屋頂風機排風設備_ACT變頻器在水泥廠立窯羅次風機上的節能應用工

         一、立窯羅次風機工作原理

             在水泥立窯煅燒生產過程中所需要的風量是經常隨工藝及操縱的需要不同程度調節的，而傳統的調節方案是通過放風閥來調節的，用來帶動風機的電動機本身轉速是不可調節的，因此大量的風量通過放風法放掉，也就是說，造成電能的大量的浪費，根據鼓風機風量和轉速成正比關系。
    Q1/Q2=N1/N2 　　式中：Q1、Q2為轉速快和慢的風量 米/分
    鼓風機的風壓和轉速的平方成正比。
    H1/H2=（N1/N2）
    式中：H1、H2為轉速快和慢的風壓
    ,屋頂風機;鼓風機所需的功率與轉速的立方成正比。
    N1/N2=（N1/N2）
    式中：N1、N2為轉速快和慢所需功率KW。

             從上述關系可知，假如我們使用改變轉速來實現改變風量的方法，就不至于把大量的風量白白放掉，從而節約了大量的電能，為此結合我國的實際情況，經多方論證，于2001年4月份起，著重致力于變頻器調速在水泥行業的推廣應用工作。在短短的兩年中，推廣應用達1500KW之多。從結果上看，均取得了明顯的節電效果，不僅節電25～58%左右，同時還增加設備的使用壽命，進步電動機功率因數，改善了工人的操縱條件，降低了環境噪音等，深得各方面的好評。

         二、調速方案的選擇

             改變鼓風機轉速的方法目前使用調速型液力偶合器和電動機變頻調速器等，現階段在羅次鼓風機中應用較多的是使用調速型液力偶合器，而過往變頻調速技術的應用，由于受技術條件的限制而極少有在這方面的報道，近年來隨著改革開放深進發展，隨著世界科學技術的進步，大功率的晶體管、電子技術的迅速的發展，大規模集成電路和微機技術的突飛猛進，變頻調速已成為現實。變頻調速在變頻范圍、動態響應、工作效率、調整精度、功率因數、輸出特性保護功能及可靠性方面，都達到了較為完美的程度。因此得到了廣泛的應用。

             變頻調速的原理是根據異步電動機的轉速：　　N=60F（1-S）/P
    式中F為電源頻率，P為極對數，S為電機的轉差率。
    從上式可知改變供電頻率，即可改變電機的轉速。

             無論是在電機與羅次鼓風機之間裝設調速型液力偶合器或直接對電動機進行變頻調速控制，都滿足控制進窯風量的要求。根據每個廠的具體情況，應選用何設備，對此，我們根據大量的實際調查，作出如下分析：

             1、 一般立窯鼓風機選型余量比較大，電機約有10～30KW左右的余量。這就是說，一般用風量只有銘牌風量的70～90%，放風率高達10～30%，若對風機進行調速控制，則風機轉速需調至額定轉速的70～90%，即可滿足立窯最大用風量的要求。假如選用與風機額定轉速相一致的調速型液力偶合器，因其傳動效率與轉速成正比，將使偶合器在額定轉速的70～90%以下運行，系統的傳動效率較低，意味著電能的浪費；若改變電機的極對數，其系統的效率固然進步，但更換電機的設備投資則需增加更多，固然這兩個方案都與目標存在一定的差距，但若使用變頻調速器，因其直接改變電機的轉速不存在滑差損失，效率高，在高、低轉速時系統的效率不變，這就較為適合工廠的具體情況。

             2、 一般工廠電機的輸出功率占電機額定功率的50%左右，故假如使用調速型液力偶合器，若不便換電機，則存在電機功率因數過低的缺陷，增加功率因數補償設施也需另外投資，若選用變頻調速器，因其能進步電機的功率因數接近于1，這就能較好地解決這個題目。

             3、 調速型液力偶合器是安裝在風機與電機之間的，選用調速型液力偶合器必須重新出力原來的基礎，其說需的施工工期較長，一般都要一個月左右，這對于不具有備用機組的立窯來說是較難安排這么長的停機時間的，而安裝變頻調速，則主要是線路的轉換，可以不停機先做好預備工作，轉接時只需一個班次即可，這樣可基本不影響生產，較為有利。

             4、 在設備投資方面，液力偶合器固然比變頻器價格低，但若更換電機，則不相上下，假如變頻器不用供水供油，系統簡單，運行用度低，則其投資用度較高的部分也可以得到補償。

