高壓變頻器在焦爐除塵風機中的應用

河北旭陽焦化有限公司 李曉明 白利鵬

高壓變頻器在焦爐除塵風機中的應用

河北旭陽焦化有限公司 李曉明 白利鵬

本文著重介紹國產高壓變頻器在河北旭陽焦化公司的應用情況，變頻器現場運行情況表明焦化行業采用國產高壓變頻器對焦爐除塵風機進行調速節能，改造是成功的，節能效果明顯。節電率在70%以上，全年節省電費在80萬左右。

高壓變頻器；除塵風機；節能

1.前言

河北旭陽焦化公司1#2#3#爐原配有一套除塵系統，設備運行參數為：630KW/10KV離心引風機，風機型號為DAY-1A-210。額定風量250000m3/h，額定風壓5500Pa，額定轉速960r/min；電動機型號YKK5004-6電機額定功率是630KW電機額定電流是46.1A額定轉速是960r/min，功率因數0.86，系統為液力耦合器控制。

1.1 液力耦合器的工作原理

液力耦合器是一種以液體為工作介質，利用液體傳遞能量的傳動裝置，通過改變液力耦合器工作腔內的充滿度，就可以改變液力耦合器所傳遞的轉矩和輸出軸的轉速，使液力耦合器電機端和風機端轉速不一致，從而再電機不改變速度的條件下對風機進行調速，實現調節風量的目的。

1.2 液力耦合器調速的不足

由于液力耦合器在調節過程中要產生轉擦功率損耗，容積損耗，機械損耗，這些損耗所產生的熱量需要大量的冷卻介質來冷卻，而液力耦合器的傳動效率等于轉速，速度越低效率越低，液力耦合器的節能效果不理想，以上因素決定液力耦合器效率低損耗大，調速精度低，速度響應慢，轉速不穩定，需配備相應的油系統調節系統，浪費能源。

2.高壓變頻器節電原理，技術要求及改造方案

2.1 節電原理

所謂節能不僅是節省能耗，還包括不浪費能源，通過流體力學的定律可知，風機、泵類、設備均屬于平方轉矩負載，其轉速n及流量Q壓力H以及軸功率P具有以下關系：

Q∝n，H∝n2，P∝n3，在實際生產中，往往利用調節風機的轉速來調節系統的風量，而隨著轉速的降低，風機在維持效率不變的狀況下，軸功率則轉速的立方關系下降，電機消耗的電能急劇減小，例如風量下降到80%，轉速也下降到80%，軸功率則下降到額定功率的51%，風量下降到50%，軸功率則下降到額定功率的13%，其節電潛力非常大。

2.2 技術要求

除塵風機室除塵凈化系統的動力中樞，一旦除塵不能正常進行，不但影響生產，造成巨大的經濟損失，還污染環境，另外調速系統工作環境比較惡劣，同時焦爐又不定時裝煤和推焦，所以和除塵風機配套的調速系統要求極高的可靠性，基于以上工作特點，對變頻調速系統的主要要求如下：

(1)要求變頻器要有高的可靠性

(2)要求變頻器要有旁路功能

(3)調速范圍大，效率要高

(4)具有邏輯控制能力

2.3 改造方案

針對原有設備運行情況，根據電機額定參數選有北京樂普四方方圓科技股份公司自主研發和生產適合驅動高壓異步電機的變頻設備LPH-10-650，額定輸出電流47A，適配電機功率650KW，配備一臺手動旁路柜，當變頻器出現故障或需要檢修時，手動切換到旁路，保證系統正常運行，旁路與上級高壓斷路器有連鎖關系，旁路柜隔離開關未合到位，不允許上級高壓斷路器合閘，上級高壓斷路器合閘時，絕對不允許操作隔離開關，防止拉弧現象，確保安全。

