高壓變頻器在大型風機上的應(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)風機、高溫風機、窯尾風機等多臺大型風機，設(shè)計采用6KV繞線電動機驅(qū)動、水電阻啟動、風門調(diào)整流量。為了持續(xù)降低電耗，2017年7月對2#窯高溫風機實施高壓變頻節(jié)能改造，取得良好效果。

【關(guān)鍵詞】高壓變頻;高溫風機;節(jié)能

一、高溫風機高壓變頻改造方案

1、改造理由

電機在工頻條件下運行，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、管道磨損嚴重、系統(tǒng)效率低，造成能源的嚴重浪費。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)，利用高壓變頻器對風機電機進行轉(zhuǎn)速控制，實現(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)濟性，節(jié)約能源。

2、系統(tǒng)方案

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

二、實施

2#窯高溫風機電機功率為2000kw，2017年7月11日至13日，停窯期間實施了高溫風機的高壓變頻技改：

將原來的水電阻、進相機拆除，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;把原電機負荷電纜改接到變頻器電源側(cè)，自變頻器輸出側(cè)至高溫風機電機新敷設(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停機調(diào)速控制。接線連接，送電調(diào)試;順利投入運行。

工藝狀況未變化，實施前后電耗對比：

風機原風門調(diào)節(jié)時，風門開度在70%（風量約80%）;技改后變頻運行時運行頻率為36Hz，節(jié)電546KW，節(jié)電率32.10%，效果顯著。

隨后對其他大型風機也進行了技改，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，只是將水電阻取消、電機轉(zhuǎn)子繞組在滑環(huán)處短接。個別因低速運行導(dǎo)致散熱不良、繞組溫升偏高的電機，在電機的空氣冷卻器上加裝了小型軸流風機強制冷卻。為了進一步降低損耗，原來管路上裝設(shè)的風門已經(jīng)陸續(xù)取消，對啟動基本沒有影響。

改造以后，啟動平穩(wěn)，消除了大電流啟動帶來的電氣故障（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.風機、水泵工頻運行時流量和壓力富裕度大，可達20%～30%，存在較大浪費。

2.高壓變頻調(diào)速的基本節(jié)能原理

風機、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，風機和水泵電動機的軸功率（功率輸出）與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，在低速時，功率會有很大的下降。由于功率的大幅度降低，可獲得顯著的節(jié)能效果。

3.變頻與工頻的對比

A.基本計算公式：

（2）

式中：PW風機消耗的電功率;η風機效率;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《三相異步電動機經(jīng)濟運行》強制性國家標準實施監(jiān)督指南中的計算公式，即：

PL=[0.45+0.55（Q/QN）2]Pe（3）

式中，Pe-額定流量時電機輸入功率，QN-額定流量。

C.系統(tǒng)在變頻情況下的功率消耗：

（4）

（5）

下表為變頻運行、速度降低后對比工頻的理論節(jié)能計算：

本次技改實際節(jié)能情況與計算較為相符。

四、結(jié)論

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

2.大型風機即使節(jié)電率略低（比如低于10%），經(jīng)計算經(jīng)濟上依然可行。

（作者單位：山東山鋁環(huán)境新材料有限公司）