高压变频器在活化石灰回转窑引风机的应用二.docx
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高压变频器在活化石灰回转窑引风机的应用二
●通过改变风机的转速来实现对风机的风量调节
改变风机的转速时，风机的压力特性曲线随之改变，当管网阻力不变时，其特性曲线如图：
当风机的转速定为n1、n2、n3时，每个转速都对应其相应的压力特性曲线，在管网阻力R不变的情况下，工况点随之改变为M1、M2，其对应的流量变为Q1、Q2。
在实际中，采用高压变频器，内反馈串级调速电机，液力耦合器等方法达到对风机转速的调节，从而在管网阻力不变的情况下调节流量。
（4）风机定速运行与风机调速运行在输出同等风量时的比较：
当风机的额定转速为n1，挡板全开管网压力为R1，额定流量为Q1时，通过调节管网压力和风机转速的二种方法，将输出流量改变为Q2，其运行工况的差异如图所示：
从图中可以看出，在输出同等流量的情况下，用挡板调节的工况点是M3，运行时压力为Hf。
用速度调节的工况点是M2，运行时压为H2。
（5）两种风量调节方法消耗能量的差异：
从上面可以看出，调节挡板与调节转速的最大差异在于风压，两种运行方式风机吸收轴功率的差异为：
根据风机功率消耗的相拟性理论，得出结论：
用挡板调节风量与用转速调节风量对比，随着实际输出流量与风机额定流量差值的加大，其能量的消耗差异也呈平方比例系数加大。
6、风机调速改造方案的调研：
（1）液力耦合器调速方案：
优点：
●液力耦合器价格便宜。
●操作简单，维修方便。
●水冷却系统不需单独安装，可以直接使用回转窑的水冷系统。
缺点：
●调速效率低，节能效果差。
●机械传动方式，运行故障率高，且需定时加液力油。
●安装时需加在电机与风机中间，则要重作电机基础，期间将造成生产停顿。
●当在运行中液力耦合器出现问题时，只能停产修理。
（2）串级调速电机调速方案：
优点：
●价格宜中。
●可以安装于原电机基础上。
●调速时效率高。
缺点：
●需更换电机。
●调速X围窄，最低速只到额定的50%。
●电机为绕线式，需每年更换碳刷。
（3）高压变频器调速方案：
优点：
●全X围调速，启动时间可以根据工况自行设定。
●运行效率高，功率因数高。
●技术先进，在低速运行时，电机温升低，噪音低，增加电机寿命。
●可以频繁启动，保持启动电流在电机额定电流之内。
缺点：
●价格较贵。
●操作参数较多，需对操作人员培训。
（4）采用调速运行后节能效果计算：
●设备参数
引风机型号为GW-GR168D（IDF），其性能参数为：
项 目
参数
风机流量（m3/H）
145658
风机全压（Pa）
8000
轴功率（KW）
403
介质密度（Kg/m3）
0.577
转 速（r/min）
1480
异步电动机型号为YKK450-2-4，其性能参数为
项 目
参数
额定功率（KW）
500
额定电压（V）
6000
额定电流（A）
59.5
额定转速（r/min）
1490
●回转窑运行时的风机参数
2005年2月1日—3月2日回转窑引风机工频运行时的测试结果如下：
序号
名 称
单位
引风机
1
累计工作时间
h
314
2
风门开度
%
15-25
3
窑内负压
Pa
100-200
4
风机电流
A
25-35
5
累计电耗
Kw.h
88020
6
平均每小时电耗
Kw.h
280.32
●利用相似理论分析回转窑引风机调速的运行数据
风机调速运行后的运行状态关系式为：
Qa=QAn/n0
Pa=PA（n/n0 ）2（ρ/ρ0）
Qb=QBn/n0
Pb=PB（n/n0 ）2（ρ/ρ0）
为了方便计算，近似认为性能曲线成线性关系，即：
（Pc–Pb）/（Qc–Qb）=（Pa–Pb）/（Qa–Qb）
风机转速与运行电流：
Ia=IA（n/n0 ）3
● 根据原运行数据和以上公式计算后得出调速运行工作状态：
序号
名称
单位
#1引风机
1
运行频率
Hz
30
2
风门开度
%
100
3
窑内负压
Pa
2126.73
4
介质密度
Kg/m3
0.324
5
风机电流
A
8.41
6
风机单位电耗
Kw.h
61.8
（5）调速运行后的效益估算：
●根据以上计算出的调速运行状态，定速运行单位电耗280.32Kw.h，调速运行后单位电耗61.8Kw.h，每小时节电达212.52Kw.h
