻器柜內變壓器耐壓試驗、直流電阻測量合格；
1.3 6KV電纜、變頻器閘刀柜內支持瓷瓶、避雷器等試驗合格；
1.4 檢查各接線正確、緊固；
1.5 變頻器參數(shù)設置正確；
1.6 引風機等機務設備具備試車條件。
2． 試驗項目：
2.1 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。
2.2 靜態(tài)調試：
將變頻器控制電源送上，引風機開關處于試驗狀態(tài)。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(tài)及變頻器面板、DCS畫面上的各種狀態(tài)顯示是否正確對應。
2.3 動態(tài)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(tài)以及“變頻控制”狀態(tài)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(tài)時與“變頻控制”狀態(tài)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。
2.4 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。
2.5 動力電源切換試驗：
變頻器在正常運行時,電源發(fā)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(fā)生跳機.
六、 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(jié)正式投用，7月8日測試數(shù)據(jù)如下：
表4
序號 名稱 單位 #1引風機 #2引風機
1 鍋爐蒸發(fā)量 T/H 266.50 268.33
2 風機轉速 r/min 723 734
3 風門開度 % 100 100
4 介質密度 Kg/ 0.884 0.885
5 風機全壓 Pa 1762.67 1863.55
6 風機進口流量 /s 55.68 49.24
7 風機有效功率 kw 98.15 91.76
8 軸功率 kw 157.17 162.16
9 電機輸入功率 kw 162.00 167.14
10 風機設備效率 % 60.59 54.90
11 風機單位電耗 Kw.h/t 0.608 0.623
從表2、表4中可以看出，經(jīng)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1.282kw.h/t、1.219kw.h/t降到0.608kw.h/t、0.623kw.h/t，節(jié)電率分別為52。57%、48。89%，每年可節(jié)省廠用電200多萬kw.h。
2． 改為變頻調節(jié)后，對其它設備的影響有：
2.1避免了電動機啟動時對電機的沖擊損害。
2.2提高了引風機的自動控制能力。
2.3由于轉速的降低,對風機的葉輪、軸承等壽命得以延長。
七、 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(jīng)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。北京利得華福電氣技術有限公司生產(chǎn)的高壓變頻器以其可靠的運行性能及良好的節(jié)能效果深得用戶的信賴，值得大力推廣和應用。