             從上述的比較可知，結合工廠的實際情況，最理想的還是選用的變頻調速器。

         三、應用情況

             變頻器自2001年4月份起我公司在國內一些地區推廣應用，并在立窯羅茨風機的電機上正式投進運行后，已有近兩年時間，設備使用正常，取得了令人滿足的效果。我公司在其中兩個廠安裝的3臺變頻器與變頻器安裝前的同期的運行數據作一比較。

             注：電度數據為該風機單獨安裝電度表計量所得。

             從以上兩表實測數據可知，節電效果時十分明顯，每噸熟料均勻節電25～60%，假如以綜合電價0.5元計算，每臺變頻器價格均勻以20萬計，大概一年半即可收回投資。

             用變頻調速器調節鼓風機風量，在使用上也達到了十分理想的效果。

             1、 由于省往了放風閥，進窯風量的變化由變頻調速來實現，使進窯空氣進壓及氣流速度穩定。操縱更加簡單，只要轉動旋鈕就可調節頻率變速，頻率用數字顯示，由于頻率與轉速成正比關系，所以能精確地定量用風，避免了使用放風閥時引起風壓及風量巨變的弊端，從而穩定了立窯煅燒的熱工制度，為進步熟料產量質量打下基礎，也減輕了工人的勞動強度。

             2、 有的工廠原來放風是使用循環放風的形式，這樣雖能降低風機的噪聲，但同時由于大量的過剩風量在風機的管道內循環，因而在放風量達時經常引起風機發熱，這就極大地影響了風機的安全運轉，用變頻調速器控制風量，沒有過剩風量循環，為風機的安全運轉提供了有利的條件，由于風機經常處于減速運行，因而風機運行噪聲也得到了大幅度的降低，并進步了風機的使用壽命，得到了工人的歡迎和贊賞。

             3、 風機采用變頻調速可方便地從低速啟動，啟動平穩，啟動電流小，對進步質量起到良好的作用。

             可見變頻調速在水泥廠的立窯風機上的運用是成功的，達到了預期的效果，其經濟效益是明顯的，再加上良好的控制性能和改善工況后的效益，確實是企業技術改造的理想設備，得到領導及工人師傅的充分肯定，具有很高的推廣應用價值。

         四、幾點總結

             1、 工廠選型時除必須作好充分的實際調查之外，必須認真做好細致的可行性認證，節能效果的大小，除了設備本身的節電潛力外，更主要的是與實際工況有直接的關系，如風機選型余度過大，放風量大，時間長，則節電效果明顯，反之節電效果就相對較低。

             2、 由于變頻器一次性投資較高，考 到設備配套本身已有一定的安全系數，所以選用變頻器容量也可按實際的運行工況出發，運行電流不超過變頻器的額定電流，只要能滿足啟動要求就可以了。這樣可以選用容量較小的變頻器，以減少一次性投資。

             3、 變頻器的使用要盡量保證其使用環境的要求，一般水泥廠環境比較惡劣，所以在使用過程中要密切留意變頻器的冷卻系統是否正常，否則要及時處理；同時，定期進行吹塵保養，萬一出了故障，要弄清故障顯示的內容，有時可能是某種保護功能動作，不一定是變頻器的題目，要有的方失往排除切不可隨意亂動必要時可與銷售商取得聯系確保變頻器更好的為人們服務。 

    徐州某電廠135MW機組（廠內編號#4、5機組）采用的是WGF440/13.7-1型超溫超高壓、一次中間再熱、自然循環、平衡透風、循環流化床（CFB）鍋爐，每臺機組配置兩臺一次風機'>風機，其風機'>風機與拖動電機采用連軸器聯結，即未有任何節能'>節能措施，因而對一次風量的調節只能采進口葉片調節的方式實現。風機風門的開度常年工作在25%~42%之間，這導致風機運行效率較低，因此進步風機的運行效率，對節能'>節能降耗有著重要的作用。
    一、變頻技術與其它調速節能技術的比較
    根據交流異步電動機的轉速公式 ：

