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　　摘  要：通過我廠#1、2機(jī)組6kV引送風(fēng)機(jī)高壓變頻節(jié)能改造前后的運(yùn)行工況，分析了風(fēng)機(jī)采用變頻方式運(yùn)行對(duì)風(fēng)機(jī)管路系統(tǒng)的阻力較小，降低了管路壓力損耗，截流損失小，減少機(jī)械的磨損。不僅能降低廠用電，降低供電煤耗，增大上網(wǎng)用電量帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)能效果顯著，而且為公司創(chuàng)效增收、節(jié)能降耗、提高了設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)；變頻；節(jié)能

　　0 引言
　
　　異步電動(dòng)機(jī)是電力、化工等生產(chǎn)企業(yè)最主要的動(dòng)力設(shè)備。作為高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨負(fù)荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度來(lái)調(diào)節(jié)，而電動(dòng)機(jī)消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。隨著廠網(wǎng)分開，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)日趨激烈，如何降低發(fā)電成本，提高發(fā)電企業(yè)競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，加強(qiáng)內(nèi)部管理，挖潛節(jié)能，是發(fā)電廠潛心研究的一件大事，2008年公司為進(jìn)一步落實(shí)“以保證安全生產(chǎn)，提高設(shè)備健康水平，提高經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，重點(diǎn)降低廠用電率”的要求，采用低消耗、低排放、高效率的持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式，應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)來(lái)改造傳統(tǒng)工藝的技術(shù)缺憾。采用高壓變頻器對(duì)高耗能用電電動(dòng)機(jī)電源進(jìn)行技術(shù)改造成為我公司節(jié)能降耗、提高效率的一個(gè)重要手段。不僅能降低廠用電，降低供電煤耗， 增大上網(wǎng)用電量帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益，而且能提高機(jī)組安全可靠性．減少機(jī)組故障。

　　2008年10月對(duì)引送風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，增設(shè)變頻調(diào)速裝置。通過變頻使風(fēng)機(jī)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，可以達(dá)到節(jié)能降耗，減少機(jī)械的磨損，降低管路壓力損耗，并實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，減少了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，能延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命及對(duì)電網(wǎng)和變壓器的電流沖擊，節(jié)電，降低運(yùn)行成本。能大大提高運(yùn)行效率，達(dá)到節(jié)能目的。

　　1 變頻調(diào)速原理

　　n＝60 f（1－s）/p        （1）

　　式中　n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；

　　f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率；

　　s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；

　　p———電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。

　　由式（1）可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。

　　變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制四個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。

　　2  改造前設(shè)備狀況

　　我廠#1、2發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量為125MW，#1、2爐是北京巴威鍋爐廠生產(chǎn)的450 t/h自然循環(huán)汽包鍋爐，引送風(fēng)機(jī)兩臺(tái)雙側(cè)布置，風(fēng)機(jī)普遍采用高效離心式風(fēng)機(jī)，目前風(fēng)量調(diào)節(jié)由人工調(diào)節(jié)檔板來(lái)實(shí)現(xiàn)，沒有考慮到能源節(jié)約，全都采用直接啟動(dòng)電機(jī)，壓力、風(fēng)量采用擋板調(diào)節(jié)的工作方式，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的出口壓力和風(fēng)量遠(yuǎn)高于生產(chǎn)工藝實(shí)際需要的壓力和風(fēng)量，風(fēng)道管路損耗嚴(yán)重。機(jī)組負(fù)荷低時(shí)，雙側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，系統(tǒng)整體效率低。

　　引風(fēng)機(jī)為沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的型號(hào)為Y4-73-13No28D,左1350,右1350，。原動(dòng)機(jī)功率1000KW，主軸轉(zhuǎn)速730r/min，流量138.89M3/S，3850Pa 。

　　送風(fēng)機(jī)為沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的型號(hào)為G4-73-13No22D,左450/右450。原動(dòng)機(jī)功率800KW，主軸轉(zhuǎn)速960r/min，流量72.5M3/S，6870Pa。

　　3 改造方案

　　我公司#1、2爐引送風(fēng)機(jī)電機(jī)共8臺(tái)，原來(lái)全部采用工頻運(yùn)行，對(duì)8臺(tái)風(fēng)機(jī)增設(shè)變頻調(diào)速裝置改造，采用一拖一加自動(dòng)旁路的方式。將原引送風(fēng)機(jī)閥門調(diào)節(jié)的運(yùn)行方式改為由變頻調(diào)速引送風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)流量的運(yùn)行方式。當(dāng)變頻器故障或檢修，可自動(dòng)切至工頻運(yùn)行。當(dāng)引送風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)在DCS界面上通過手操器調(diào)節(jié)引送風(fēng)機(jī)頻率去調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)引送風(fēng)機(jī)風(fēng)量的目的，同時(shí)保留原流量閥門調(diào)節(jié)方式，引送風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)閥門置于全開位置以減少節(jié)流損失。
　　
　　電氣系統(tǒng)改造是在原有6kV斷路器和電機(jī)之間加變頻調(diào)速系統(tǒng)和旁路開關(guān)柜經(jīng)高壓變頻器輸出為6kV變頻電源，給電機(jī)供電。每套高壓變頻器配備自動(dòng)隔離旁路系統(tǒng)。

