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河北負壓風機價格變頻調速在煤礦主要通風機中的應用干熄焦除塵風

 1 引言
  變頻調速技術及工程的應用能夠使電力傳動工程的控制性能和節(jié)能水平有較大幅 度提高。我國現(xiàn)有各類電動機總裝機容量達35億kWh,電耗占總用電量的50%左右? 慮到生產機械在各種工況下的工作運行,因而配用的拖動電動機功率一般定位在最大工作能 力 情況下。而大量的生產場合由于功率需求始終處在變動狀態(tài)中,因此在定速拖動方式下, 無法進 行拖動功率與實際功率需求的匹配平衡。在低功率需求的情況下,就導致大量的電動機處 于 輕載運行,電能利用率低,浪費電能現(xiàn)象嚴重。在電傳工程中,加入變頻器環(huán)節(jié),可較大幅 度地降低生產性電耗,還可大大優(yōu)化生產機械的控制性能。煤炭行業(yè)中的礦井通風,配備了 大量的功率較大的主要通風機,其平均效率僅達60%,運行效率不到55%,比國外水平低15個百分點。在礦井主要通風機的拖動工程上實施變頻調速技術改造,可產生良好的經(jīng)濟效益。
  2 基本情況介紹
  山西三元煤業(yè)有限公司是新建礦,現(xiàn)在年生產能力已達100萬t,生產用電量很大,主要用 電設備為礦井主要通風機及提升設備。礦井通風設備是根據(jù)生產發(fā)展規(guī)劃配備的,電機及主 要通風機 容量選用的比較大,由于建礦時間短,實際生產能力沒有達到中遠期設計水平,因此通風設備存在較大裕量。
  三元煤業(yè)公司礦井只有一個采區(qū),礦井通風方式為抽出式,設有一個通風機房,裝備兩臺 軸流式 通風機,風機啟動方式為串電抗器降壓啟動,兩臺同型號的主要通風機互為備用。主要通風 機選 用的是沈陽風機廠生產的2K58系列礦井軸流通風機,型號為2K58-No28型,額定電壓600 0V,轉速590r/ min。配備電機均為沈陽電機廠生產的高壓電機,型號為JS-157-10,額 定電壓6000V,額定電流33A,額定功率260kW,轉速 590r/ min。
  1998年由山西省煤礦節(jié)能監(jiān)測中心對兩臺2K58-No28通風機的性能進行了技術測定。通風 機效率為86.3%;通風機運行工況點為:風量104m3/s,全壓為1996Pa,風機效率為27.5 %, 風機軸功率90kW。針對礦井實際的風量需求,采用調節(jié)前導器角度和調節(jié)垂直風門開啟度實 現(xiàn)風量調整。經(jīng)計算,通風機房兩臺2K58-No28通風機采用輪換工作制,與近最佳工況運行 情況相比,每年多消耗電能45.32萬kWh,電能浪費十分嚴重。
  初期(近10年內),整個風機和電拖動工程處于低效率運行狀態(tài),存在“大馬拉小車”的問題,在礦井生產后期,260kW的電動機仍能 滿 足后期通風的需求。同時電機起動電流過大,盡管加入起動電抗器,起動電流仍然很大。 在正常生產過程中以及采煤斷面的加深和延長,對風量和風壓有著不同的要求,而對風量的 不同需求,一般是通過人工改變風門的開啟度或者改變風機的扇葉角度來實現(xiàn)的,勞動強度 大,風量調控不便,設備維修工作量大。
  為解決上述問題,我們根據(jù)我 礦的實際生產及發(fā)展要求,選用北京天寵電力技術有限公司生產的高壓變頻調速器MDS2000- 260/6G一臺,對主要通風機進行變頻調速技術改造。
  3 風機調速運行節(jié)能原理
  通常調節(jié)風量的方法有改變風門開度和改變風機轉速兩種方法。
風機的壓力―風量特性曲線如圖1(略)。
根據(jù)風機軸功率諸公式:
P=KQp/ηcηb〖JY〗(1)
式中:
 P――軸功率(kW); 〖WB〗K――系數(shù);
 Q――風量(m3/s); ηb――風機效率;
  p――壓力(Pa);  ηc――傳動裝置效率(直接傳動時為1)
風機G2,G5工作點的軸功率為:
  PG2=KQ2P2/ηcηb(kW)
  PG5=KQ2P5/ηcηb(kW)
  △P=KQ2(P2-P5)/ηcηb(kW)
  △Pn即為風機調速控制所節(jié)省的功率,或者說風門調節(jié)時要多消耗在風門上的功率 。
根據(jù)風機風量、壓力、轉速、轉矩之間的關系:
  〗Q∝n
  p∝T∝n2 (2)
  P∝Tn∝n3
式中: Q――風量;
p――壓力;
T――轉矩;
P――軸功率〖ZK)〗