K0為變頻器供電的高壓真空斷路器，K1，K2為高壓變頻器控制真空斷路器，K3為工頻旁路斷路器，K4為水阻柜控制斷路器，M為保留原異步電機，K5為水阻控制斷路器。

2.4 除塵風機工藝要求

A點為推焦時給定信號；

A到B為風機升速時間，定為5s可以調節；

C到D為推焦時間，定為20s，可以調節；

F點回到低速運行，完成一個工作周期。

假如兩個爐推焦重疊，在高速1的基礎上跳轉到高速2。

高速1的轉速為780轉/分，高速2的轉速為840轉/分，低速時的轉速為290轉/分。

2.5 施工注意事項

施工圖設計時需要注意以下幾個方面：在提出土建資料時，必須參考產品的詳細資料，根據變頻器的安裝尺寸、荷載、電纜路徑等提出合適、合理的土建資料，隔離變壓器，應盡量靠經變頻器布置，同時在布置室內外電纜溝或橋架時，盡量讓變頻器的進出線電纜使用單獨的路徑，特別是要避開控制及信號電纜，這樣可盡量減少變頻器工作時產生的電磁干擾。在進行電氣室布置時，必須考慮高壓變頻器的工作環境問題。由于變頻器是電子裝置，內含電解電容、電路板、芯片等電子元件，如果環境溫度太高或含塵量太大都會影響其壽命及穩定性。所以盡可能設置單獨的變頻器室，同時進行散熱及防塵處理。

2.6 保護功能

變頻裝置有過電壓，過電流，欠電壓，缺相，變頻器過載，變頻器過熱，電機過載等保護功能。

(1)過載保護。電機額定電流的120%，每10min允許1min，超過則保護。

(2)過流保護。電機額定電流的150%，超過則立即保護。變頻器輸出電流超過電機額定電流的200%，在10μs內保護。

(3)過壓保護。檢測每個功率模塊的直流母線電壓，如果超過額定電壓的115%，則變頻器保護。

(4)欠壓保護：檢測每個功率模塊的直流母線電壓。

(5)過熱保護：包括兩重保護：在變頻調速系統，如果低于設定的數值，則變頻器先降壓再保護。另外，在主要的發熱元件，即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測，一旦超過極限溫度就保護。

(6)缺相保護：缺相保護設置在每一個功率模塊上。當變頻器輸入側掉相或功率模塊的保險熔芯熔化時，會發出報警信號并保護。

3.具體實現過程

采用高壓變頻調速系統對除塵風機進行高壓變頻改造具體實現過程如下：變頻器操作采用自動控制，風機電機提速信號取自五大車連鎖的推焦信號，電機空載時290轉/分，加載時780轉/分，如果兩座焦爐同時推焦速度跳轉到840轉/分，由原來的980轉/分降到空載時290轉/分，推焦時780轉/分，實現全自動化。

4.設備運行情況

(1)運行穩定，安全可靠。

(2)節能效果顯著，大大降低了噸焦電耗。

(3)電動機實現了真正的軟啟動、軟停運，變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流，降低了電機的故障次數。

(4)變頻器自身保護功能完善，同原來繼電保護比較，保護功能更多，更靈敏，大大加強了對電機的保護。

(5)變頻器同現場信號無縫接口，滿足生產的需要，現場信號接入靈活，變頻器按照節點的狀態自動高速、低速往復運行。

(6)適應電網電壓波動能力強，有時電網電壓高達10.7KV，變頻器仍能正常運行。

(7)同液力偶合器比較，在加速期間大大減少了噪聲，削弱了噪聲污染。

5.節能分析

5.1 正常生產時1#2#3#爐每天出爐186爐，推焦時間為：40S

加載功耗時：40*186=7440S

所占時間比為：7440/（24*3600）*100%=8.6%

空載時間比為：1-8.6%=91.4%

5.2 改造前(根據改造前記錄的數據，空載電流為：16A，推焦時為：23A，功率因數為：0.86，計算收費為：0.5371元/千瓦時)

P1=1.732*10*0.86*(23*8.6%+16*91.4%)=247.3KW，

全年電費為：

247.3*24*365*0.5371=1163545元

5.3 改造后(根據改造后記錄的數據，空載電流為：3A，推焦時為：9A，功率因數為：0.96，計算收費為：0.5371元/千瓦時)：P變=1.732*10*0.96*(9*8.6%+3*91.4%)=58.5KW

節能裝置本身損耗為：4KW

共計為：58.5KW+4KW=62.5KW

全年電費為：

62.5*24*365*0.5371=294062元

5.4 節電率

(P1-P變)/P1=(247.3-62.5)/247.3*100%=74%

年節約電費為：

1163545-294062=869483

6.結論

綜上所述，河北旭陽焦化公司的節能的潛力還比較大，特別是在某些環保節能設備的應用，改變了過去粉塵雖然減排了，但耗能和運行費用浪費了太多，造成企業的減排負擔過重的現象，為以后企業的下一步節能工作，提供了思路。