前 言
　　由于世界能源緊缺，煤、電、油等能源價格不斷攀升，能耗高已嚴(yán)重制約企業(yè)的生存和可持續(xù)發(fā)展。近幾年變頻調(diào)速的優(yōu)越性和節(jié)能效果已在低壓變頻器的運用中得到充分體現(xiàn)，同時高壓變頻技術(shù)的日趨成熟，并逐步在冶金、化工、電力、建材等眾多行業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。我公司作為貴州省清潔生產(chǎn)的試點企業(yè)，節(jié)能降耗勢在必行。公司各部門根據(jù)各自在操作、運行維護(hù)、設(shè)備可靠性、控制、節(jié)能和管理等方面對公司工藝控制復(fù)雜、設(shè)備維護(hù)量大、故障率高;電氣控制復(fù)雜、耗電量較高、有較高的節(jié)能空間的設(shè)備進(jìn)行了調(diào)研和可行性分析，確定將2號窯尾高溫風(fēng)機（1250kW/6kV）高壓電機作為第一批變頻節(jié)能改造設(shè)備。
    一、高溫風(fēng)機變頻改造的可行性分析
　　1、高溫風(fēng)機的運行現(xiàn)狀：
　　公司2號窯高溫風(fēng)機電機為1250kW/6kV高壓電機。該設(shè)備原設(shè)計采用襄樊大力工業(yè)控制有限責(zé)任公司生產(chǎn)的液體電阻起動調(diào)速器進(jìn)行調(diào)速（即水電阻調(diào)速），在應(yīng)用水電阻調(diào)速控制的過程中，存在以下幾個方面的問題：
　　1） 轉(zhuǎn)子部分仍帶有集電環(huán)、碳刷等配件，在運行過程中需對這些配件進(jìn)行更換或處理，運行維護(hù)量大。
　　2） 轉(zhuǎn)子部分未能完全切除，在轉(zhuǎn)子部分有約160V左右的電壓和380A左右的電流，導(dǎo)致大量的電能無功的消耗在水電阻上。
　　3） 由于大量的電能消耗在水電阻上而使水電阻溫度不斷升高，為給水電阻進(jìn)行冷卻，需大量的自來水供給，造成大量的水資源浪費。
　　4） 為給水電阻進(jìn)行冷卻，在水電阻外部使用了一臺5.5kW和一臺1.5kW的電機進(jìn)行電解液和自來水的循環(huán)。
　　5） 在夏季或廠區(qū)供水壓力低的情況下，常因高溫風(fēng)機調(diào)速柜內(nèi)水電阻水溫過高（高于60℃時）而切除水電阻，電機全速運行，從而導(dǎo)致風(fēng)機轉(zhuǎn)速失控，影響生產(chǎn)。
　　2、節(jié)能計算：
　　根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與頻率和極數(shù)的關(guān)系，即n=60f（1-s）/p,
　　式中
　　n表示電機轉(zhuǎn)速
　　f表示輸入頻率
　　s表示電機轉(zhuǎn)差率
　　p表示電機磁極對數(shù)
　　可知，要改變電機的轉(zhuǎn)速，可以通過改變電機極數(shù)和轉(zhuǎn)差率，以及頻率來實現(xiàn)。變頻調(diào)速就是采用變頻調(diào)速器直接通過改變頻率來改變電動機的轉(zhuǎn)速的。
　　由流體力學(xué)知道，風(fēng)機的流體流量（Q）與轉(zhuǎn)速（n）的一次方成正比，風(fēng)機的壓力（H）與轉(zhuǎn)速（n）的二次方成正比，風(fēng)機的功率（P）正比于風(fēng)機的流量（Q）與壓力（H）的乘積，即風(fēng)機的功率（P）與轉(zhuǎn)速（n）的三次方成正比。與轉(zhuǎn)速三次方成正比。即
　　流量Q∝轉(zhuǎn)速n
　　壓力H∝轉(zhuǎn)速n2
　　功率P∝流量Q*壓力H∝轉(zhuǎn)速n3
　　高溫風(fēng)機電機參數(shù)：
　　功率PN：1250kW,
　　額定電壓：6kV,
　　額定電流：139.5A,
　　額定轉(zhuǎn)速：1487r/min,
　　功率因數(shù)：0.896;
　　高溫風(fēng)機運行參數(shù)：
　　運行電流：110A,
　　風(fēng)門開度：90%,
　　電機轉(zhuǎn)速：1300 r/min。
　　工頻運行時的軸功率消耗：
　　P1=1.732*U*I*COSφ=1.732*6000*110*0.896 =1024kW,
　　保守估算變頻改造后的軸功率消耗：
　　假設(shè)改造后仍需1300r/min的轉(zhuǎn)速，電機在額定轉(zhuǎn)速下的功率消耗為1250kW。
　　由 式PN/P2=（nN/n2）3
　　得 P2=PN（n2/nN）3=1250*（1300/1487）3=827kW
