摘 要：在甕福磷肥廠的熱電分廠的引風機應(yīng)用高壓變頻器進行調(diào)速節(jié)能改造,通過對其工作原理與主要技術(shù)特點的分析，并結(jié)合在引風機的變頻調(diào)速具體應(yīng)用，說明高壓變頻器應(yīng)用于甕福磷肥廠的熱電分廠引風機對能源的節(jié)約與產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵詞：高壓變頻器 電廠 送風機 節(jié)能 1、前言: 　　貴州省甕福礦肥基地是國家“八五”和“九五”期間建設(shè)的五個大型磷礦肥基地之一， 目前擁有全國最大的磷礦山和磷肥廠。 　　甕福礦肥基地由甕福磷礦和甕福磷肥廠兩個國家重點項目組成。甕福磷礦1990年11月開工，1995年建成。甕福磷肥廠1997年建設(shè)，1999年通過72小時考核。從而形成250萬噸/年磷礦石、210萬噸/年磷精礦、80萬噸/年重鈣、3萬千瓦余熱發(fā)電的生產(chǎn)能力，以及年吞吐能力345萬噸的自備鐵路專線。 　　甕福磷肥廠下設(shè)磷酸一銨分廠、磷酸二銨分廠、硫酸分廠、磷酸分廠、熱電分廠5個主生產(chǎn)單位和水處理分廠、動力分廠、機修分廠、儀修分廠、工程車隊5個輔助生產(chǎn)單位。而電機的變頻調(diào)速運行，是降低廠用電率、節(jié)電增效的有效措施及有效手段。#2爐電機調(diào)速用擋板調(diào)節(jié)，風道壓流損失嚴重，浪費大，通過變頻調(diào)速，實現(xiàn)了電機轉(zhuǎn)速連續(xù)無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬，調(diào)節(jié)精度高，效率高,實現(xiàn)了電機的軟啟動，減少了啟動沖擊及設(shè)備磨損。另外變頻裝置較安裝方便，只需在原斷路器與電機之間串聯(lián)變頻裝置即可，無需對負載和電機做任何改動;正常運行后，可靠性高，基本上無維護量。通過對引風機進行變頻改造而達到節(jié)能增效，無疑是必要的。熱電廠總共有三臺鍋爐拖動三臺風機，其中一臺常年運行，余下兩臺分別用兩臺變頻器拖動，其中一臺為哈爾濱九洲電氣的PowerSmartTMM高壓變頻器產(chǎn)品。 2.風機調(diào)速運行時的節(jié)能原理 　　通過改變風機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對風機的風量調(diào)節(jié) 　　改變風機的轉(zhuǎn)速時，風機的壓力特性曲線隨之改變，當管網(wǎng)阻力不變時，其特性曲線如右圖： [align=center] 改變風機的轉(zhuǎn)速的特性曲線[/align] 　　當風機的轉(zhuǎn)速定為n1、n2、n3時，每個轉(zhuǎn)速都對應(yīng)其相應(yīng)的壓力特性曲線，在管網(wǎng)阻力R不變的情況下，工況點隨之改變?yōu)镸1、M2，其對應(yīng)的流量變?yōu)镼1、Q2。 　　在實際中，采用高壓變頻器，內(nèi)反饋串級調(diào)速電機，液力耦合器等方法達到對風機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而在管網(wǎng)阻力不變的情況下調(diào)節(jié)流量。 　?。?）風機定速運行與風機調(diào)速運行在輸出同等風量時的比較： 　　當風機的額定轉(zhuǎn)速為n1，擋板全開管網(wǎng)壓力為R1，額定流量為Q1時，通過調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力和風機轉(zhuǎn)速 的二種方法，將輸出流量改變?yōu)镼2，其運行工況的差異如右圖所示： [align=center] 管網(wǎng)阻力與風機速度調(diào)節(jié)流量時的工況點差異[/align] 　　從圖中可以看出，在輸出同等流量的情況下，用擋板調(diào)節(jié)的工況點是M3，運行時壓力為Hf。用速度調(diào)節(jié)的工況點是M2，運行時壓為H2。 　?。?）兩種風量調(diào)節(jié)方法消耗能量的差異： 　　從上面可以看出，調(diào)節(jié)擋板與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的最大差異在于風壓，兩種運行方式風機吸收軸功率的差異為： 　　根據(jù)風機功率消耗的相擬性理論，得出結(jié)論： 　　 　　用擋板調(diào)節(jié)風量與用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風量對比，隨著實際輸出流量與風機額定流量差值的加大，其能量的消耗差異也呈平方比例系數(shù)加大。 3.