變頻技術(shù)'>變頻技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展解決了鍋爐運行中控制的困難，不僅節(jié)約能源，降低運行本錢，同時使鍋爐對大氣的污染大大減輕，司爐工強(qiáng)度大大改善，也為實現(xiàn)自動化控制提供了良好的幫助。

    1、變頻技術(shù)'>變頻技術(shù)   

    變頻技術(shù)是一種電子技術(shù)。變頻器是在變頻技術(shù)上產(chǎn)生的，它能夠應(yīng)用在大部分的電機(jī)拖動場合，由于它能提供精確的速度控制，因此可以方便地控制機(jī)械傳動的升、降和變速運行。變頻器經(jīng)常被用于系統(tǒng)復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣、高負(fù)荷、長時間運行的工況中。由于采用了通訊方式，可以通過PC機(jī)來方便地進(jìn)行組態(tài)和系統(tǒng)維護(hù)，包括上傳、下載、復(fù)制、監(jiān)控、參數(shù)讀寫等。簡單來講變頻器是由三繞組輸人變壓器、整流電路、合成母線、逆變電路、合成濾波電路、控制柜等組成。   

    多年來，國家經(jīng)貿(mào)委一直會同國家相關(guān)部分致力于變頻調(diào)速技術(shù)的開發(fā)及推廣應(yīng)用，并把推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)作為風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能技改專項的重點投資方向。
   
    2、變頻器在風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

    如圖1為變頻器控制風(fēng)機(jī)電動機(jī)系統(tǒng)框圖。

圖1 系統(tǒng)框圖

    風(fēng)壓設(shè)定通過變頻器的輸人端子設(shè)定；壓力傳感器將壓力信號傳送給變頻器；變頻器通過預(yù)編程序進(jìn)行運算，對應(yīng)不同壓力輸出控制信號，從而控制電動機(jī)使風(fēng)機(jī)改變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)爐膛風(fēng)壓，爐膛內(nèi)風(fēng)壓通過風(fēng)壓傳感器將信號傳送給變頻器，實現(xiàn)自動控制。   

    在變頻狀態(tài)下，應(yīng)用變頻器改變風(fēng)機(jī)電機(jī)輸進(jìn)電壓的頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以用下面公式表示：

    n為轉(zhuǎn)速、f為頻率、p為電機(jī)級數(shù)（2、4、6...）   

    風(fēng)機(jī)的變速運動是利用改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來改變風(fēng)機(jī)曲線這種變化關(guān)系可以用一組公式來表達(dá)：

    式中，n－風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；Q－風(fēng)量；P－風(fēng)壓；N－功率。值得留意的是：將風(fēng)量公式（1）與（2）相結(jié)合，其結(jié)果恰好符合系統(tǒng)曲線公式：

    一般使用的風(fēng)機(jī)，其選用風(fēng)量、風(fēng)壓通常都超過實際需要。（風(fēng)量裕量5%－15%，壓力裕量為10%－30%），傳統(tǒng)控制裕量方法大多采用擋板式閥門來調(diào)節(jié)，用這些方法節(jié)流。固然方法簡單，但實際上是通過人為增加阻力的辦法來達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。不僅造成了浪費，還增加了噪音污染。   
   
    經(jīng)過對變頻器的改造具有以下優(yōu)點：   

    （1） 實現(xiàn)了自動控制，揭開了鍋爐運行自動化的新篇章。使難以控制的燃燒過程實現(xiàn)了自動化，減少勞動強(qiáng)度。在網(wǎng)絡(luò)化日益普及的今天，與普通的點對點硬線連接方式而言，通過高速通訊連接的變頻器系統(tǒng)可以最大程度上降低系統(tǒng)維護(hù)時間、進(jìn)步生產(chǎn)效率、減少運行本錢。   