●以上为在理想状况下的单位节能，在实际运用中，考虑到设箅的效率转换，调速装置的损耗，还应乘以0.85的额外消耗系数，实际单位节电按180Kw.h进行计算。
●以正常年工作300天计算，其节电总量为：
1，296，000Kw.h。
●以电价每Kw.h费用0.57元计算,年节约电量应达738,720元。
（6）最终选择方案：
经过对以上对调速方案的论证，节能效果的计算。
并对进行了上述三种方案改造过的厂家进行现场考察，并结合回转窑实际流程的要求，综合以上因素，选用高压变频器调速方案作为石灰车间回转窑引风机调速改造方案。
7、高压变频器性能参数：
（1）高压变频器的类型：
●高—低—高三电平高压变频器
●功率器件直接串联变频器
●多电平单元串联叠加电压源型变频器
●SGCT器件串联电流型变频器
（2）变频器类型的选择：
●我们在选择时除了考虑一些常规的性能指标外，还着重注意：
设计上是否相对有其特点，选用的元件是否稳定、成熟；产生的谐波分量是否符合有关标准；电源短时中断恢复时对其影响程度；个别元件故障时能保持短时间的运行等功能。
●在以上类型中，SGCT器件串联电流型变频器最为先进，但是国内无法生产，均为国外产品，其中加拿大罗克韦尔公司的PowerFlexM7000系列的变频器性能优秀，且对现场适应能力强，但是价格过于昂贵。
●在国内，多电平单元串联叠加电压源型变频器属于最为先进，同时在现场考察中，其运行稳定，节能效果良好，功率因数高。
经过多方比较，决定采用多电平单元串联叠加电压源型变频器。
（3）多电平单元串联叠加电压源型变频器性能：
通过对国内生产多电平单无串联叠加电压源型变频器厂家的情况，并进行了比较，最后选择了XX九洲电气股份XX。
其产品特点：
●调速X转宽，可以从零转速到工频转速的X围内进行平滑调节。
●在大电机上能实现小电流的软启动，启动时间和启动的方式可以根椐现场工况进行调整。
●频率的调整是根据电机在低频下的压频比系数进行电压和频率的输出，在低转速下，电机不仅是发热量低，而且输入电压低，将使电机绝缘老化速度降低。
●串联多重化叠加技术的应用实现了真正意义的高-高电力变换，无需降压升压变换，降低了装置的损耗，提高了可靠性，解决了高压电力变换的困难。
串联多重化叠加技术的应用还为实现纯正弦波、消除电网谐波污染开辟了崭新的途径。
●高功率因数，达0.95以上，无需另加功率因数补偿装置，避免了因无功带来的罚款。
●效率高，高达96%以上，远远高于可控硅大功率调速装置。
●符合IEEE519-1992标准的严格要求，不对电网产生谐波污染，完全无需任何滤波装置。
●对电机不产生谐波污染，有效降低了电机的发热量，噪声与采用工频供电时相近。
●转矩脉冲很低，不会导致电机等机械设备的共振，同时也减少了传动机构的磨损。
●输出波形完美，失真度小于1%。
●电动机的电应力强度与采用工频供电时相近，无需配备特殊电动机。
●与电机的连接不受电缆长度的限制。
●采用大规模门阵列CPLD电路，实现了PWM控制的高度实时性、快速性和准确性。
●两光纤实时传送技术，获得了国家发明专利，使得控制单元与功率单元之间的通讯更加迅速、可靠。
●特别设计的H桥逆变电路，已获得了国家专利，为系统运行的可靠性提供了保障。
●完善的功率单元旁通技术，已获得了国家专利，进一步提高了系统运行的可靠性。
控制部分采用高性能的DSP和FPGA芯片，使得控制系统的性能大大提高，实现恒定V/F和恒转矩控制，提升特性可任意设定，满足各种机械启动及运行的要求。
●优秀的DSP软件数学模型，使得系统运行的实时性和效率大大提高
8、设备安装系统调试
2005年3月，高压变频器在在灰车间安装。
（1）系统回路：
●在系统回路中，加旁路系统，当变频器故障时即可通过路继续运行引风机。
●保持原有高压开关保护设定。
●将水阻启动器嵌入旁路系统，用于旁路运行时启动引风机。
●根据以上的需求，的经过优化设计分析，其主回路如图：
图8引风机调速系统图
（2）变频器安装流程：
●根据变频器安装要求，做变频器基础。
●安装变频器。
●做高压联屏电缆
●接控制连锁线
●接入控制电源电缆
●控制回路调试完成后，连接主回电缆。
（3）调试流程：
●相关变频器工作的一、二次设备安装、组态完毕；
●变频器柜内变压器耐压试验、直流电阻测量合格；
●6KV电缆、变频器闸刀柜内支持瓷瓶、避雷器等试验合格；
●检查各接线正确、紧固；
●变频器参数设置正确；
●引风机等机务设备具备试车条件。
