變頻技術'>變頻技術的產生和發(fā)展解決了鍋爐運行中控制的困難，不僅節(jié)約能源，降低運行本錢，同時使鍋爐對大氣的污染大大減輕，司爐工強度大大改善，也為實現(xiàn)自動化控制提供了良好的幫助。

    1、變頻技術'>變頻技術   

    變頻技術是一種電子技術。變頻器是在變頻技術上產生的，它能夠應用在大部分的電機拖動場合，由于它能提供精確的速度控制，因此可以方便地控制機械傳動的升、降和變速運行。變頻器經常被用于系統(tǒng)復雜、工作環(huán)境惡劣、高負荷、長時間運行的工況中。由于采用了通訊方式，可以通過PC機來方便地進行組態(tài)和系統(tǒng)維護，包括上傳、下載、復制、監(jiān)控、參數(shù)讀寫等。簡單來講變頻器是由三繞組輸人變壓器、整流電路、合成母線、逆變電路、合成濾波電路、控制柜等組成。   

    多年來，國家經貿委一直會同國家相關部分致力于變頻調速技術的開發(fā)及推廣應用，并把推廣應用變頻調速技術作為風機、水泵節(jié)能技改專項的重點投資方向。
   
    2、變頻器在風機控制系統(tǒng)中的應用

    如圖1為變頻器控制風機電動機系統(tǒng)框圖。

圖1 系統(tǒng)框圖

    風壓設定通過變頻器的輸人端子設定；壓力傳感器將壓力信號傳送給變頻器；變頻器通過預編程序進行運算，對應不同壓力輸出控制信號，從而控制電動機使風機改變轉速來調節(jié)爐膛風壓，爐膛內風壓通過風壓傳感器將信號傳送給變頻器，實現(xiàn)自動控制。   

    在變頻狀態(tài)下，應用變頻器改變風機電機輸進電壓的頻率，從而控制電機的轉速。電機的轉速可以用下面公式表示：

    n為轉速、f為頻率、p為電機級數(shù)（2、4、6...）   

    風機的變速運動是利用改變風機轉速來改變風機曲線這種變化關系可以用一組公式來表達：

    式中，n－風機轉速；Q－風量；P－風壓；N－功率。值得留意的是：將風量公式（1）與（2）相結合，其結果恰好符合系統(tǒng)曲線公式：

    一般使用的風機，其選用風量、風壓通常都超過實際需要。（風量裕量5%－15%，壓力裕量為10%－30%），傳統(tǒng)控制裕量方法大多采用擋板式閥門來調節(jié)，用這些方法節(jié)流。固然方法簡單，但實際上是通過人為增加阻力的辦法來達到調節(jié)的目的。不僅造成了浪費，還增加了噪音污染。   
   
    經過對變頻器的改造具有以下優(yōu)點：   

    （1） 實現(xiàn)了自動控制，揭開了鍋爐運行自動化的新篇章。使難以控制的燃燒過程實現(xiàn)了自動化，減少勞動強度。在網(wǎng)絡化日益普及的今天，與普通的點對點硬線連接方式而言，通過高速通訊連接的變頻器系統(tǒng)可以最大程度上降低系統(tǒng)維護時間、進步生產效率、減少運行本錢。   

    （2） 控制電機的啟動電流。當電機通過工頻直接啟動時，它將會產生7到8倍的電機額定電流。這個電流值將大大增加電機繞組的電應力并產生熱量，從而降低電機的壽命。而變頻調速則可以在零速零電壓啟動（當然可以適當加轉矩提升）。一旦頻率和電壓的關系建立，變頻器就可以按照WF或矢量控制方式帶動負載進行工作。使用變頻調速能充分降低啟動電流，進步繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機的維護本錢將進一步降低、電機的壽命則相應增加。   