　　變頻改造后一小時的節(jié)電量
　　△P=（P1-P2）=1024-827=197kW
　　變頻改造后的節(jié)電率：
　　N=（197/1024）×100%=19.2%，
　　年節(jié)約電費（按80%的運轉(zhuǎn)率、單位電價為0.42元/kWh）計算：
　　年運行時間為365*24*80%=7008小時
　　年節(jié)約電量為197*7008=1380576KWh=138萬度
　　年節(jié)約電費為：1380576*0.42=552230=57.98萬元
　　3、改造后預(yù)計效果：
　　根據(jù)以上節(jié)能計算，很明顯，當(dāng)采用變頻調(diào)速控制后，據(jù)保守估算，節(jié)電率約為15%，除以上明顯的節(jié)能外，使用變頻調(diào)速還具有如下優(yōu)點：
　　1） 優(yōu)良的調(diào)速性能，完全可以滿足于生產(chǎn)工藝要求。
　　2） 甩開了轉(zhuǎn)子部分的集電環(huán)、碳刷等配件，大大降低了運行中的維護(hù)量且運行可靠。
　　3） 沒有了自來水的冷卻這個環(huán)節(jié)，節(jié)約了水資源。以目前水電阻的水消耗來看，一天大約可節(jié)約30T左右用水。按80%的運轉(zhuǎn)率（365*80%=292天），0.8元的單位水價計算，一年可節(jié)約水費：30*292*0.8=7008元。
　　4） 采用變頻調(diào)速控制后，減少了以前用于外部循環(huán)的5.5kW和1.5kW（共7kW）的電機消耗。按70%的負(fù)載率（5kW），仍按80%的運轉(zhuǎn)率（7000h）、0.40元的單位電價計算，一年可節(jié)約電費：5*7000*0.42=14700元。
　　5）實現(xiàn)了空載軟啟動，啟動峰值電流和時間大大減少，避免了因大電流造成電機的絕緣老化及由于大力矩造成的機械沖擊對電機壽命的影響，減少電機的維護(hù)工作量。
　　6）避免了大力矩造成的機械沖擊，減少了機械的磨損，延長風(fēng)機葉輪的使用壽命，降低了維護(hù)費用。
　　7） 系統(tǒng)安全、可靠，控制方便、靈活，自動化水平高。
　　因此，對2號窯尾高溫風(fēng)機進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造是可行的。
　　二、高溫風(fēng)機高壓 變頻改造的選擇
　　我公司與北京合康億盛科技有限公司在2007年8月15日簽署了一臺1250kW/6kV的高壓變頻器購銷合同，選用了一套該公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的HIVERT-06/154 P變頻器，用于公司2號窯高溫風(fēng)機的改造。變頻器為電壓源型，直接“高—高”方式，6kV電壓直接輸入，6kV電壓直接輸出，單元串聯(lián)PWM疊波輸出，每相5單元。功率單元和控制系統(tǒng)之間采用光纖通訊，實現(xiàn)強弱電的完全電氣隔離，提高了整個系統(tǒng)的抗干擾能力。
　　變頻器及其工頻旁路開關(guān)由變頻器整體配套提供，主要元器件均采用國際知名廠家產(chǎn)品，所有重要零部件均經(jīng)過嚴(yán)格篩選和100%測試，整機進(jìn)行空載高壓負(fù)載試驗。考慮到變頻器因故障退出運行后不影響生產(chǎn)，確保系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)旁路選用手動旁路柜，當(dāng)變頻器發(fā)生重大故障無法運行時，變頻器將立刻分?jǐn)喔邏狠斎耄�并給出故障報警，此時可以通過手動旁路柜將電機投入工頻電網(wǎng)運行。
　　2007年9月18日設(shè)備到貨，28日變頻器安裝就位。10月1日利用2#窯停窯檢修的機會，完成了高壓柜到變頻器的連接，柜內(nèi)干式變壓器與功率單元的連線，變頻器與DCS的連接、DCS程序及操作界面和運行曲線的制作。10月4日先后對安全上電聯(lián)鎖、變頻器控制柜、空電機、輕載和重載等進(jìn)行了調(diào)試。
　　高壓變頻器調(diào)試正常后，合康公司技術(shù)人員還在現(xiàn)場對高壓變頻器的操作、日常維護(hù)以及易出現(xiàn)的故障等作了詳細(xì)的講解。
　　三、高溫風(fēng)機高壓變頻器的運行情況
　　2號窯尾高溫風(fēng)機變頻器于10月5日正式投入運行。投運后運行狀況穩(wěn)定良好、故障率極低、運行電流和風(fēng)機振動值均有下降，完全可以滿足于生產(chǎn)工藝控制的要求，具體數(shù)據(jù)詳見下表：