●闸刀闭锁功能试验：
主要检查出线闸刀和旁路闸刀的机械闭锁功能；“高压允许合闸”闭锁功能；防止带负荷拉合闸刀功能。
●静态调试：
将变频器控制电源送上，引风机开关处于试验状态。
检查“本机控制”（数字键盘控制）、“远方控制”（液晶触摸屏控制，远方控制箱控制）时的开关动作状态及变频器面板、触摸屏画面上的各种状态显示是否正确对应。
●动态调试：
引风机开关、变频器柜将正式通电。
分别检查“工频旁路”状态以及“变频控制”状态下，在变频器面板和远方控制箱上操作引风机、变频器的启、停、调是否正常，转速、电流是否正确；在“工频旁路”状态时与“变频控制”状态时的转向是否一致；在“变频控制”时人为模拟故障保护动作、信号是否正确。
●带负荷试验：
主要了解正常运行工况下引风机、变频器的风量、电流、转速（频率）；检查变频器额定输出电流时的电机转速、变频器频率。
9、回转窑引风机变频调速改造后的运行：
石灰车间回转窑引风机于2005年3月18日用高压变频器调节引风机转速方法投入生产。
（1） 石灰回转窑运行参数变化：
●变频器启动时间设定为120秒，在启动中电机运行平稳，电机电流保持在60A电流之内。
●在回转窑用木料烘窑时，引风机电机在8赫兹的频率下运行，风机运行时极为安静，此时的风量正可满足木材充分燃烧，且不会使燃烧速度过快。
●最大负荷运行时，电机在25赫兹运行，风机振动大大减轻，在旁边的电工室内已感不到明显的风机震动。
●在进行冲窑皮或进行短时维修时，风机运行于2赫兹或停止，不但引风机电量消耗减少，同时风量减小，使回转窑温度下降速度变慢，在比较短时间内完成的不必进行喷煤加温。
●通过变频器频率的精确调整，使入料和出料时窑温保持在最佳状态。
（2）引风机调速运行后的电量消耗：
●6月17日到6月23日变频运行实测数据统计
序号
名称
单位
1
累计运行时间
h
144
2
运行频率
Hz
10-25
3
风机电流
A
11-23.5
4
变频器输入电流
A
6A以下
5
累计电耗
Kw.h
7848
6
平均每小时电耗
Kw.h
54.5
●高压变频改造后，引风机在满足回转窑负压的情况下，风机电流明显减少，由25A-35A降为11A-23.5A变频器输入电流则降到6A以下，风机平均每小时电耗也由280.32Kw.h降到54.5Kw.h，节电率为80.1%。
（3）高压变频运行后，相关设备的运行变化：
●避免了电动机启动时对电机的冲击损害，对电网的冲击。
●提高了引风机的自动控制能力。
●减少了引风机和高压除尘器的振动。
●由于转速的降低,对风机的叶轮、轴承等寿命得以延长。
●挡风板保持全开状态，降低了磨损，且大力矩执行机构工作次数减少，故障率降低。
10石灰车间回转窑引风机变频调速运行的节能与效益：
1）引风机运行时间：
●石灰车间回转窑生产为十二天一个生产周期，十天进行活性石灰生产，二天进行修窑。
●引风机月运转时间：
24小时×30天×10天/12天=600小时
●引风机年运转时间：
600小时×11月=6600小时
●引风机运行单耗节约量：
280.32Kw.h-54.5Kw.h=225.82Kw.h
●引风机月节约电量：
225.82×600=135492Kw.h
●引风机年节约电量：
225.82×6600=1490412Kw.h
●石灰车间电价是每Kw.h花费0.57元
●引风机变频运行每小时节约电费：
225.82×0.57=128.72元
●引风机变频运行每月节约电费：
135492×0.57=77230.44元
●引风机变频运行年节约电费：
1490412×0.57=849534元
11、结束语
通过高压变频器通过在活性石灰回转窑上的应用，其在应用变频调速运行的用电量和定速运行的用电量的差异，显示出的在我国企业中老式风机运行方式所造成的能源浪费相当触目惊心。
国外的一些经济学家说过，中国是在能源紧缺的情况下大量地浪费能源，同时外国将高压变频器这种现代电力电子产品对我国以高昂进行推销，获得高额的利润。
国产的高压变频器在中等功率开发与生产已经成熟，可以和国外的产品一比高下。
当随着我国在大功率与超大功率高压变频上不断取得进展，其价格将进一步趋于合理，预示高压变频器这种现代电力电子的高科技产品将在我国能源高效利用的领域得到更加广泛的应用。
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