廠房車間頂部排煙通風設備_如何提高冷卻塔風機的節能降耗效率機

    前 言
　　由于世界能源緊缺，煤、電、油等能源價格不斷攀升，能耗高已嚴重制約企業的生存和可持續發展。近幾年變頻調速的優越性和節能效果已在低壓變頻器的運用中得到充分體現，同時高壓變頻技術的日趨成熟，并逐步在冶金、化工、電力、建材等眾多行業中得到了推廣和應用。我公司作為貴州省清潔生產的試點企業，節能降耗勢在必行。公司各部門根據各自在操作、運行維護、設備可靠性、控制、節能和管理等方面對公司工藝控制復雜、設備維護量大、故障率高;電氣控制復雜、耗電量較高、有較高的節能空間的設備進行了調研和可行性分析，確定將2號窯尾高溫風機（1250kW/6kV）高壓電機作為第一批變頻節能改造設備。
    一、高溫風機變頻改造的可行性分析
　　1、高溫風機的運行現狀：
　　公司2號窯高溫風機電機為1250kW/6kV高壓電機。該設備原設計采用襄樊大力工業控制有限責任公司生產的液體電阻起動調速器進行調速（即水電阻調速），在應用水電阻調速控制的過程中，存在以下幾個方面的問題：
　　1） 轉子部分仍帶有集電環、碳刷等配件，在運行過程中需對這些配件進行更換或處理，運行維護量大。
　　2） 轉子部分未能完全切除，在轉子部分有約160V左右的電壓和380A左右的電流，導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的電機進行電解液和自來水的循環。
　　5） 在夏季或廠區供水壓力低的情況下，常因高溫風機調速柜內水電阻水溫過高（高于60℃時）而切除水電阻，電機全速運行，從而導致風機轉速失控，影響生產。
　　2、節能計算：
　　根據電機轉速與頻率和極數的關系，即n=60f（1-s）/p,
　　式中
　　n表示電機轉速
　　f表示輸入頻率
　　s表示電機轉差率
　　p表示電機磁極對數
　　可知，要改變電機的轉速，可以通過改變電機極數和轉差率，以及頻率來實現。變頻調速就是采用變頻調速器直接通過改變頻率來改變電動機的轉速的。
　　由流體力學知道，風機的流體流量（Q）與轉速（n）的一次方成正比，風機的壓力（H）與轉速（n）的二次方成正比，風機的功率（P）正比于風機的流量（Q）與壓力（H）的乘積，即風機的功率（P）與轉速（n）的三次方成正比。與轉速三次方成正比。即
　　流量Q∝轉速n
　　壓力H∝轉速n2
　　功率P∝流量Q*壓力H∝轉速n3
　　高溫風機電機參數：
　　功率PN：1250kW,
　　額定電壓：6kV,
　　額定電流：139.5A,
　　額定轉速：1487r/min,
　　功率因數：0.896;
　　高溫風機運行參數：
　　運行電流：110A,
　　風門開度：90%,
　　電機轉速：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：
　　假設改造后仍需1300r/min的轉速，電機在額定轉速下的功率消耗為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電量
　　△P=（P1-P2）=1024-827=197kW
　　變頻改造后的節電率：
　　N=（197/1024）×100%=19.2%，
　　年節約電費（按80%的運轉率、單位電價為0.42元/kWh）計算：
　　年運行時間為365*24*80%=7008小時
　　年節約電量為197*7008=1380576KWh=138萬度
　　年節約電費為：1380576*0.42=552230=57.98萬元
　　3、改造后預計效果：
　　根據以上節能計算，很明顯，當采用變頻調速控制后，據保守估算，節電率約為15%，除以上明顯的節能外，使用變頻調速還具有如下優點：
　　1） 優良的調速性能，完全可以滿足于生產工藝要求。
　　2） 甩開了轉子部分的集電環、碳刷等配件，大大降低了運行中的維護量且運行可靠。
　　3） 沒有了自來水的冷卻這個環節，節約了水資源。以目前水電阻的水消耗來看，一天大約可節約30T左右用水。按80%的運轉率（365*80%=292天），0.8元的單位水價計算，一年可節約水費：30*292*0.8=7008元。
　　4） 采用變頻調速控制后，減少了以前用于外部循環的5.5kW和1.5kW（共7kW）的電機消耗。按70%的負載率（5kW），仍按80%的運轉率（7000h）、0.40元的單位電價計算，一年可節約電費：5*7000*0.42=14700元。
　　5）實現了空載軟啟動，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，延長風機葉輪的使用壽命，降低了維護費用。
　　7） 系統安全、可靠，控制方便、靈活，自動化水平高。
　　因此，對2號窯尾高溫風機進行高壓變頻節能改造是可行的。
　　二、高溫風機高壓 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和生產的HIVERT-06/154 P變頻器，用于公司2號窯高溫風機的改造。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PWM疊波輸出，每相5單元。功率單元和控制系統之間采用光纖通訊，實現強弱電的完全電氣隔離，提高了整個系統的抗干擾能力。
　　變頻器及其工頻旁路開關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品，所有重要零部件均經過嚴格篩選和100%測試，整機進行空載高壓負載試驗�？紤]到變頻器因故障退出運行后不影響生產，確保系統正常工作，系統旁路選用手動旁路柜，當變頻器發生重大故障無法運行時，變頻器將立刻分斷高壓輸入，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運行。
　　2007年9月18日設備到貨，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鎖、變頻器控制柜、空電機、輕載和重載等進行了調試。
　　高壓變頻器調試正常后，合康公司技術人員還在現場對高壓變頻器的操作、日常維護以及易出現的故障等作了詳細的講解。
　　三、高溫風機高壓變頻器的運行情況
　　2號窯尾高溫風機變頻器于10月5日正式投入運行。投運后運行狀況穩定良好、故障率極低、運行電流和風機振動值均有下降，完全可以滿足于生產工藝控制的要求，具體數據詳見下表：