    （2） 控制電機(jī)的啟動電流。當(dāng)電機(jī)通過工頻直接啟動時，它將會產(chǎn)生7到8倍的電機(jī)額定電流。這個電流值將大大增加電機(jī)繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機(jī)的壽命。而變頻調(diào)速則可以在零速零電壓啟動（當(dāng)然可以適當(dāng)加轉(zhuǎn)矩提升）。一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照WF或矢量控制方式帶動負(fù)載進(jìn)行工作。使用變頻調(diào)速能充分降低啟動電流，進(jìn)步繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機(jī)的維護(hù)本錢將進(jìn)一步降低、電機(jī)的壽命則相應(yīng)增加。   

    （3） 降低電力線路電壓波動。在電機(jī)工頻啟動時，電流劇增的同時，電壓也會大幅度波動，電壓下降的幅度將取決于啟動電機(jī)的功率大小和配電網(wǎng)的容量。電壓下降將會導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常，如咒機(jī)、傳感器、接近開關(guān)和接觸器等均會動作出錯。而采用變頻調(diào)速后，由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能最大程度上消除電壓下降。   

    （4） 可對風(fēng)機(jī)的風(fēng)量作平滑的無級調(diào)速，風(fēng)機(jī)工作在最佳工作點，工況曲線更符合系統(tǒng)，可進(jìn)步風(fēng)機(jī)效率，避免了“喘振”現(xiàn)象。穩(wěn)定了爐膛壓力，滿足工作環(huán)境的要求。 
 
    （5） 低速運行可以減少磨損，降低噪音，有利于延長電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。
   
    （6） 節(jié)能效果明顯。由于終極的能耗是與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成立方比,車間通風(fēng)，所以采用變頻后，大大地節(jié)約了本錢，投資回報更快，用戶也愿意接受。

    3、效益與回報

    哈爾濱工程大學(xué)02年新安裝了四臺02噸刨燃煤供熱鍋爐，其中保持二臺鍋爐天天24小時中斷供熱，每年供熱期6個月，鼓風(fēng)機(jī)功率37kw，引風(fēng)機(jī)為110kw。在鍋爐運行中，電力線路波動較大，經(jīng)常損毀四周校舍電器，引風(fēng)機(jī)風(fēng)量偏大，使用檔風(fēng)插板調(diào)節(jié)風(fēng)量，電機(jī)功耗基本不變，電能浪費大。根據(jù)以上缺點，決定安裝變頻器。安裝變頻調(diào)速裝置后風(fēng)機(jī)起動平穩(wěn)無沖擊電流，運行穩(wěn)定。據(jù)區(qū)技術(shù)監(jiān)視局委托哈爾濱紅光鍋爐總廠現(xiàn)場測定，為了便于對比分析，對引風(fēng)機(jī)的兩種調(diào)節(jié)方式進(jìn)行了數(shù)據(jù)丈量如表1。

表1 鼓引風(fēng)機(jī)丈量參數(shù)表

    對于剛投人運行的鍋爐，一般因各種原因負(fù)荷未達(dá)到70%以上時，采用變頻器控制效果更加明顯。太平供熱項目是哈爾濱市政府批準(zhǔn)的新型項目，兩臺卯T鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)都采用變頻器控制，引風(fēng)機(jī)電動機(jī)3sokw，鼓風(fēng)機(jī)電動機(jī)1印kw，兩臺鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)變頻器一次投人50萬元，結(jié)果2（X）5年，2（X巧年負(fù)荷分別為30%、印%，在此情況下，鍋爐在低負(fù)荷運行，鼓、引風(fēng)都在低負(fù)荷下運轉(zhuǎn)，兩個采熱期下共用電613725k琪飛。假如不用變頻器控制約用電18以X洲）k不飛，估計兩個采熱期節(jié)約1186275k從飛，按每度電0.7元計算，共計節(jié)約83萬元。  
 