  可以看出,風量與轉速的1次方成正比,壓力與轉速的2次方成正比,軸功率與轉速的3次方 成正比。調節(jié)轉速即可調節(jié)輸入風機的功率。
交流電機轉速與頻率的關系為:
N=60f(1-S)/p (3)
式中:
  N――轉速;  f――電機電源頻率;
  p――電機極對數(shù);   S――轉差率
  從(1)、(2)、(3)式可以看出,均勻調節(jié)電機定子繞組的電源頻率f,就可以均勻地改 變電機轉速,改變轉速即可調節(jié)風量的大小。因此調節(jié)電機轉速,就可相應地調節(jié)輸入風機 的功率。這樣,避免風門調節(jié)風量時消耗在風門上的功率,這正是采用變頻調速達到節(jié)能的 原理。
  4 高壓變頻調速器MDS2000工作原理
  MDS2000高壓變頻器采用直接高-高變換的方式,多電平串聯(lián)倍壓技術方案。整個設備是由切 分裝置、變換裝置和控制裝置三部分組成。
  切分裝置是一個特殊設計的三相隔離變壓器。該變壓器一次輸入有三個分接頭,分別對應的 一次輸入電壓為6000V、6300V、5700V,即對電網(wǎng)的輸入可調整為電網(wǎng)輸入的100%、105%、9 5%,目的在于適應電網(wǎng)寬范圍的電壓輸入。本裝置的變壓器輸入電壓符合國家標準,容 量為330kVA。變壓器的二次有三組輸出,對應三相輸出,每組包括8個獨立的切分單元繞組 ,繞組之間相差一定的電角度,每個繞組輸出同樣大小的三相交流電。
  本裝置的變換裝置是由24個結構相同的功率模塊組成,主電路結構采用電平串聯(lián)倍壓方式, 8個功率模塊串聯(lián)成一相,三相輸出采用Y形接法。每個功率單元包含整流、濾波、逆變3 個部分。通過軟件編程,控制逆變部分中的開關元件的開、關規(guī)律,從而控制每個逆變模塊 的輸出電壓幅值大小、方向和寬度(相應的頻率)。
  波形的輸出采用優(yōu)化的PWM變換技術,對相電壓波形進行優(yōu)化變形,提高電壓利用率;加上 輸出多電平的串聯(lián)倍壓,使得輸出波形更加接進正弦波,有效地抑制輸出電壓和電波的諧 波含量。
 。怠「脑旆桨
  具體改造方式為:首先恢復風機扇葉數(shù)量,將扇葉調整到最佳工作角度30°,使風機工作 在最佳狀態(tài);利用變頻器變頻調速功能,根據(jù)生產對風量和風壓的要求,自動調節(jié)風機吸風 量,使風機獲得最大的節(jié)能效果;同時變頻器具有軟起動功能,可根據(jù)實際情況,設定相應 的起動時間,以減少直接起動所產生的大的沖擊電流,取消了直接起動時所串接的限流電抗 器。
改造后的工程主接線圖如圖2所示:
  圖2(略)
 。丁「脑烨昂蟮囊恍┲饕獢(shù)據(jù)對比及效益
三元煤業(yè)公司在2001年8月初安裝使用該設備,運行一段時間后,并經(jīng)過測試,整體情況和 以前工頻運行時有以下幾個方面的比較。
(1)改造前后的一些主要數(shù)據(jù)對比如表1。
(2)整體情況
①主要通風機變改造后,在滿足正常生產對風量(現(xiàn)在為46.33~53.67m3/s)和風壓( 1700P a)需求的前提下,電機實際轉速比額定轉速590r/min下降了17%,電機實際功率為電機額 定功率的56%,節(jié)電率約在44%。
  表1 改造前后主要數(shù)據(jù)對比(略)
  ②變頻改造后,實現(xiàn)了軟起動,取消了起動時的限流電抗器,起動電流大大減小,低于 額定電流,避免的起動電流對電網(wǎng)和電機的沖激。
 、塾捎诟邏鹤冾l器功率因數(shù)高,不需功率補償,因而去掉了原有的并在電機輸入側的電容 器。
 、軠y試結果表明,變頻器輸出諧波含量很小,低于4%。
 、葑冾l改造后,實現(xiàn)了生產對風量的自動控制,提高了設備自動化控制程度和設備的可靠性 。
 、拊O備磨損減輕、維護費用降低,延長了維護周期,工作強度減少。
 、咦冾l設備操作簡單,工況良好,運行可靠。
  ⑧變頻運行后設備噪音降低、改善工作環(huán)境。
 。贰〗Y語
  通過此例應用及其他的風機變頻改造應用實例,可以認為:煤礦主要通風機如能較為普遍地 實施變頻調速改造,經(jīng)濟效益是非常可觀的。
對風機實施變頻技術改造,實際上是在拖動風機的電傳動工程中應用了變頻調速技術。一 方面,變頻調速技術的應用不僅能使電力傳動工程的節(jié)能水平有較大提高,另一方面,也能 使電力傳動工程的控制性能也得到較大的提高。
變頻調速技術如能進一步地在風機 拖動以泵類機械拖動、及整個電力傳動工程中推廣應用,將對推動企業(yè)科技進步起到重要作用。