　　四、高溫風(fēng)機高壓變頻器的節(jié)能情況
　　高溫風(fēng)機進(jìn)行變頻節(jié)能改造后，不但在運行方面取得良好的效果，作為節(jié)能項目，在節(jié)能方面，其節(jié)能效果非常顯著，根據(jù)改造后一個月（10月份）的用電量與改造前一個月（1月份）的用電量進(jìn)行比較，可以看到進(jìn)行變頻節(jié)能改造后，高溫風(fēng)機明顯的節(jié)能效果，具體數(shù)據(jù)詳見下表：
　　高溫風(fēng)機變頻改造前后用電量對比表

　　從上表可以看出，改造前的1月份與改造后的10月份，其單月產(chǎn)量差不多（10月份比1月份多產(chǎn)熟量717T），停窯時間都是6天，但1月份的用電量為794060kWH，10月份的用電量為489120kWH，1月份比10月份多用電304940kWH;1月份日平均用電量為25614kWH，10月份日平均用電量為15778kWH，1月份日平均用電量比10月份多9836kWH;1月份（高溫風(fēng)機）平均單位熟料電耗為27.49kWH/T，10月份為16.52kWH/T，1月份（高溫風(fēng)機）平均單耗比10月份多10.97 kWH/T。
　　按以上數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，則：
　　高溫風(fēng)機日節(jié)約電費=0.42元/ kWH*9836KWH=4131.32元
　　高溫風(fēng)機月節(jié)約電費=4131.32元*30 =123933元
　　高溫風(fēng)機年節(jié)約電費=123933元*12 =1484203.2元
　　高壓變頻器投資回收期=1395000/1484203=0.94年，即1年就可收回成本。
　　五、小 結(jié)
　　目前，水泥行業(yè)的競爭非常激烈，但關(guān)鍵還是制造成本的競爭。電動機電耗占成本近30%，拖動風(fēng)機用的高壓電動機在電機中占有很大的比重，因此做好電動機的降耗增效工作就顯得極為重要。對高溫風(fēng)機進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造不管從操作、運行維護(hù)，還是節(jié)能方面都取得了很好的效果，是成功的。國內(nèi)高壓變頻調(diào)速器節(jié)能技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，是水泥廠節(jié)能改造的理想設(shè)備，具有很高的推廣價值。

　　濟(jì)鋼始建于1958年，是國內(nèi)十大鋼廠之一，是全國最大的中厚板生產(chǎn)出口龍頭企業(yè)，產(chǎn)品出口比例、中厚板的產(chǎn)量、成本、市場占有率、出口量等多項指標(biāo)位居全國前列。濟(jì)鋼燒結(jié)廠擁有4臺燒結(jié)機，年產(chǎn)燒結(jié)礦580萬噸。所有原料、成品都經(jīng)由皮帶運輸機傳送，在運送過程中會產(chǎn)生大量粉塵，這些粉塵會造成環(huán)境污染，根據(jù)國家法規(guī)，需要除塵處理。