　　自動(dòng)隔離旁路開關(guān)柜由三個(gè)斷路器組成，分別是變頻器進(jìn)線斷路器1QF、變頻器出線斷路器2QF、工頻斷路器3QF，6kV電源經(jīng)原斷路器至自動(dòng)隔離旁路開關(guān)柜的變頻器斷路器1QF，經(jīng)變頻器后，再經(jīng)自動(dòng)隔離旁路開關(guān)柜的變頻器出線斷路器2QF至風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。工頻斷路器3QF并接在變頻器進(jìn)線斷路器1QF、變頻器、變頻器出線斷路器2QF兩端。在變頻器處于“保護(hù)”狀態(tài)時(shí)，將自動(dòng)斷開變頻器進(jìn)線斷路器1QF、變頻器出線斷路器2QF，將自動(dòng)吸合工頻斷路器3QF，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)旁路功能。如圖所示。變頻器出線斷路器2QF和工頻斷路器3QF由彼此的輔助節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互鎖功能，即：變頻器出線斷路器2QF、工頻斷路器3QF不能同時(shí)吸合，變頻器出線斷路器2QF、工頻斷路器3QF可以同時(shí)斷開。系統(tǒng)配置示意圖如下:

　　旁路開關(guān)柜上安裝兩個(gè)選擇開關(guān)：（1）遠(yuǎn)程/本地選擇開關(guān)，遠(yuǎn)程時(shí)DCS可操作變頻器，本地時(shí)可在就地操作。（2）旁路手動(dòng)/自動(dòng)選擇開關(guān)，變頻器故障時(shí)自動(dòng)旁路系統(tǒng)動(dòng)作，同時(shí)發(fā)DI信號(hào)給DCS,如果自動(dòng)旁路失敗再發(fā)DI信號(hào)給DCS,可選擇手動(dòng)旁路操作。

　　4 變頻改造后的風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況

　　2008年9月2號(hào)機(jī)組大修和10月1號(hào)機(jī)臨修，利用此次停爐機(jī)會(huì)，將#1、2爐引送風(fēng)機(jī)8臺(tái)電機(jī)換型改造為北京合康億盛科技有限公司生產(chǎn)的HIVERT高壓變頻調(diào)速裝置，同時(shí)與DCS監(jiān)控系統(tǒng)連接，將變頻的各種技術(shù)參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、故障及報(bào)警等功能全部上傳到DCS，并通過DCS進(jìn)行遠(yuǎn)方控制啟動(dòng)和停止，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)變頻就地控制功能。

　　在DCS界面上風(fēng)機(jī)起停有兩種方式，一是變頻器一鍵啟動(dòng)和一鍵停機(jī)（變頻器按照事先做好的邏輯順控啟動(dòng)和停止），另一種是運(yùn)行人員按照電氣設(shè)備給定的啟動(dòng)順序點(diǎn)擊開關(guān)進(jìn)行操作。通常運(yùn)行人員采用一鍵啟動(dòng)和一鍵停機(jī)，既簡(jiǎn)單快捷又不容易合錯(cuò)開關(guān)，大大地方便了運(yùn)行操作。

　　在變頻與工頻之間設(shè)有連鎖開關(guān)，一旦運(yùn)行中發(fā)生變頻器故障，不需要運(yùn)行人員操作，變頻器將發(fā)送“變頻器故障”信號(hào)至DCS，變頻器自動(dòng)切換到旁路工頻運(yùn)行，并把旁路狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給DCS。同時(shí)DCS邏輯自動(dòng)將風(fēng)門迅速關(guān)到65%，此時(shí)運(yùn)行人員參與調(diào)節(jié)，控制風(fēng)量風(fēng)壓正常，確保爐膛燃燒穩(wěn)定。

　　如變頻器發(fā)生隱患，變頻器發(fā)送“變頻器報(bào)警”信號(hào)至DCS，此時(shí)變頻器繼續(xù)運(yùn)行，檢修人員可到本地根據(jù)變頻器報(bào)警信號(hào)的信息排除隱患。

　　從2008年10月我廠變頻器投入運(yùn)行至今，變頻器運(yùn)行正常。在機(jī)組帶80MW負(fù)荷情況下，從變頻切換為工頻，爐膛負(fù)壓變化不大，燃燒穩(wěn)定，運(yùn)行工況可靠。

