工廠通風_高溫還原焰快燒輥道窯的研制窯爐百科高壓變頻器在鍋爐

         一、概述

             阜康熱電有限責任公司（前身是梅河口熱電廠于2003年改制，位于吉林省西部），始建于1992年，有3臺75t立式旋風爐，2臺12MW發電機組。自2003年起陸續新上1臺75t鏈條爐，4臺75t循環流化床鍋爐。2005年中期，我公司5#、6#鍋爐引風機和一次風機采用北京合康億盛科技有限公司的高壓變頻器，并在同年12月投進使用，至今運行穩定。同時對原有的熱控系統進行了大量的改造升級，將原來的電單元組合儀表（常規儀表）系統改成分散控制系統（DCS），DCS為上海華文自動化系統工程有限公司的HPCS-3000系統。下文以引風機變頻器的應用為例對其進行節能和與計算機接口方面的分析。

         二、運行現場環境

             應用于我廠引風機的合康高壓變頻器安裝于鍋爐和灰庫之間。由于灰塵特別大，溫度特別高，長期運行在60～70℃之間，每年需清掃兩次控制柜的濾網，除塵方式是手動吹灰，但是灰塵仍然很大，2008年預備進行排風除塵改造。

         三、能效分析

             北京合康億盛科技有限公司高壓變頻器的型號是HIVERT-Y06/061，其產品規格和各項性能指標參數如下表一至表四。

         四、節能效果分析

              節能效率：η=（466-265）/466=43%
 

圖一   高壓電機工頻啟動和變頻啟動的曲線圖

         五、變頻器可操縱性分析

             從機組操控設備來看高壓變頻器，其穩定的性能是用戶購買時普遍關注的。同時，由于其拖動的設備多是對機組運行工況進行調整的，比如引風機是調節爐膛負壓的設備、送風機是調節鍋爐爐膛氧量的設備，排粉機是鍋爐燃燒煤粉輸送的動力等等，因此高壓變頻的應用過程中，其可操縱性是另一個很重要的指標。

             從我廠的使用經驗來看，北京合康億盛科技有限公司生產的高壓變頻器，在與分散控制系統（DCS）的接口上比較方便，可操縱性較強，對給定和反饋狀態的方式和手段比較完備（頻率指令給定）。其監控信號包括變頻電機的實際工作頻率、一次開關側的電流、電壓等模擬量信號，以及遠程的啟動、停止、故障報警、緊急停車等開關量信號；給定的指令是標準的4～20mADC信號，應用中其調節精度是0.2%，分辨率0.01Hz。指令輸出后，變速過程為平滑穩定的漸進指令值，無任何的信號抖動。同時接近低轉速時，動力運轉很平穩，因此，運行的參數調節也就可調，穩調了。預期在燃燒自動調節這個技術較復雜的控制難點上，其穩定的可調性，為自動調節的實現提供了強大的支持。

             值得一提的是，由于變頻器的諧波干擾比較大，所以在與DCS的接口上，主要是模擬量信號指令和反饋，應該加信號隔離，避免諧波干擾DCS傳輸的模擬量信號。這是應用過程中必須要重視的題目。

圖二  高壓變頻與DCS的接口圖

         六、結論

             北京合康億盛科技有限公司型號為HIVERT-Y06/061的高壓變頻器在阜康熱電責任有限公司運行3年來，其性能穩定、節能效果明顯，可以根據鍋爐的燃燒情況進行風量調節，大大進步鍋爐的穩定性，并且節煤效果很好，進步了運行的經濟性。

             在鍋爐引送風的燃燒系統中應用高壓變頻器能節能降耗，是國家大力提倡節能降耗政策不可缺少的技術手段。除此之外，變頻器對鍋爐的穩定運行也起著決定性的作用。根據高壓變頻器的性能及工作原理，可以廣泛地應用在電力、冶金、石化、水泥、礦山等需要用到高壓電機驅動的各個行業，當然也包括象阜康熱電有限責任公司這樣的熱電行業。