    試中：f??電源頻率（Hz）；p??電機的極對數；s??轉差率
    由此可見，交流異步電動機的基本調速方法有三種：改變電機的極對數p、轉差率s及電源頻率f。為滿足現場運行參數（流量、壓力、轉速等）的需要，除了傳統的齒輪調速及液耦調速裝置外，并針對不同的調速原理，從電機學的角度，目前市場上也推出了不同的調速裝置：1）變極電機；2）高壓斬波內潰調速裝置；3）高壓變頻調速裝置；4）電磁調速裝置。所有這些調速方法，在產業上均得到了不同程度的應用。但由于節能降耗的客觀要求，其中對節能降耗有重大意義的高壓變頻和斬波內潰裝置近年來獲得了長足的發展，其技術不斷完善，節能效果也相當明顯。拒統計，假如以調速傳動代替原有的恒速傳動，通過改變轉速來調節流量和壓力，取代傳統的用風擋板和閥門調節的方法，均勻可節約電力30%左右，估計全國全年可節電數百億度。根據目前市場上的應用普極程度及發展潛力，本文僅對高壓變頻及高壓斬波內潰兩種調速原理進行分析比較。
    1、高壓變頻調速節能原理
    高壓變頻器'>變頻器是在低壓變頻器'>變頻器已成功應用的基礎上發展起來的，從功率控制角度來講，高壓變頻調速是典型的控制定子電磁功率從而間接控制轉子電磁功率的調速的調速，進而實現了異步機機械功率控制，達到調節轉速的目的。其功率控制原理如圖1所示。

    圖1 變頻調速的功率控制原理

    一言以概之，高壓變頻器的節能原理就是：改變風機的轉速來實現對風機的風量調節。根據風機相似理論：

    
    式中：Q?風機流量； H?風機全壓；n?轉速；P? 軸功率。
    風量Q與電機轉速n成正比，Q∝n；風壓H與電機轉速n的平方成正比，H∝n2；軸功率P與電機轉速n的立方成正比，P∝n3。 可見電機轉速對其軸功率的影響是相當大的。
    傳統上對風機風量的調節，是通過改變管網特性即改變風門開度來實現，風機保持恒轉速運轉，通過調速風機檔板的開度，管網的特性參數將發生變化，輸出流量發生變化，這樣就達到了在定速運行時調節風機輸出流量的目標。由于在工程建設過程中，風機及其電機的選型要考慮到最大出力并留有一定的裕度，因而運行中風機的實際出力比起設計值來說偏小很多，調節風門的開度一般都小于40%，從而在檔板上消耗了大量的無效軸功率，極大地降低了風機的轉換效率，浪費了大量的能源。
   ,地溝送風; 高壓變頻器則是通過改變風機的轉速來實現對風機的風量調節從而達到節能的目標，這種方法不必對風機及其電機本身進行改造，轉速由外部調節，風機檔板可處于全開位置保持不變，并能實現無級線性調節風量，完全消除風機擋板造成的節流損失。
    2、高壓斬波內潰調速的節能原理
    所謂內饋調速是一種將調速電機的部分轉子功率（即電轉差功率）移出來，以電能的形式反饋給電機內部的調節繞組的特殊調速方式，是轉子電磁功率控制的調速。其功率控制原理如圖2所示。

    圖2 內饋調速的功率控制原理

    根據電機調速的P理論，內饋調速的實質在于將轉子的部分電磁功率移出，使余下的轉子功率轉化為機械功率，因此移出的功率越多，轉化的機械功率越少，電機轉速則越低。因此，改變移出功率的多少，即可控制機械功率大小，電機轉速便得以調節。當反饋繞組功率為零時，機械功率幾乎和轉子功率相等，電機轉速最高。
    斬波實際是變流主電路的數字控制，從而使內饋調速擺脫了移相控制的束縛，形成斬波+內饋的優化組合。
    高壓變頻調速與斬波內饋調速最大的不同在于高壓變頻是立足于電機定子的功率控制，而斬波內饋調速則是立足于轉子的功率控制。因此，高壓變頻最大的上風是適用于鼠籠型與繞線型異步機，而斬波內饋則僅適用于繞線型異步機。
    二、設備主要技術規范

    三、SH-HVF-Y6K/1250高壓變頻裝置介紹
    SH-HVF-Y6K/1250高壓變頻器由湖北三環發展股份有限公司研制生產，該產品是采用直接高高變換方式，多電平串聯倍壓技術方案，優化的PWM控制算法，從而實現優質的可變頻變壓（VVVF）的正弦電壓和正弦電流的輸出的電壓型變頻器。通過對該型產品在該公司的兩臺一次風機上的節能效果測試，節能效果明顯，是理想的節能裝置。
    與同類產品相比，該產品除了滿足當前高壓變頻器行業標準外，還具有以下技術特點：
    1、機械旁路設計（國內唯一）
    為了保證變頻器和現場設備的正常運行，SH-HVF系列高壓變頻器為用戶提供了功率單元機械旁路功能，當單元故障時，可在線實時自動將輸出清除并同時觸發旁路單元將其旁路，不需重新啟動，不影響整個系統的正常工作，整個系統由原來的串聯可靠性結構變成為并聯可靠性結構。見圖3