    下面是其鍋爐系統(tǒng)兩種方式實際運行用度對比：

表2 實際運行用度表

        一年共節(jié)省2萬元，一次性投人控制系統(tǒng)共計40萬元。兩年收回本錢。

    4、結(jié)束語   

    產(chǎn)業(yè)鍋爐風(fēng)機(jī)'>鍋爐風(fēng)機(jī)采用變頻器調(diào)速實現(xiàn)風(fēng)量控制，穩(wěn)定性和可靠性高，調(diào)節(jié)特性好。由于變頻器可以非常平滑穩(wěn)定地調(diào)整風(fēng)量，運行職員可靈活地調(diào)控燃燒狀況，進(jìn)步了鍋爐效率，減少工作強(qiáng)度。變頻調(diào)速使電機(jī)運行明顯改善，維護(hù)量明顯減少，同時大大減少和機(jī)械系統(tǒng)變速機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)。使系統(tǒng)更加方便操縱，設(shè)備工作效率明顯進(jìn)步，系統(tǒng)采用過流、過壓、瞬時斷電、短路、欠壓、缺相等多種保護(hù)，避免了因此贊成電機(jī)燒損而影響生產(chǎn)所帶來的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失，更為重要是它的節(jié)能效果取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

山水廠高溫風(fēng)機(jī)變頻器運行現(xiàn)場

         一、前言 

             高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調(diào)速技術(shù)，主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速，其技術(shù)和性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過以前采用的調(diào)速方式（如串級調(diào)速、液力耦合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子水阻調(diào)速等）。高壓變頻以其明顯的節(jié)能效益、高的調(diào)速精度、寬的調(diào)速范圍、完善的保護(hù)功能、方便的通訊功能，得到了廣大用戶的認(rèn)可和市場的確認(rèn)，成為企業(yè)電機(jī)節(jié)電方式的首選方案。山東水泥廠有限公司現(xiàn)有兩條熟料生產(chǎn)線，高溫風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)對熟料生產(chǎn)至關(guān)重要，對設(shè)備要求特別苛刻，因此在高壓變頻器的選用上非常謹(jǐn)慎，2007年2月15日我公司采用北京合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器在我公司2#3#窯安裝調(diào)試，穩(wěn)定運行至今，打破了洋品牌在高壓變頻安裝上的壟斷局面，為國產(chǎn)高壓變頻器贏得了榮譽(yù)。

         二、變頻前后耗電情況對比

             我公司于2006年起開始將高壓變頻器應(yīng)用窯頭引風(fēng)機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)、生料磨循環(huán)風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造，目前高壓變頻運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，均勻節(jié)電率達(dá)到20%以上，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。以下為我公司安裝高壓變頻前后數(shù)據(jù)對比：

         三、工況簡述

             旋窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，預(yù)熱機(jī)來的料從窯尾進(jìn)進(jìn)到窯中，借助窯的轉(zhuǎn)動來促進(jìn)料在旋窯內(nèi)攪拌，使料互相混合、接觸進(jìn)行反應(yīng)，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉(zhuǎn)動在窯內(nèi)向前運動。窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的余熱廢氣，在窯尾高溫風(fēng)機(jī)的作用下，通過預(yù)熱器對進(jìn)進(jìn)窯尾前的生料進(jìn)行預(yù)熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風(fēng)機(jī)抽出進(jìn)進(jìn)廢氣處理（除塵及排出）。均化好的生料預(yù)熱后在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒成熟料，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)需要合適的氣壓及溫度，才能使煤粉有一定的懸浮時間進(jìn)行充分燃燒，生料才能在窯內(nèi)達(dá)到很好的熱處理。窯內(nèi)因物料的堆積變化很大，所以瞬時氣壓變化頻繁。窯尾高溫風(fēng)機(jī)一方面用來調(diào)整窯內(nèi)氣壓，另一方面回轉(zhuǎn)窯內(nèi)鍛燒后的高溫熟料出來有廢氣，廢氣帶灰，通過窯尾高溫風(fēng)機(jī)引出由電收塵器將灰塵進(jìn)行處理，再將廢氣排掉。