    （3） 降低電力線路電壓波動。在電機工頻啟動時，電流劇增的同時，電壓也會大幅度波動，電壓下降的幅度將取決于啟動電機的功率大小和配電網(wǎng)的容量。電壓下降將會導致同一供電網(wǎng)絡中的電壓敏感設備故障跳閘或工作異常，如咒機、傳感器、接近開關和接觸器等均會動作出錯。而采用變頻調速后，由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能最大程度上消除電壓下降。   

    （4） 可對風機的風量作平滑的無級調速，風機工作在最佳工作點，工況曲線更符合系統(tǒng)，可進步風機效率，避免了“喘振”現(xiàn)象。穩(wěn)定了爐膛壓力，滿足工作環(huán)境的要求。 
 
    （5） 低速運行可以減少磨損，降低噪音，有利于延長電機和風機的使用壽命。
   
    （6） 節(jié)能效果明顯。由于終極的能耗是與電機的轉速成立方比,車間通風，所以采用變頻后，大大地節(jié)約了本錢，投資回報更快，用戶也愿意接受。

    3、效益與回報

    哈爾濱工程大學02年新安裝了四臺02噸刨燃煤供熱鍋爐，其中保持二臺鍋爐天天24小時中斷供熱，每年供熱期6個月，鼓風機功率37kw，引風機為110kw。在鍋爐運行中，電力線路波動較大，經常損毀四周校舍電器，引風機風量偏大，使用檔風插板調節(jié)風量，電機功耗基本不變，電能浪費大。根據(jù)以上缺點，決定安裝變頻器。安裝變頻調速裝置后風機起動平穩(wěn)無沖擊電流，運行穩(wěn)定。據(jù)區(qū)技術監(jiān)視局委托哈爾濱紅光鍋爐總廠現(xiàn)場測定，為了便于對比分析，對引風機的兩種調節(jié)方式進行了數(shù)據(jù)丈量如表1。

表1 鼓引風機丈量參數(shù)表

    對于剛投人運行的鍋爐，一般因各種原因負荷未達到70%以上時，采用變頻器控制效果更加明顯。太平供熱項目是哈爾濱市政府批準的新型項目，兩臺卯T鍋爐鼓、引風機都采用變頻器控制，引風機電動機3sokw，鼓風機電動機1印kw，兩臺鍋爐鼓、引風機變頻器一次投人50萬元，結果2（X）5年，2（X巧年負荷分別為30%、印%，在此情況下，鍋爐在低負荷運行，鼓、引風都在低負荷下運轉，兩個采熱期下共用電613725k琪飛。假如不用變頻器控制約用電18以X洲）k不飛，估計兩個采熱期節(jié)約1186275k從飛，按每度電0.7元計算，共計節(jié)約83萬元。  
 
    下面是其鍋爐系統(tǒng)兩種方式實際運行用度對比：

表2 實際運行用度表

        一年共節(jié)省2萬元，一次性投人控制系統(tǒng)共計40萬元。兩年收回本錢。

    4、結束語   

    產業(yè)鍋爐風機'>鍋爐風機采用變頻器調速實現(xiàn)風量控制，穩(wěn)定性和可靠性高，調節(jié)特性好。由于變頻器可以非常平滑穩(wěn)定地調整風量，運行職員可靈活地調控燃燒狀況，進步了鍋爐效率，減少工作強度。變頻調速使電機運行明顯改善，維護量明顯減少，同時大大減少和機械系統(tǒng)變速機構和控制機構。使系統(tǒng)更加方便操縱，設備工作效率明顯進步，系統(tǒng)采用過流、過壓、瞬時斷電、短路、欠壓、缺相等多種保護，避免了因此贊成電機燒損而影響生產所帶來的直接和間接經濟損失，更為重要是它的節(jié)能效果取得了可觀的經濟效益。