　　5 節(jié)能效益分析

　　當(dāng)我們采用調(diào)節(jié)風(fēng)門檔板或閥門的開度大小來(lái)控制風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的介質(zhì)流量時(shí),觀察到這些風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載長(zhǎng)期工作在額定轉(zhuǎn)速，不可避免使其能量有相當(dāng)部門會(huì)損失在檔板或閥門上。應(yīng)用風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的調(diào)速節(jié)能理論分析依據(jù)：當(dāng)用檔板或閥門開度來(lái)控制介質(zhì)流量的大小時(shí)管阻檔板曲線與功率P（陰影部分為輸出功率）變化（如圖1）。由曲線1到曲線2其介質(zhì)流量減少了，而功率卻沒有減少多少。而通過改變轉(zhuǎn)速n來(lái)調(diào)節(jié)介質(zhì)流量情況就不同了（如圖2）。

調(diào)節(jié)閥門的H-Q曲線 （圖1）              調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的H-Q曲線 （圖2）

　　調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，H-Q曲線由曲線1到曲線2檔板開度100%時(shí)管阻曲線不變，功率節(jié)省了很多。（其中n1為調(diào)節(jié)前轉(zhuǎn)速，n2為調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)速）。

　　數(shù)據(jù)收集

　　為準(zhǔn)確了解變頻改造后節(jié)能效果，我們收集了改造前后在機(jī)組帶90—100MW負(fù)荷時(shí)運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)半年來(lái)的運(yùn)行情況，機(jī)組負(fù)荷集中在90—100MW段，根據(jù)該負(fù)荷改造前的平均運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算節(jié)能效果。改造前后數(shù)據(jù)收集如下表：

    5.2  節(jié)能計(jì)算 

　　通過上表我們可以看出，同種工況下，風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)電流比工頻運(yùn)行時(shí)電流小很多，節(jié)能效果非常顯著。

　　根據(jù)流體力學(xué)理論，在理想狀態(tài)下風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載具有風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系：Q1/Q2=n1/n2 ，風(fēng)機(jī)的壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比：H1/H2=（ n1/n2）2，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：P1/P2=（n1/n2）3的特性，根據(jù)這些特性，我們分別計(jì)算各臺(tái)風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果。
　
　　運(yùn)行時(shí)間取320天（7680h），變頻器的效率97%，功率因數(shù)為0.86，運(yùn)行電壓為6.1kV,電價(jià)為每度電0.236元。根據(jù)公式P= 進(jìn)行節(jié)能效果計(jì)算，如下表：

　　6 直接經(jīng)濟(jì)效益分析： 

    1）根據(jù)以上條件計(jì)算，變頻運(yùn)行方式較常規(guī)工頻運(yùn)行方式節(jié)能效果比較顯著，節(jié)能幅度達(dá)50——60%左右。8臺(tái)風(fēng)機(jī)年節(jié)電功率為1790.85萬(wàn)千瓦時(shí)，平均節(jié)電率為56%。

    2）增加上網(wǎng)電價(jià)收入=年節(jié)約量×上網(wǎng)電價(jià)（注明：我廠上網(wǎng)電價(jià)0.236元/KW?h ）

　　每年增加上網(wǎng)電價(jià)收入=1790.85萬(wàn)kW?h×0.236元/kW?h =422.6萬(wàn)元

　　7  結(jié)論 

　　在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合理論分析，我們確定了風(fēng)機(jī)的最佳的運(yùn)行工況，使風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行在最大節(jié)能工況下，為公司帶來(lái)更大的節(jié)能空間和效益。

　　由于采用變頻調(diào)速后，風(fēng)機(jī)經(jīng)常工作在低轉(zhuǎn)速下，因而大大減小了風(fēng)機(jī)葉輪的磨損，減少了風(fēng)機(jī)振動(dòng)和軸承的磨損。延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的大修周期，節(jié)省了檢修費(fèi)用和時(shí)間。 

　　同時(shí)由于工作時(shí)間不用調(diào)節(jié)風(fēng)門，避免了原來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)門時(shí)易發(fā)生的喘振現(xiàn)象對(duì)設(shè)備造成的損害。變頻調(diào)速系統(tǒng)可作為軟起動(dòng)器，從而避免了直接起動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)沖擊的影響。

　　8  結(jié)束語(yǔ)

　　高壓變頻裝置由于其節(jié)能效果明顯，特別是在低負(fù)荷時(shí)更為顯著，采用變頻調(diào)速后，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟起動(dòng)，延長(zhǎng)電機(jī)壽命，風(fēng)機(jī)擋板全開，也減少了風(fēng)道的振動(dòng)與磨損。良好的節(jié)能效果，會(huì)愈來(lái)愈為電力系統(tǒng)所應(yīng)用，具有良好的使用價(jià)值，對(duì)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)具有重要的意義。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1. HIVERT系列高壓變頻器使用說明書  北京合康       2007年4月

　　2. HIVERT系列高壓變頻器用戶手冊(cè)    北京合康       2007年4月