　　濟(jì)鋼燒結(jié)廠的配料電除塵器負(fù)責(zé)對熔劑破碎系統(tǒng)和配料室的熔劑區(qū)的揚塵點進(jìn)行除塵。由于熔劑破碎系統(tǒng)屬于間歇工作制，配料除塵系統(tǒng)每天大約有70%的時間粉塵濃度高，需要的除塵風(fēng)量大，另有30%的時間粉塵相對較少，不需要很大的風(fēng)量。但是現(xiàn)有的系統(tǒng)采取調(diào)節(jié)風(fēng)機入口的風(fēng)門來進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)機電機始終滿載運行，這樣就造成了不必要的能源浪費。

　　隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷加劇，節(jié)能降耗成為企業(yè)提高產(chǎn)品市場占有率、競爭力的有效手段之一。而高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，使得該項技術(shù)廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、電力、水泥、給排水、制藥、造紙、污水處理等各個行業(yè)。濟(jì)鋼燒

　　結(jié)廠正是在這種形勢下，對配料除塵系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)研究改造，經(jīng)多方考察比較，最終選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，對配料除塵風(fēng)機進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造。

　　2．設(shè)備概況

　　濟(jì)鋼燒結(jié)廠配料除塵風(fēng)機電機為沈陽電機股份有限公司生產(chǎn)的200KW高壓異步電機，機組的主要參數(shù)如下：

    除塵風(fēng)機參數(shù)

    ,車間房頂通風(fēng)設(shè)備;型號Y4-73

    風(fēng)量145000m3/h

    風(fēng)壓4000Pa

    電機參數(shù)

    電機型號YKK3554-6

    額定功率200KW

    額定電壓6000V

    額定電流24A

    額定轉(zhuǎn)速985rpm

    3．高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

    改造采用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的風(fēng)光牌JD-BP37-240F功率單元串聯(lián)多電平高壓大功率變頻器，以下是對風(fēng)光牌JD-BP37-240F高壓變頻器的一些介紹。

    3.1風(fēng)光牌JD-BP37-240F高壓變頻器主要性能指標(biāo)

    變頻器功率240KW

    額定輸出電流32A

    輸入頻率50HZ±5HZ

    額定輸入電壓6KV

    允許電壓波動±20%

    輸入功率因數(shù)≥0.98

    輸出頻率范圍0～50HZ

    輸出電壓范圍0～6KV

    頻率分辨率0.01HZ

    加速時間可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定

    減速時間可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定

    變頻器效率≥96%

    過載能力100%連續(xù)160%連續(xù)1min220%允許1.5S

    防護(hù)等級IP20

    3.2JD-BP37-240F高壓變頻調(diào)速器主要技術(shù)性能

    3.2.1高??高電壓源型變頻器，直接6KV輸入，直接6KV輸出，無須任何輸出變壓器或濾波器，適配于普通高壓電動機，對電機、電纜絕緣無損害。

    3.2.2輸入功率因數(shù)高，電流諧波小，無須功率因數(shù)補償、諧波抑制裝置。

    3.2.3單元電路模塊化設(shè)計，維護(hù)簡單，互換性好。

    3.2.4輸出階梯正弦PWM波形。

　　1 前言
 
　　離心風(fēng)機是電廠的主要輔助設(shè)備之一，其耗電量約占
電廠發(fā)電量的1.5%～3.0%，由于鍋爐排放的煙氣或制粉系統(tǒng)氣流中含有一定數(shù)量的塵粒，因而普遍存在引風(fēng)機、排粉機磨損問題。其他還有很多場合，使風(fēng)
機運行在含有固體顆粒的環(huán)境中。固體顆粒隨著氣流進(jìn)入葉輪,六葉模壓風(fēng)機，會引起磨損、沉積等問題，進(jìn)而影響機械性能，縮短壽命，甚至引發(fā)重大事故。因此，這類葉輪機械
的磨損核沉積是工程界亟待解決的問題。
 