高壓變頻裝置原理及特點 　　變頻裝置采用多電平串聯(lián)技術(shù)，，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6KV系列有18個功率單元，每6個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。 　　功率單元的電路結(jié)構(gòu)及原理：每個功率單元由軟啟動，整流，濾波，逆變，旁通，驅(qū)動，保護，模擬量采集，PWM形成等電路組成。 　　輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。 　　另外，由于變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，類似常規(guī)低壓變頻器。 　　輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造;同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應(yīng)力。 　　由于應(yīng)用了先進的電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和高壓電氣、電機拖動等綜合性領(lǐng)域的學(xué)科技術(shù)，因此變頻調(diào)速具有其它調(diào)速方式無法比擬的優(yōu)點： 　?、僮冾l器采用液晶顯示數(shù)字界面，調(diào)整觸摸式面板，可隨時顯示電壓電流、頻率、電機轉(zhuǎn)速，可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態(tài)。 　　②精確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度，完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的要求。 　?、鄹邏鹤冾l器具有國際通用的外部接口，可以同可編程控制器（PLC）和工控機等各種儀表相連，并可與原設(shè)備控制回路相連接，構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng)，如與原DCS系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和連鎖控制等。 　　④具有就地和異地操作功能，另可通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。 　?、菥哂须娏﹄娮颖Ｗo和工業(yè)電氣保護功能，保證變頻器和電機在正常運行和故障時的安全可靠。 　?、揠姍C可實現(xiàn)軟啟動、軟制動;啟動電流小，小于電機的額定電流;電機啟動時間可連續(xù)可調(diào)，減少了對電網(wǎng)影響。 　　⑦減少配件的損耗，延長設(shè)備使用壽命，提高勞動生產(chǎn)效率。 4.變頻器改造方案簡介 　　甕福熱電廠#2爐引風機是兩臺雙側(cè)布置，目前其引風機的出力調(diào)節(jié)由人工調(diào)節(jié)擋板來實現(xiàn)。由于引風機設(shè)計時冗余功率較大，加上風量控制采用檔風板引起的阻力損耗，造成廠用電率高，影響機組的經(jīng)濟運行。下表為熱電廠#2爐電機及引風機的參數(shù)列表: 　　根據(jù)電機的參數(shù)以及現(xiàn)場工況和運行的經(jīng)驗，最終確定熱網(wǎng)循環(huán)水泵的電機配套變頻器選用型號為九洲電氣的Power Smart10000-1A/063，變頻器額定電流為60A，同電機額定容量匹配，完全滿足現(xiàn)場負載運行的要求。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，為變頻器同時加裝工頻旁路裝置，變頻器異常時，變頻器停止運行，電機可以直接手動切換到工頻下運行。工頻旁路由3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成。要求QS2不能與QS3同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開;工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開。 　　為了實現(xiàn)變頻器故障的保護，變頻器對6KV開關(guān)QF進行聯(lián)鎖，一旦變頻器故障，變頻器跳開QF，要求甲方對QF的合分閘電路進行適當改造。工頻旁路時，變頻器應(yīng)允許QF合閘，撤消對QF的跳閘信號，使電機能正常通過QF合閘工頻啟動. 　　