             我廠目前有二條干法懸窯生產(chǎn)線，日產(chǎn)為1700t、2300t，并擁有一臺7.5MW中、低溫余熱發(fā)電機(jī)組，2條窯生產(chǎn)線，高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)配置為6kV1250kW，在高溫風(fēng)機(jī)的電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間，配有液力耦合器對風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，整個工藝過程主要是通過DCS的控制來調(diào)節(jié)液力耦合器的速度從而調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，達(dá)到控制窯內(nèi)負(fù)壓。在運行時仍靠風(fēng)機(jī)擋板進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，當(dāng)窯系統(tǒng)工況變化較大時，現(xiàn)場值班職員根據(jù)中控制室的指令對液力耦合器的勺桿進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，運行操縱非常不便。2006年7～8月，公司分別對1700t窯生產(chǎn)線的窯頭引風(fēng)機(jī)、2000t窯生料系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻調(diào)速改造，目前運行情況良好。而高溫風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)的耗電量還少于原液力耦合器調(diào)節(jié)的耗電量。

             經(jīng)過對原系統(tǒng)進(jìn)行分析，對原系統(tǒng)的風(fēng)壓控制由原來的液力耦合器調(diào)節(jié)改為變頻器調(diào)節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機(jī)與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機(jī)本身進(jìn)行調(diào)速，調(diào)整窯尾預(yù)熱器（高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)口）的壓力為工況要求值。變頻器設(shè)備接進(jìn)用戶側(cè)高壓開關(guān)和擬改造電機(jī)之間，變頻器控制接進(jìn)原有的DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)來完成正常操縱。

         四、可靠性

             經(jīng)過對原系統(tǒng)進(jìn)行分析，對原系統(tǒng)的風(fēng)壓控制由原來的液力耦合器調(diào)節(jié)改為變頻器調(diào)節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機(jī)與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機(jī)本身進(jìn)行調(diào)速，最后達(dá)到調(diào)整窯尾預(yù)熱器（高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)口）的壓力為工況要求值。液力耦合器本身能耗達(dá)10%以上，而且需要油泵及冷卻水來輔助運行，故障率較高，特別是在夏季因耦合器產(chǎn)生熱量較大，需加進(jìn)四組冷油器，用循環(huán)水強(qiáng)降溫，水消耗量大，資源浪費嚴(yán)重。
 

油站及冷油器

             變頻器設(shè)備接進(jìn)用戶側(cè)高壓開關(guān)和擬改造電機(jī)之間，變頻器控制接進(jìn)原有的DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)來完成正常操縱。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時將電機(jī)切換至工頻狀態(tài)下運行，且切換方式為自動切換。變頻器故障時，電機(jī)自動切換到工頻運行，這時風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速會升高，風(fēng)壓會發(fā)生很大變化，影響窯內(nèi)物料的煅燒質(zhì)量，故此時應(yīng)及時在DCS上對高溫風(fēng)機(jī)的風(fēng)門進(jìn)行及時調(diào)節(jié)，降低風(fēng)機(jī)輸出風(fēng)量至工況要求值。變頻器及其工頻旁路開關(guān)由變頻器整體配套提供。電機(jī)、高壓斷路保存了用戶原有設(shè)備。負(fù)載參數(shù)及運行工況，高溫風(fēng)機(jī)配合康HIVERT系列高壓變頻器，其主要參數(shù)為：變頻器型號HIVERT-Y06/173，隔離變壓器容量1800KVA，旁路開關(guān)柜容量400A。

         五、改造過程簡述

             由于原電機(jī)控制為液力耦合器調(diào)速，為了安裝變頻器，必須重新設(shè)計變頻器專用房。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，我們選擇在高壓配電室旁另建一變頻器專用房，此地方距高壓室較近，動力電纜敷設(shè)方便。由于現(xiàn)場灰塵較大，而變頻器為強(qiáng)迫風(fēng)冷，設(shè)備內(nèi)空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，在房間透風(fēng)設(shè)計上，設(shè)計了大面積專用進(jìn)風(fēng)窗，房間不另設(shè)其它窗口，基本上是密閉設(shè)計。透風(fēng)窗采用專用過濾棉濾網(wǎng)，這樣使進(jìn)進(jìn)變頻器室內(nèi)的空氣經(jīng)過透風(fēng)窗濾灰，進(jìn)進(jìn)變頻器室內(nèi)的灰塵大大減小。