　　據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，1990～1992年，我國
100MW及以上機組中，因電站風(fēng)機故障造成的非計劃停運和非計劃降低出力造成的電量損失，在機組各類部件中，按等效非計劃停運小時占機組總等效非計劃停
運小時的百分比大小排列的順序、大小及平均年損失電量分別是：1990年：(1)200MW機組(統(tǒng)計臺數(shù)101臺)鍋爐送風(fēng)機和引風(fēng)機分別排列第6位和
第7位，分別占總等效停運小時的5.09%和4.94%；平均每臺損失電量8032.89MW?h和7794.61MW?h；(2)300MW機組(統(tǒng)計
臺數(shù)25臺)的鍋爐引風(fēng)機排列第5位，占總等效停運小時的4.17%，平均每臺年損失電量8948.6MW?h；(3)600MW機組(統(tǒng)計臺數(shù)2臺)鍋
爐引風(fēng)機排列第10位，占總等效停運小時的3.17%，平均每臺損失電量為35052MW?h。1991年和1992年統(tǒng)計的數(shù)據(jù)與此類似。由這些統(tǒng)計數(shù)
據(jù)可見，我國大容量電站風(fēng)機故障所造成的電量損失是很大的。通過對這些風(fēng)機故障的分析研究表明，其中50%以上都是由于風(fēng)機的磨損而造成的。

2 離心風(fēng)機葉輪磨損機理與磨損形式
 
2.1 磨損機理
 
　　磨損現(xiàn)象包含著許多復(fù)雜因素，它往往是多重機理綜
合作用的結(jié)果。塵粒進(jìn)入葉輪后與壁面相互作用，在離心流道的進(jìn)口區(qū)域和整個軸向流道內(nèi)，塵粒基本上是在氣流的夾帶及自身慣性的綜合作用下，以非零攻角在碰
撞壁面，然后又反彈進(jìn)入流道內(nèi)，這樣引起的壁面材料磨損是典型的沖蝕磨損。而在離心流道的出口區(qū)域內(nèi)，塵粒在流道內(nèi)運動了較長的一段距離，大部分和壁面發(fā)
生過多次碰撞，基本上沿著壓力表面滑動或滾動，并對著壁面有一定的壓力作用，這樣造成的背面材料的磨損屬于擦傷式塵粒磨損，塵粒在壓力面附近區(qū)域的集中更
加劇了塵粒磨損的危害程度。
 
2.2 磨損形式
 
2.2.1 磨粒磨損
 
　　凸凹不平的接觸表面，因相對運動下的銼削效應(yīng)或界面間分散的固體顆粒的研磨作用所導(dǎo)致的磨損。它對葉輪磨損的程度影響最大。在風(fēng)機中固體顆粒以一定的速度與零件表面作相對運動就會引起磨粒磨損。
2.2.2 吸附磨損
 
　　研究表明，在其它條件相同時，即使提高加工表面的加工精度等級和潔凈度，使彼此貼合更好，但其磨損并不降低，反而因界面貼近，分子吸附作用顯著，加重了界面的磨損，稱此為吸附磨損。
 
2.2.3 沖刷磨損
 
　　因固體顆粒對金屬表面的沖刷而引起的表面擦傷。
 
2.2.4 疲勞磨損
 
　　由于表面疲勞應(yīng)力(或溫度或沖擊)引起表面裂紋或鱗屑脫落所致。
 
　　總之，從損壞的葉輪來看，各種形式的葉輪磨損的情況及部位不盡相同。但磨損形式主要為以上幾種且都為局部磨損。磨損的部位主要在葉片的工作面和靠近后盤處。

3 防磨措施
 
　　針對不同的磨損形式，可以將防磨措施分為以下幾種。
 
3.1 對葉片表面進(jìn)行處理
 
　　對葉片表面可以進(jìn)行滲碳、等離子堆焊、噴涂硬質(zhì)合金、粘貼陶瓷片處理。
 
　　這些方法的共同優(yōu)點是增加了葉片表面的硬度，從而
在一定程度上提高了葉片的耐磨性，但各種方法均存在各自的缺點。滲碳工藝難度大，實際滲碳時，滲碳層的部位和厚度要由葉片厚度和磨損情況以及滲碳工藝決
定；堆焊時葉片變形大，而且反復(fù)焊接會導(dǎo)致葉面產(chǎn)生裂縫，易產(chǎn)生事故；噴涂時涂層的厚度很難確定好；粘貼陶瓷片的效果比較好，但價格高。