山水廠高溫風機變頻器運行現(xiàn)場

         一、前言 

             高壓交流變頻調速技術是90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調速技術，主要用于交流電機的變頻調速，其技術和性能遠遠勝過以前采用的調速方式（如串級調速、液力耦合器調速、轉子水阻調速等）。高壓變頻以其明顯的節(jié)能效益、高的調速精度、寬的調速范圍、完善的保護功能、方便的通訊功能，得到了廣大用戶的認可和市場的確認，成為企業(yè)電機節(jié)電方式的首選方案。山東水泥廠有限公司現(xiàn)有兩條熟料生產線，高溫風機的穩(wěn)定運轉對熟料生產至關重要，對設備要求特別苛刻，因此在高壓變頻器的選用上非常謹慎，2007年2月15日我公司采用北京合康HIVERT-Y06/173高壓變頻器在我公司2#3#窯安裝調試，穩(wěn)定運行至今，打破了洋品牌在高壓變頻安裝上的壟斷局面，為國產高壓變頻器贏得了榮譽。

         二、變頻前后耗電情況對比

             我公司于2006年起開始將高壓變頻器應用窯頭引風機、高溫風機、生料磨循環(huán)風機的節(jié)能改造，目前高壓變頻運轉穩(wěn)定，均勻節(jié)電率達到20%以上，取得了明顯的經濟效益。以下為我公司安裝高壓變頻前后數(shù)據(jù)對比：

         三、工況簡述

             旋窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，預熱機來的料從窯尾進進到窯中，借助窯的轉動來促進料在旋窯內攪拌，使料互相混合、接觸進行反應，物料依靠窯筒體的斜度及窯的轉動在窯內向前運動。窯內燃燒產生的余熱廢氣，在窯尾高溫風機的作用下，通過預熱器對進進窯尾前的生料進行預熱均化，降溫后的余熱廢氣再通過高溫風機抽出進進廢氣處理（除塵及排出）。均化好的生料預熱后在回轉窯內煅燒成熟料，回轉窯內需要合適的氣壓及溫度，才能使煤粉有一定的懸浮時間進行充分燃燒，生料才能在窯內達到很好的熱處理。窯內因物料的堆積變化很大，所以瞬時氣壓變化頻繁。窯尾高溫風機一方面用來調整窯內氣壓，另一方面回轉窯內鍛燒后的高溫熟料出來有廢氣，廢氣帶灰，通過窯尾高溫風機引出由電收塵器將灰塵進行處理，再將廢氣排掉。

             我廠目前有二條干法懸窯生產線，日產為1700t、2300t，并擁有一臺7.5MW中、低溫余熱發(fā)電機組，2條窯生產線，高溫風機電機配置為6kV1250kW，在高溫風機的電機與風機之間，配有液力耦合器對風機進行調速，整個工藝過程主要是通過DCS的控制來調節(jié)液力耦合器的速度從而調整風機的風量，達到控制窯內負壓。在運行時仍靠風機擋板進行風量調節(jié)，當窯系統(tǒng)工況變化較大時，現(xiàn)場值班職員根據(jù)中控制室的指令對液力耦合器的勺桿進行手動調節(jié)，運行操縱非常不便。2006年7～8月，公司分別對1700t窯生產線的窯頭引風機、2000t窯生料系統(tǒng)排風機進行了變頻調速改造，目前運行情況良好。而高溫風機變頻調節(jié)的耗電量還少于原液力耦合器調節(jié)的耗電量。

             經過對原系統(tǒng)進行分析，對原系統(tǒng)的風壓控制由原來的液力耦合器調節(jié)改為變頻器調節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進行調速，調整窯尾預熱器（高溫風機進口）的壓力為工況要求值。變頻器設備接進用戶側高壓開關和擬改造電機之間，變頻器控制接進原有的DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)來完成正常操縱。

         四、可靠性

             經過對原系統(tǒng)進行分析，對原系統(tǒng)的風壓控制由原來的液力耦合器調節(jié)改為變頻器調節(jié)，即取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進行調速，最后達到調整窯尾預熱器（高溫風機進口）的壓力為工況要求值。液力耦合器本身能耗達10%以上，而且需要油泵及冷卻水來輔助運行，故障率較高，特別是在夏季因耦合器產生熱量較大，需加進四組冷油器，用循環(huán)水強降溫，水消耗量大，資源浪費嚴重。
 