變頻調(diào)速由安裝在鍋爐操作臺上的啟動、停機、轉(zhuǎn)速調(diào)整開關(guān)進行遠程控制，并可同DCS系統(tǒng)接口，通過DCS實現(xiàn)變頻器的調(diào)速控制，變頻調(diào)速裝置還提供報警指示、故障指示、待機狀態(tài)、運行狀態(tài)、旁路狀態(tài)、高壓合閘允許、高壓緊急分斷等保護信息以及轉(zhuǎn)速給定值和風機實際轉(zhuǎn)速值等必要指示，以便操作人員進行操作控制。 　　九洲公司開發(fā)了GPRS監(jiān)控功能,可以對高壓變頻在現(xiàn)場運行的情況及其數(shù)據(jù)進行監(jiān)控,如有問題,可以最快捷做出解決方案,將損失降到最低, 并可以使公司和用戶方面進行雙向溝通，以便使變頻器更加長期有效的運行。 5.變頻器節(jié)能原理 　　異步電動機的轉(zhuǎn)速n與頻率f、電動機轉(zhuǎn)差率s、電動機磁極對數(shù)p有如下關(guān)系，即： 　　n=60f（1-s）/p （1—1） 　　根據(jù)相似理論有： 　　Q/Q0=n/n0 （1—2） 　　M/M0 =（n/n0）2 （1—3） 　　N/N0=（n/n0）3 （1—4） 　　注:n、Q、M、N為調(diào)節(jié)變化的轉(zhuǎn)速、流量、轉(zhuǎn)矩、功率，n0、Q0 、M0、N0為額定轉(zhuǎn)速、流量、轉(zhuǎn)矩、功率。 　　 　　改變其中任何一個參數(shù)都可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。變頻器是通改變電源頻率f的方式來改變電動機轉(zhuǎn)速的。在異步感應(yīng)電動機的設(shè)計制造完成后,轉(zhuǎn)速與頻率的線性關(guān)系既確定，如圖所示： 　　由于轉(zhuǎn)速n與頻率f之間為線性關(guān)系，從理論上分析調(diào)速范圍在0～100%內(nèi)，線性度都很好,因此變頻調(diào)速是當今調(diào)速應(yīng)用的生力軍.隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 高電壓大功率半導(dǎo)體器件的出現(xiàn),高壓變頻器應(yīng)運而生,使發(fā)電廠大型輔機的調(diào)速運行成為現(xiàn)實.從而省去由于閥門、擋板節(jié)流等帶來的功率損失，達到節(jié)能的目的,提高了發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟效益。 6.變頻節(jié)能效果計算 　　變頻器在正常帶負荷運行72小時后,為了方便的對設(shè)備的節(jié)能效果進行分析,我們進行了一周的設(shè)備運行記錄,2006年2,3,8月份2#鍋爐引風機參數(shù)如下表格所示: 　　在引用變頻器設(shè)備運行后,各參數(shù)如下: 　　在變頻器改造以前，根據(jù)統(tǒng)計情況，鍋爐引風機的運行工頻電流在30A左右，通過變頻器調(diào)節(jié)裝置改造后，目前在鍋爐相同運行情況下，鍋爐引風機在變頻后的電流為10—17A左右，平均降低電流達到10—11A。根據(jù)計算，平均節(jié)電80Kwh/h，考慮裝置自耗電及將來空調(diào)用電16kwh/h，總體節(jié)電可達到65kwh/h，節(jié)電率達到35%，年節(jié)電可達40萬元，經(jīng)濟效益相當顯著。因此，鍋爐引風機高壓變頻器節(jié)能技術(shù)改造項目是相當成功的.。 7、結(jié)束語： 　　高壓變頻調(diào)速控制作為一種新型的調(diào)速方法，其性能優(yōu)于其它調(diào)速方式，是現(xiàn)代化大型電廠廣泛采用的一種節(jié)能控制手段。甕福熱電廠的變頻改造工程促進了企業(yè)經(jīng)濟效益的明顯提高，并且它以高性能、高可靠性和調(diào)節(jié)的靈活性以及操作的簡便性，贏得了運行人員的認可。 　　隨著電力體制改革的推進和競價上網(wǎng)新格局的形成、深化，甕福磷肥廠還將在未來的新興項目等輔助設(shè)備進行變頻改造，勢必將優(yōu)化企業(yè)資源配置，為促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件，早日實現(xiàn)成為中國節(jié)能大廠的宏大目標。 參考文獻： 　　[1] 馬小亮 大功率交-交變頻調(diào)速及矢量控制技術(shù) 機械工業(yè)出版社 2003年10月 　　[2] 張永惠 高壓變頻調(diào)速器技術(shù)的比較 變頻器世界 2004年5月 　　[3] 王喜魁 泵與風機 中國電力出版社 2004年8月 　　[4] 白擴社 流體力學(xué)·泵與風機 機械工業(yè)出版社 2005年1月 　　[5] 梁昊 最新變頻器國家強制性標準實施與設(shè)計選型使用技術(shù)手冊 2005年1月