    圖3 功率單元機械旁路示意圖

    傳統的功率單元電子式旁路設計采用晶體管方式，其設計與功率單元采用一體化設計，其電子旁路能否動作取決于功率單元的故障狀態；而該產品功率單元機械式旁路采用機械式接觸器方式，并且專門為其設計了一套功率單元旁路控制系統，一旦功率單元故障，不管故障多么嚴重，旁路系統均能正確安全的旁路。
    變頻裝置功率單元采用冗余設計，每相1單元故障旁路后仍能不停機連續額定運行，每相2單元故障旁路后輸出額定功率的76％。當故障單元數大于6后跳機處理，通過自動工頻旁路柜切換至外部工頻運行。當故障排除后，具備由工頻運行方式切換到變頻運行方式的功能。
    2、冗余單元設計
    根據現場需要，用戶可采用一單元冗余配置方案，從而可以滿足運行中最多三單元故障時，變頻器仍可以50Hz,6KV輸出，保證輔機出力不降低。
    3、無諧波設計
    采用多電平技術，通過多重疊加來降低諧波幅度和進步諧波次數，使諧波遠小于國家要求。純凈的無諧波輸進對電網不存在任何干擾； 保護各類電子設備免受諧波干擾；讓用戶無需考慮昂貴的諧波濾波器及由電網參數變化帶來的相關的諧振題目。SH-HVF無諧波系列變頻器能滿足IEEE519-1992和GB/T14549-93對電壓失真最嚴格的要求，完全符合供電部分最嚴格的要求。
    4、線電壓均衡技術
    變頻器某相有單元故障后，為了使電壓平衡，傳統的方法是使另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的條件下保證最大的線電壓均衡輸出。因而常規方式該情況只能輸出60%的電壓，采用此技術后可以輸出80%。
    四、項目實際節能測試
    因CFB鍋爐一次風機風量隨發電量的變化幅度不是很大，故將一次風機進行工/變頻分別運行72小時，錄取電度表讀數，可以直觀地看出變頻器的節能效果。
    電表倍率：2400

    五、高壓變頻器的應用意義
    1、直接收益：節能降耗，兩臺高壓變頻器年節電約370萬kwh，投資回收期小于1.5年。
    2、間接效益：
    （1）變頻改造后，實現電機軟啟動，啟動電流小于額定電流值，啟動更平滑。
    （2）電機以及負載轉速下降，系統效率得到進步，取得節能效果。大大減少了對設備的維護量，節約了人力物力資源。
    （3）由于電機以及負載采用轉速調節后，工作特性改變，設備工況得到改善，延長設備使用壽命。
    （4）功率因數由原來的0.918左右進步到0.95以上，不僅省往了功率因數補償裝置，而且減少了線路損耗。
    （5）廠房通風設備噪聲污染將降低。
    （6）能進步整個系統的自動化水平和工藝水平。
    （7）節能減排，減少了溫室氣體的排放，保護了環境。
    （8）負載改變頻后，由于變頻器采用單元串聯移相技術，因此在理論上可以消除35次以下諧波。由于實際制造工藝的限制，網側電壓諧波總含量可以控制在2％以內，電流諧波總含量小于2％。延長了電機的使用壽命。
    （9）變頻輸出采用PWM技術控制，輸出電壓波形基本接近正弦波，諧波總含量小于1％，上述指標均滿足IEEE-519國際電能質量諧波標準要求，延長了電機的使用壽命。
    七、結束語
    隨著電力行業改革的不斷深化，廠網分開、競價上網等政策的不斷實施，降低廠用電率，降低發電本錢進步電價的競爭力，成為各火力發電廠追求的目標，也為交流變頻調速技術的推廣應用提供了廣闊的空間，湖北三環發展股份有限公司研發生產的SH-HVF系列高壓變頻器運行穩定，其獨特的機械旁路、單元冗余設計及線電壓均衡技術更符合國內生產企業的要求，相信在當前高壓變頻器百家爭雄的時代，會有所建樹。