專用進(jìn)風(fēng)窗一           專用進(jìn)風(fēng)窗二        專用進(jìn)風(fēng)窗三

             由于本變頻器功率較大，為保證足夠的透風(fēng)冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別獨立安裝了一整體風(fēng)罩，與各自的出風(fēng)口連成整體，保證變頻器整體冷卻透風(fēng)要求，即使在夏季高溫季節(jié)也不需開空調(diào)進(jìn)行降溫。

      
3#窯變頻及風(fēng)道                    2#窯變頻及風(fēng)道

             為減小安裝本錢，動力電纜保存了原高壓柜至電機(jī)的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至變頻器，再重新由高壓柜到變頻器敷設(shè)一根動力電纜，由于變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。變頻改造后，由于需要取消原液力耦合器，我們按照液力耦合器的聯(lián)接尺寸設(shè)計制作了一套直接連接軸來代替液耦。連接軸的基座安裝尺寸、軸連接中心尺寸、軸徑尺寸、軸與電機(jī)及風(fēng)機(jī)側(cè)的連接靠背輪均與原液耦一致，安裝時，僅需將原液耦拆除，將連接軸代替液力耦合器，現(xiàn)場僅作少量調(diào)整即可達(dá)到安裝要求，而不用對風(fēng)機(jī)及電機(jī)作任何調(diào)整，安裝方便快捷。

 
液力耦合器拆除后的連軸器

             安裝高壓變頻后，原繞線電機(jī)對滑環(huán)進(jìn)行短接，廢除了原水電阻啟動器，每年對碳刷及水阻啟動器和電機(jī)的維護(hù)減少，綜合運行本錢大幅度下降，且高壓變頻啟動時間任意可調(diào)，實現(xiàn)平滑啟動，對設(shè)備運行起了良好的保護(hù)。

         六、變頻改造總結(jié)

             根據(jù)我公司對水泥廠高溫風(fēng)機(jī)的高壓變頻器的安裝及使用情況，總結(jié)變頻器改造有以下優(yōu)點。
    （1）安裝簡單，即將原高壓開關(guān)柜與電動機(jī)之間插進(jìn)安裝變頻器，對原有接線改動不大。
    （2）操縱使用方便，變頻器操縱只有簡單的開機(jī)、停機(jī)和頻率調(diào)整。
    （3）能進(jìn)行無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，且調(diào)速精度高，適用性強(qiáng)。
    （4）保護(hù)功能完善，故障率低，排風(fēng)機(jī)啟動平穩(wěn)，啟動電流小，可靠性高。
    （5）電動機(jī)不需長期高速運行，工作電流大幅度下降，節(jié)電效果明顯。
    （6）由于變頻器取代了液耦調(diào)速，消除了機(jī)械及液壓高故障率的缺陷，設(shè)備維護(hù)用度降低。
    （7）電動機(jī)運行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。

             交流變頻調(diào)速器，以適用性強(qiáng)、可靠性高、操縱使用方便等性能，受到用戶的歡迎。它應(yīng)用在調(diào)速、節(jié)電、軟啟動方面，對企業(yè)有很大的實用價值。合康公司高壓變頻器在我廠對兩條生產(chǎn)線的五臺電機(jī)進(jìn)行了成功的改造，不僅節(jié)能效果明顯，進(jìn)步了整個系統(tǒng)的工藝性能，同時也使兩條生產(chǎn)線大大進(jìn)步了產(chǎn)量，得到車間降溫設(shè)備的好評，并在我省水泥行業(yè)中產(chǎn)生了很大的影響。