脫硫磨機永磁直驅節能改造

邵憲饒 邵江琛

（1.國電菏澤發電有限公司，菏澤 274032；2.新疆大學，烏魯木齊 830049）

國電菏澤發電有限公司脫硫系統石灰石制漿設備使用的是濟南重工股份有限公司生產的FGDM2558型潤磨機，此類型磨機在脫硫中使用運行可靠、安全穩定、經濟高效。驅動電機為2007年前的產品，設備運行10年時間，耗能較高，無法適應現階段節能環保的新標準要求。在各種節能新型設備的創新和改造中，永磁驅動電機直驅改造被廣泛應用到電力行業，切實可行。脫硫磨機的永磁電機直驅改造以延長設備的使用壽命，節減一級減速設備，降低能耗，以提高脫硫設備的安全性和經濟性為目的，同時減少檢修工作量和備件費用，以實現節能環保的新目標。根據國家節能文件的要求和節能方面的研究和建議，采用永磁電機直驅+變頻的改造方案，以利于設備的有效節能和安全運行。

1 脫硫磨機目前概況

目前，該磨機驅動采用的驅動部分為“繞線式異步電機+減速器”的傳統結構，工作現場驅動單元布置情況如圖1所示。

圖1 磨機驅動單元布置圖

設備驅動存在的問題如下。

（1）傳動系統組成較為復雜，由于主電機啟動性能受限（啟動轉矩偏小，啟動電流大），磨機正常啟動或設備檢修維護時須輔機電機進行預啟動，操作繁瑣。

（2）高耗能。所采用的繞線式異步電機為2007年前產品，該電動機功率因數、效率均較低；減速機單元傳動效率低，一般在86%～90%范圍，整套驅動系統的傳動效率約80%～83%。

（3）維護保養量極大。繞線式異步電機兩端軸瓦須獨立潤滑，主減速器須獨立潤滑，輔減速箱須定期更換油液，系統驅動部分配備有1套獨立泵站。

（4）自動化程度低。整套驅動占地面積很大，不利于維護保養和安全生產。

2 永磁直驅系統優勢[1]

2.1 高效節能

永磁驅動系統的傳動效率在93%左右，與傳統驅動系統相比，效率提高了10%～15%以上。

2.2 起動轉矩大，過載能力強

永磁直驅系統所使用的永磁直驅電機的起動轉矩為額定轉矩的200%，無需預啟動，且啟動電流小。

2.3 避免電網及機械沖擊

系統運用變頻起動，能實現系統傳動的緩慢勻速起動，起動轉矩大，動態響應快，過載能力強避免了電機起動瞬間的大電流給電網帶來的沖擊，以及轉矩波動給傳動系統帶來的機械沖擊，由此降低了系統的電網故障和機械故障。

上述最低能耗的軌跡研究，都是在軌跡周期T=0.35的條件下進行的實驗，但在工業現場因工作環境不同，要求的拾放操作周期也不同，因此了解不同軌跡在不同周期的最低能耗情況，對工業現場的操作更具意義。為計算不同時間周期軌跡的最低能耗軌跡，可以重復4.1節的步驟，進行實驗驗證。以電機輸入電能為驗證指標，實驗能耗趨勢如圖8所示；以機器人機械能耗為驗證指標，實驗能耗趨勢如圖9所示。

2.4 系統免維護

由于系統不需要減速器、機械軟啟裝置，因此，在實際應用中無需更換齒輪油，檢修減速箱，節約了使用成本，減低了維護工作量，后期維護只需隔3～4個月給電機軸承注油1次。

此外，該系統還具有自動化程度高的特點。

3 永磁同步電動機選型[2]

3.1 永磁同步電動機

根據設備選型的計算和驅動轉矩大于運行轉矩的選型原則，選擇永磁同步電動機型號為：TYPKK630-10/380kW（6kV）。對于啟動環節，依據相關設計標準，現采用的異步電動機啟動轉矩最大為額定轉矩1.4～1.6倍，能正常啟動球磨機。而此類型永磁電機的啟動轉矩為額定轉矩2倍，可以滿足球磨機需求。

3.2 電機的參數配置說明和特點

3.2.1 參數說明

永磁同步電動機基本性能參數如表1所示。

3.2.2 永磁電機配置特點

電機定子測溫要求：帶繞組測溫。定子繞組預埋了2組PT100，1組PTC155，用于檢測各部位溫度，另配備2套軸承測溫元件。

定子線圈采用杜邦耐電暈扁銅線繞制，繞組端部線圈間墊適性材料，并采用VPI真空浸漆，以保證電動機具備良好的防塵、防潮功能。

電動機軸承要求：采用滾動軸承，軸承采用SKF進口軸承，軸端密封采用骨架密封。永磁材料采用高磁能級和高內稟矯頑力的燒結釹鐵硼，牌號N38UH，耐溫180℃，失重特性滿足HAST標準要求，每年退磁率不高于0.1%。

永磁電機轉子結構均采用了內嵌式架構設計，永磁體不直接面對氣隙，永磁體受到的去磁磁場小，可以有效防止離心力、腐蝕以及其他過程中可能出現的對永磁體的損害。

電機安裝連接方式：永磁同步電動機，采用蛇形彈簧聯軸器與磨機小齒輪軸直接相連，型號JS21，電機軸與半聯軸器采用雙鍵連接。小齒軸連接選用原連接方式，從動端孔徑尺寸根據小齒輪軸確定（見圖2）。將現有電動機、減速箱水泥平臺拆除，重新澆筑水泥臺，澆灌地基高度加電動機+基座的總高度與磨機小齒輪的中心高度相同。

表1 永磁同步電動機基本性能參數

圖2 設備安裝連接方式

4 變頻器選型

根據現場情況和配套電機的運行特點選型ATV1200C變頻器。ATV1200C變頻器參數如表2所示。

表2 ATV1200C變頻器參數

ATV1200C變頻器的特點如下：（1）采用多重化PWM方式控制，輸出電壓波形接近正弦波；（2）整流電路的多重化，脈沖數多達36，功率因數高，輸入諧波小；（3）模塊化設計，結構緊湊，維護方便，增強了產品的互換性；（4）直接高壓輸出，無需輸出變壓器；（5）極低的dv/dt輸出，無需任何形式的濾波器；（6）采用光纖通訊技術，提高了產品的抗干擾能力和可靠性；（7）功率單元自動旁通電路，能夠實現故障不停機功能。

5 節能效益分析

傳統驅動系統與永磁直驅系統的能耗和各種費用對比如表3所示。

表3 傳統驅動系統與永磁直驅系統的能耗和各種費用對比表

6 結語

磨機永磁直驅改造是綠色技術創新體系的一部分，是節能環保、清潔生產產業一個閃光點，解決了脫硫磨機運行傳動設備長期存在的設備傳動效率低、故障率高、運維成本高等難題和現有設備維護量大的缺陷，取得了良好的社會效益和經濟效益。永磁電機直驅系統用變頻調速，高效、集成、可靠，工況適應能力強，遇到突發事件，增加了速度調節以快速適應系統工作環境，系統反應速度更快。同時，永磁電動機直接驅動設備，去掉了高故障率的減速機，精簡了輔傳裝置、水電阻柜和冷卻風機、潤滑站等輔助系統，使系統傳動鏈短、傳動效率高、可靠性提高、維護成本低。同時，提高了脫硫制漿設備運行的安全性，保證了脫硫設備系統高效、經濟地運行。