1前言

  干法熄焦工藝技術是濟南鋼鐵集團總公司(簡稱濟鋼)引進烏克蘭技術,結合濟鋼的實際情況,從節(jié)能環(huán)保的角度,投入巨資興建的,于1998年陸續(xù)投產。濟鋼干熄焦生產工藝能否持續(xù)運行下去,除塵設施是否可靠,環(huán)保效果是否明顯,生產環(huán)境是否得到真正改善,其關鍵在于干熄焦除塵風機必須耐磨損、壽命長。

  2改造起因


  干熄焦原工藝設計的除塵風機為Y4-73No15D風機,由于工作煙氣含塵量較高,為100~500mg/Nm3,硬度較大,對風機葉片產生嚴重磨損,而且含有少量的CO、CO2、H2、H2S、SO2等氣體,對風機有一定腐蝕作用。經(jīng)實測風機入口水分達到飽和狀態(tài),pH值為8.7,因而風機運行初期葉輪磨損、腐蝕相當快,使用壽命不到30天,致使整機振動趨勢發(fā)展較快,7天之內垂直振動和水平振動分別由當初的50、40μm上升到150、100μm,無法正常使用,F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)風機葉輪鋼板已由12mm磨損到0~3mm,參差不齊,軸承損壞、底座松動,工作環(huán)境極其惡劣。由于頻繁出事故,給生產帶來極大影響
  3改造方案


  針對存在的問題,通過技術交流,為降低投資,并充分利用現(xiàn)場條件和現(xiàn)有設施,判定改造方案如下:(1)改造風機與原設計風機的安裝尺寸相同;(2)與風機相匹配的電機仍使用原設計的電機,功率為630kW,轉速為1440r/min;(3)葉輪進行耐磨、耐腐蝕處理,提高壽命;(4)采用進口SKF軸承,使葉輪與軸承壽命相當,滿足現(xiàn)場高負荷、高運轉的要求;(5)采用進口密封,防塵進入,確保軸承良好潤滑條件,改善風機運行狀態(tài);(6)風機基本參數(shù)保持原設計的要求不變。


  4葉輪改造


  (1)葉輪材質:常用材料為15MnV和16MnV,而15MnV比16MnV綜合機械性能好,具有更好的可焊性和耐磨、抗腐蝕性能,為此,選用15MnV代替原設計16MnV。
  (2)原風機葉片為后彎圓弧型,很容易掛灰,使用壽命短,為此,選用后向直板葉片,改變葉片的安裝角度,并在磨損嚴重部位增加補強板,葉片工作面上噴涂WC層,增加耐磨層,提高抗耐磨性能。
  5使用效果


  通過改造,葉輪耐磨、耐腐蝕得到改善,葉輪壽命由原來的30天提高到190天,提高了6倍;采用進口SKF軸承,精度高,質量好,并改用磁力機械密封結構,防止灰塵進入,改善了軸承潤滑狀態(tài),提高了運轉可靠性,可確保葉輪周期內不出現(xiàn)任何事故。實際運行效果表明,改造是成功的,由于除塵風機整機運行平穩(wěn)可靠,在改善干熄焦環(huán)境、減少污染、降低勞動強度方面發(fā)揮了重要作用,為干法熄焦的推廣創(chuàng)造了條件。由此看出采用新技術、新工藝對關鍵部件進行長壽化攻關不失為提高整機壽命、改善運行狀態(tài)的一個很好的、強有力的措施。

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