         　　廣東粵電團體云浮電廠現有4臺發電機組，其中1、2＃機組裝機容量為125MW，3、4#機組裝機容量為135MW。改造前1、2＃爐送風機采用擋板調節，風道壓流損失嚴重，為了節能降耗、進步機組調節性能，我廠經多方考察認證，我們決定采用運行成熟、技術先進的變頻調速方式進行改造。變頻裝置安裝方便，只需在原斷路器與電機之間串聯變頻裝置即可，無需對負載和電機做任何改動。首先對1＃機組兩臺送風機進行試驗改造。2006年10月份，在#1爐甲、乙側送風機上安裝了兩臺HARSVERT-A06/130型高壓變頻器。通過變頻調速，實現了電機轉速連續無級調速，調速范圍寬，調節精度高，效率高，實現了電機的軟啟動，減少了啟動沖擊及設備磨損。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能增效的目的。

         1．HARSVERT-A06/130型高壓變頻裝置原理
（1）高壓變頻器原理簡介
　　HARSVERT-A06/130型變頻裝置采用多電平串聯技術，6kV系統結構如圖1，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。系統采用7＋1冗余結構，當有1級模塊旁路時，系統仍能輸出額定電壓滿負荷運行。6kV系列有24個功率單元，每8個功率單元串聯構成一相。  

圖1：高壓變頻調速系統結構圖 

         　　每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其電路結構如圖2，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，可得到如圖3所示的波形。

  
圖2：功率單元電路結構          圖3：單元輸出的PWM波形 

         　　輸進側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，構成48脈沖整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網側的電流波形，使負載下的網側功率因數接近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，類似常規低壓變頻器。

         　　輸出側由每個單元的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，可得到如圖4所示的門路PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的盡緣損壞，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力。

         　　當某一個單元出現故障時，通過使圖2中的軟開關節點K導通，可將此單元旁路出系統而不影響其他單元的運行，高壓變頻器可持續降額運行；如此可減少很多場合下停機造成的損失。避免了由于一個大功率高壓開關器件的故障而導致的整機故障。保證了多電平變頻器的可靠性。

 
圖4：變頻器輸出的相電壓門路PWM波形 

       ,車間降溫水簾;  （2）該產品部分功能介紹
　�、貼+1單元冗余系統。所有功率單元正常時，電壓調制系數比正常的標準設備略低，當有單元出現故障旁路時，則自動提升調制系數，旁路一級時仍能夠滿電壓輸出。

         　�、趩文�塊旁路技術。每相8個模塊串聯，當一個功率模塊故障旁路時，與之對應的同級模塊仍繼續工作，通過中心點偏移技術使輸出電壓平衡，電壓輸出能力為95.6%，比同級旁路時輸出電壓大大進步。

         　�、鄣綦�3秒不停機功能。在高壓變頻器高壓失電3秒內，高壓變頻器自動減速繼續運行，3秒內恢復高壓變頻器從最后運行頻率開始恢復運行，3秒內高壓未恢復變頻器停機，20秒內高壓恢復變頻器自動執行飛車啟動。

         　�、艿碗妷貉訒r保護功能。電網電壓波動在＋15～－35％U0之間，高壓變頻器能夠實施有效的低電壓延時保護功能，保證系統的可靠性。

        ,通風工程報價; 　　⑤高壓掉電恢復自動重啟功能：為避免電網短時失電對企業生產造成影響，HARSVERT-A高壓變頻用具備來電自啟動功能。當電網電壓消失后，高壓變頻器緊急停機，假如在20秒內電源恢復（時間可設置），高壓變頻器會進行自動啟動，恢復停機前的運行狀態。

