高壓變頻器在大型風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

李國賢　鞏慶剛

【摘 要】山東山鋁環(huán)境新材料有限公司前身是山東鋁業(yè)公司水泥廠，熟料產(chǎn)能 220萬噸/年，水泥330萬噸/年。擁有循環(huán)風(fēng)機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)、窯尾風(fēng)機(jī)等多臺(tái)大型風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)采用6KV繞線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、水電阻啟動(dòng)、風(fēng)門調(diào)整流量。為了持續(xù)降低電耗，2017年7月對(duì)2#窯高溫風(fēng)機(jī)實(shí)施高壓變頻節(jié)能改造，取得良好效果。

【關(guān)鍵詞】高壓變頻;高溫風(fēng)機(jī);節(jié)能

一、高溫風(fēng)機(jī)高壓變頻改造方案

1、改造理由

電機(jī)在工頻條件下運(yùn)行，閥門＼擋板調(diào)整節(jié)流損失大，大量的能量消耗在閥門＼擋板上，出口壓力高、管道磨損嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低，造成能源的嚴(yán)重浪費(fèi)。長期閥門調(diào)節(jié)，加速閥門自身磨損，導(dǎo)致閥門控制特性變差。

解決上述問題的重要手段之一是采用高壓變頻調(diào)速控制技術(shù)，利用高壓變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié);消除了閥門造成的壓力流量損失，改善了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約能源。

2、系統(tǒng)方案

高壓變頻系統(tǒng)采用自動(dòng)旁路方式，電動(dòng)機(jī)可以變頻運(yùn)行也可以通過旁路方式工頻運(yùn)行。工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行可以根據(jù)現(xiàn)場需要手動(dòng)切換;變頻器異常不能正常運(yùn)行時(shí)也可以自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行，以保證生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。根據(jù)負(fù)載的運(yùn)行特點(diǎn)和與之配套的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，配置高壓變頻系統(tǒng)SBH-060-2000一套，其原理圖如下：

二、實(shí)施

2#窯高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為2000kw，2017年7月11日至13日，停窯期間實(shí)施了高溫風(fēng)機(jī)的高壓變頻技改：

將原來的水電阻、進(jìn)相機(jī)拆除，騰出安裝空間3.5*6米;依據(jù)高壓變頻器的安裝圖紙尺寸制作了槽鋼基礎(chǔ)并安裝到位;將變頻單元柜、變壓器柜、電源柜、控制柜依次安裝到位;把原電機(jī)負(fù)荷電纜改接到變頻器電源側(cè)，自變頻器輸出側(cè)至高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)新敷設(shè)高壓變頻電纜一條，自附近低壓室敷設(shè)備用控制電源電纜一條，連同本柜電源變壓器提供的共構(gòu)成兩路控制電源以增加可靠性;自DCS室敷設(shè)控制電纜以完成中控開機(jī)停機(jī)調(diào)速控制。接線連接，送電調(diào)試;順利投入運(yùn)行。

工藝狀況未變化，實(shí)施前后電耗對(duì)比：

風(fēng)機(jī)原風(fēng)門調(diào)節(jié)時(shí)，風(fēng)門開度在70%（風(fēng)量約80%）;技改后變頻運(yùn)行時(shí)運(yùn)行頻率為36Hz，節(jié)電546KW，節(jié)電率32.10%，效果顯著。

隨后對(duì)其他大型風(fēng)機(jī)也進(jìn)行了技改，多數(shù)改造只增加了高壓變頻器，用的依然是原來的繞線電機(jī)，只是將水電阻取消、電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組在滑環(huán)處短接。個(gè)別因低速運(yùn)行導(dǎo)致散熱不良、繞組溫升偏高的電機(jī)，在電機(jī)的空氣冷卻器上加裝了小型軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻。為了進(jìn)一步降低損耗，原來管路上裝設(shè)的風(fēng)門已經(jīng)陸續(xù)取消，對(duì)啟動(dòng)基本沒有影響。

改造以后，啟動(dòng)平穩(wěn)，消除了大電流啟動(dòng)帶來的電氣故障（原來幾乎所有的滑環(huán)都出現(xiàn)過電氣故障，一般1-2次/年）;一般軸承溫度降低10——20℃。節(jié)電效果明顯，節(jié)電率一般在12%--32%;經(jīng)濟(jì)效益良好，三年即可收回投資。

三、高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能效果分析

1.風(fēng)機(jī)、水泵工頻運(yùn)行時(shí)流量和壓力富裕度大，可達(dá)20%～30%，存在較大浪費(fèi)。

2.高壓變頻調(diào)速的基本節(jié)能原理

風(fēng)機(jī)、水泵的流量Q、壓頭H、軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間有如下比例關(guān)系：

由式（1）可以看出，風(fēng)機(jī)和水泵電動(dòng)機(jī)的軸功率（功率輸出）與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，在低速時(shí)，功率會(huì)有很大的下降。由于功率的大幅度降低，可獲得顯著的節(jié)能效果。

3.變頻與工頻的對(duì)比

A.基本計(jì)算公式：

（2）

式中：PW風(fēng)機(jī)消耗的電功率;η風(fēng)機(jī)效率;P壓力;K系數(shù);Q流量。

B.系統(tǒng)在工頻情況下的功率消耗：

采用GB12497《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督指南中的計(jì)算公式，即：

PL=[0.45+0.55（Q/QN）2]Pe（3）

式中，Pe-額定流量時(shí)電機(jī)輸入功率，QN-額定流量。

C.系統(tǒng)在變頻情況下的功率消耗：

（4）

（5）

下表為變頻運(yùn)行、速度降低后對(duì)比工頻的理論節(jié)能計(jì)算：

本次技改實(shí)際節(jié)能情況與計(jì)算較為相符。

四、結(jié)論

1.各風(fēng)機(jī)改變頻控制以后，節(jié)電率從32%到10%不等，具體效果與更換前設(shè)備與工藝用風(fēng)的匹配情況相關(guān)。

2.大型風(fēng)機(jī)即使節(jié)電率略低（比如低于10%），經(jīng)計(jì)算經(jīng)濟(jì)上依然可行。

（作者單位：山東山鋁環(huán)境新材料有限公司）