　　四、高溫風機高壓變頻器的節能情況
　　高溫風機進行變頻節能改造后，不但在運行方面取得良好的效果，作為節能項目，在節能方面，其節能效果非常顯著，根據改造后一個月（10月份）的用電量與改造前一個月（1月份）的用電量進行比較，可以看到進行變頻節能改造后，高溫風機明顯的節能效果，具體數據詳見下表：
　　高溫風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，其單月產量差不多（10月份比1月份多產熟量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（高溫風機）平均單耗比10月份多10.97 kWH/T。
　　按以上數據進行計算，則：
　　高溫風機日節約電費=0.42元/ kWH*9836KWH=4131.32元
　　高溫風機月節約電費=4131.32元*30 =123933元
　　高溫風機年節約電費=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
　　目前，水泥行業的競爭非常激烈，但關鍵還是制造成本的競爭。電動機電耗占成本近30%，拖動風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。對高溫風機進行高壓變頻節能改造不管從操作、運行維護，還是節能方面都取得了很好的效果，是成功的。國內高壓變頻調速器節能技術目前已經比較成熟，是水泥廠節能改造的理想設備，具有很高的推廣價值。

　　濟鋼始建于1958年，是國內十大鋼廠之一，是全國最大的中厚板生產出口龍頭企業，產品出口比例、中厚板的產量、成本、市場占有率、出口量等多項指標位居全國前列。濟鋼燒結廠擁有4臺燒結機，年產燒結礦580萬噸。所有原料、成品都經由皮帶運輸機傳送，在運送過程中會產生大量粉塵，這些粉塵會造成環境污染，根據國家法規，需要除塵處理。

　　濟鋼燒結廠的配料電除塵器負責對熔劑破碎系統和配料室的熔劑區的揚塵點進行除塵。由于熔劑破碎系統屬于間歇工作制，配料除塵系統每天大約有70%的時間粉塵濃度高，需要的除塵風量大，另有30%的時間粉塵相對較少，不需要很大的風量。但是現有的系統采取調節風機入口的風門來進行調節風量，風機電機始終滿載運行，這樣就造成了不必要的能源浪費。

　　隨著市場經濟的不斷加劇，節能降耗成為企業提高產品市場占有率、競爭力的有效手段之一。而高壓大功率變頻調速技術的日益成熟，使得該項技術廣泛應用于冶金、石油、化工、電力、水泥、給排水、制藥、造紙、污水處理等各個行業。濟鋼燒

　　結廠正是在這種形勢下，對配料除塵系統進行高壓變頻技術研究改造，經多方考察比較，最終選用山東新風光電子科技發展有限公司生產的高壓變頻調速系統，對配料除塵風機進行調速節能改造。

　　2．設備概況

　　濟鋼燒結廠配料除塵風機電機為沈陽電機股份有限公司生產的200KW高壓異步電機，機組的主要參數如下：

    除塵風機參數

    ,車間房頂通風設備;型號Y4-73

    風量145000m3/h

    風壓4000Pa

    電機參數

    電機型號YKK3554-6

    額定功率200KW

    額定電壓6000V

    額定電流24A

    額定轉速985rpm

    3．高壓變頻調速系統

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

    3.1風光牌JD-BP37-240F高壓變頻器主要性能指標

    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≥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工藝設定

    減速時間可由用戶生產工藝設定

    變頻器效率≥96%

    過載能力100%連續160%連續1min220%允許1.5S

    防護等級IP20

    3.2JD-BP37-240F高壓變頻調速器主要技術性能

    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輸入功率因數高，電流諧波小，無須功率因數補償、諧波抑制裝置。

    3.2.3單元電路模塊化設計，維護簡單，互換性好。

    3.2.4輸出階梯正弦PWM波形。

　　1 前言
 
　　離心風機是電廠的主要輔助設備之一，其耗電量約占
電廠發電量的1.5%～3.0%，由于鍋爐排放的煙氣或制粉系統氣流中含有一定數量的塵粒，因而普遍存在引風機、排粉機磨損問題。其他還有很多場合，使風
機運行在含有固體顆粒的環境中。固體顆粒隨著氣流進入葉輪,六葉模壓風機，會引起磨損、沉積等問題，進而影響機械性能，縮短壽命，甚至引發重大事故。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。
 
　　據有關部門統計，1990～1992年，我國
100MW及以上機組中，因電站風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(統計臺數101臺)鍋爐送風機和引風機分別排列第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(統計
臺數25臺)的鍋爐引風機排列第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(統計臺數2臺)鍋
爐引風機排列第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年統計的數據與此類似。由這些統計數
據可見，我國大容量電站風機故障所造成的電量損失是很大的。通過對這些風機故障的分析研究表明，其中50%以上都是由于風機的磨損而造成的。

2 離心風機葉輪磨損機理與磨損形式
 
2.1 磨損機理
 
　　磨損現象包含著許多復雜因素，它往往是多重機理綜
合作用的結果。塵粒進入葉輪后與壁面相互作用，在離心流道的進口區域和整個軸向流道內，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，然后又反彈進入流道內，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域內，塵粒在流道內運動了較長的一段距離，大部分和壁面發
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或界面間分散的固體顆粒的研磨作用所導致的磨損。它對葉輪磨損的程度影響最大。在風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 對葉片表面進行處理
 
　　對葉片表面可以進行滲碳、等離子堆焊、噴涂硬質合金、粘貼陶瓷片處理。
 
　　這些方法的共同優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，而且反復焊接會導致葉面產生裂縫，易產生事故；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。