         　　⑥任意轉速旋轉啟動。為了適應國內電網波動大，現場主動力電源母線段切換的要求，系統提供旋轉中再啟動功能。從而在電網電壓波動超過＋15～－35％U0情況下，系統能夠提供有效過、欠壓保護；在電網恢復正常后，自動搜索跟蹤電動機轉速按照設定曲線恢復正常運行狀態，保證機組安全運行不跳閘。在現場主動力電源母線段切換過程中，系統自動識別網側電壓變化，系統保護不停機；待電網電壓恢復后，自動啟動設備運行至給定頻率值，滿足現場對設備的高可靠性要求。為了滿足不同現場對旋轉中再啟動功能的需求，系統提供完備的參數設定功能，保證系統動作有效，保護得當。真正適應現場運行工況要求。

         2.變頻改造方案簡介
　　#1爐送風機是兩臺雙側布置，高壓變頻改造前送風機的風量調節由人工調節擋板來實現。送風機及其電機參數如下：
電動機參數 
　　型號：Y500-4-6 額定電流：118.8A 
　　額定功率：1000kW 額定頻率：50Hz
　　額定電壓：6kV 額定轉速：990r/min

         　　為了充分保證系統的可靠性，高壓變頻器同時加裝工頻旁路裝置，當高壓變頻器異常時，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QS1、QS2和QS3組成（如圖5，QF為我廠原有高壓開關）。其中QS2、QS3為雙投隔離開關的兩組刀，在機械上實現互鎖。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。

         　　高壓變頻調速系統內置西門子S7－200PLC，與現場DCS接口靈活方便。正常運行時，啟動、停機操縱，頻率調整由DCS控制，同時高壓變頻器狀態實時反饋給DCS系統。

         3.高壓變頻器運行節能效果測試情況：

         （1）高壓變頻器參數
型號  HARSVERT-A06/130 輸進電壓  6kV 
額定電流  130A 額定功率  1000kW 

         （2）電機參數
額定功率  1000kW 額定電壓  6kV 
額定轉速  990rpn 額定電流  118.8A 

         （3）節能計算
　　通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。即當電機轉速降為額定轉速的80％時，調速系統（高壓變頻器＋電機）從電網側吸收功率約降為額定轉速時的51％，因此，若工藝要求系統風量下降即送風機轉速下降時，節能效果十分明顯。

         　　在相同運行方式及相同工況下進行測試，數據如下：
    高壓變頻器投運前后電機實際電流的變化
    機組負荷  變頻前   變頻后   節電率  
    125MW     70A      48A       25% 
    100MW     55A      29A       40% 

         　　比較高壓變頻器改造前后，送風機電機實際消耗功率，在機組125MW負荷時，計算節電約為25％，當機組負荷為100MW，計算節電率約為40％。經統計投運前、后兩個月送風機單耗，節電率為27.7％，按現行上網電價，18個月可收回全部投資。

         4.空水冷卻器簡介
　　考慮廣東地區夏天氣溫較高，利德華福為高壓變頻器配備了空水冷卻器，保證設備安全運行。

         　　空水冷卻器外形如圖6所示。從高壓變頻器出來的熱風，經過風管連接到內有固定水冷管的散熱器中，散熱器中通過溫度低于33℃的涼水，熱風經過散熱片后，將熱量傳遞給冷水，變成冷風從散熱片吹出，熱量被循環冷卻水帶走，保證高壓變頻器室內的環境溫度不高于40℃。

圖6：空水冷卻器外形圖 

   ,車間安裝負壓風機;      　　現場一臺高壓變頻器配置兩臺空冷器（如圖7），單臺故障時不會對系統產生較大影響。從實際應用情況看，室內溫度能控制在30℃左右，效果明顯。

         　　經綜合計算比較，空水冷卻方式的用度約為空調冷卻方式的50％。

圖7：空冷器與變頻器布局圖

         5.結束語
　　高壓變頻裝置由于其節能效果明顯，特別是在低負荷時更為明顯，采用變頻調速后，實現了電機的軟啟動，延長電機的壽命，送風機擋板全開，消除了進口風道原有的喘振，也減少了風道的磨損。良好的節能效果和調節性能，具有廣闊的推廣應用遠景。

         　　本廠兩臺設備自投運以來，運行非�？煽�，未出現任何故障。完全可以說，本次我廠送風機高壓變頻改造項目是成功的。