    風機盤管機組系統，就是將風機和盤管組成的機組直接置于空調房間內，風機吸進空氣，過濾后再經盤管加熱或冷卻，就地進入空調房間，以達到空調的目的。房間所需的新鮮空氣通常是將室外空氣經新風處理機組集中處理后由管道送入。風機盤管所用冷媒集中供應，屬半集中式空調系統。在此系統中，冷量(或熱量)分別由空氣和水帶入空調房間，屬空氣－水系統。

    風機盤管機組因其布置靈活、各房間可以獨立調節而廣泛用于賓館、公寓、醫院和辦公樓等高層多室小空間的建筑物。這種空調方式也較適用于舊建筑，因為它所占空間小，不需大拆大改，易于安裝施工。

    2 系統簡介

    風機盤管機組的風機一般為前傾鍍鋅葉片式、低噪聲、大風量的離心風機或貫流風機。配有低噪聲電機，通過調節電機的輸入電壓以改變風機轉速，使之能變換成高、中、低3檔風量。盤管為高效翅片式換熱管，采用波紋、鋁質翅片和優質紫銅管，經液壓或機械脹管，確保翅片與銅管緊密接觸，提高換熱效率。盤管的承壓強度好，有981kPa和1 715kPa兩種。風機盤管一般容量范圍為風量0.007～0.236m3/s(250～850m3/h)；冷量2.3～7kW(2 000～6 000kcal/h)；風機電機功率一般在30～100W范圍內；水量約為0.14～0.22L/s(500～800L/h)；盤管水壓損失10～35kPa(1～3.5mmH2O)。

    室內冷負荷主要由機組內盤管承擔，所以盤管容量較大（排數為3～4排），同時通常考慮濕工況運行，所以必須敷設排凝水的管路。

    機組一般分為立式和臥式兩種，可按室內安裝位置選定。同時根據室內裝修需要可做成明裝或暗裝。近年來由于風機盤管系統的廣泛采用，進一步開發了多種形式，如立柱式、頂棚式等，分別專用于酒店客房、辦公室和商業建筑中。

    3　風機盤管機組的控制（二管制系統）

    3.1　定流量水系統 常用于二管制系統，其控制方式有2種。一種為盤管中的水是常通的，水量依靠閥門一次性調整，室內溫度的高低由手動選擇風機的3檔轉速加以調節；另一種為盤管中的水是常通的，水量依靠閥門一次性調整，室內溫度控制器控制風機啟停，手動3檔開關調節風機的轉速。

    3.2　變流量水系統 其控制形式為：手動3檔開關選擇風機的轉速；手動季節轉換開關，風機和水路閥門聯鎖；由室內溫度控制電動二通閥的啟閉。當二通閥斷電后，能自動切斷水路。近年來由于功能要求和制造廠商產品不同,通風降溫方案，出現了許多其他控制方法。

    4　產生吊頂滲水的原因及解決辦法

    風機盤管系統比較常見的問題就是吊頂滲水，既影響美觀，又引起用戶的不滿，造成不必要的損失。

    4.1　保溫材料的選擇及施工 風機盤管系統是由冷水主機供給冷凍水，水溫通常只有8℃左右，所以其冷凍水的供、回水管，冷凝管和凝水盤的溫度都比較低，在夏季容易出現結露，必須進行保溫，而且對保溫的要求也比較高。但由于保溫材料和施工的原因，未能將保溫材料緊貼在管壁或管件上，以致保溫材料與管壁之間存在一定的孔隙，當空氣進入孔隙中碰到低溫管壁時，便產生凝結水，凝結水越積越多，就會滲出，弄濕吊頂。例：因采用玻璃棉管殼保溫，在閥門等不規則管件上不易將之緊貼，管件表面產生凝結水并吸入管殼內，整個玻璃棉管殼吸足水后冷凝水滴出，弄濕吊頂。還有的工程是凝水盤未做保溫，從而在凝水盤下形成二次凝水，浸濕吊頂。

    隨著建筑物檔次的提高，許多建筑物的空調水系統采用橡塑保溫材料。此種材料在材料結構、導熱系數、表面放熱系數、抗水汽滲透系數上具有很大的優越性，尤其是其在施工性能上大大優于玻璃棉，特別適合于不規則形狀管道管件和閥門的保溫，大大降低了因施工原因造成的凝結水滴落現象。