油站及冷油器

             變頻器設備接進用戶側高壓開關和擬改造電機之間，變頻器控制接進原有的DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)來完成正常操縱。為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置，可在變頻回路故障時將電機切換至工頻狀態(tài)下運行，且切換方式為自動切換。變頻器故障時，電機自動切換到工頻運行，這時風機轉速會升高，風壓會發(fā)生很大變化，影響窯內物料的煅燒質量，故此時應及時在DCS上對高溫風機的風門進行及時調節(jié)，降低風機輸出風量至工況要求值。變頻器及其工頻旁路開關由變頻器整體配套提供。電機、高壓斷路保存了用戶原有設備。負載參數(shù)及運行工況，高溫風機配合康HIVERT系列高壓變頻器，其主要參數(shù)為：變頻器型號HIVERT-Y06/173，隔離變壓器容量1800KVA，旁路開關柜容量400A。

         五、改造過程簡述

             由于原電機控制為液力耦合器調速，為了安裝變頻器，必須重新設計變頻器專用房。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，我們選擇在高壓配電室旁另建一變頻器專用房，此地方距高壓室較近，動力電纜敷設方便。由于現(xiàn)場灰塵較大，而變頻器為強迫風冷，設備內空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，在房間透風設計上，設計了大面積專用進風窗，房間不另設其它窗口，基本上是密閉設計。透風窗采用專用過濾棉濾網(wǎng)，這樣使進進變頻器室內的空氣經過透風窗濾灰，進進變頻器室內的灰塵大大減小。

專用進風窗一           專用進風窗二        專用進風窗三

             由于本變頻器功率較大，為保證足夠的透風冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別獨立安裝了一整體風罩，與各自的出風口連成整體，保證變頻器整體冷卻透風要求，即使在夏季高溫季節(jié)也不需開空調進行降溫。

      
3#窯變頻及風道                    2#窯變頻及風道

             為減小安裝本錢，動力電纜保存了原高壓柜至電機的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至變頻器，再重新由高壓柜到變頻器敷設一根動力電纜，由于變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。變頻改造后，由于需要取消原液力耦合器，我們按照液力耦合器的聯(lián)接尺寸設計制作了一套直接連接軸來代替液耦。連接軸的基座安裝尺寸、軸連接中心尺寸、軸徑尺寸、軸與電機及風機側的連接靠背輪均與原液耦一致，安裝時，僅需將原液耦拆除，將連接軸代替液力耦合器，現(xiàn)場僅作少量調整即可達到安裝要求，而不用對風機及電機作任何調整，安裝方便快捷。

 
液力耦合器拆除后的連軸器

             安裝高壓變頻后，原繞線電機對滑環(huán)進行短接，廢除了原水電阻啟動器，每年對碳刷及水阻啟動器和電機的維護減少，綜合運行本錢大幅度下降，且高壓變頻啟動時間任意可調，實現(xiàn)平滑啟動，對設備運行起了良好的保護。

         六、變頻改造總結

             根據(jù)我公司對水泥廠高溫風機的高壓變頻器的安裝及使用情況，總結變頻器改造有以下優(yōu)點。
    （1）安裝簡單，即將原高壓開關柜與電動機之間插進安裝變頻器，對原有接線改動不大。
    （2）操縱使用方便，變頻器操縱只有簡單的開機、停機和頻率調整。
    （3）能進行無級調速，調速范圍廣，且調速精度高，適用性強。
    （4）保護功能完善，故障率低，排風機啟動平穩(wěn)，啟動電流小，可靠性高。
    （5）電動機不需長期高速運行，工作電流大幅度下降，節(jié)電效果明顯。
    （6）由于變頻器取代了液耦調速，消除了機械及液壓高故障率的缺陷，設備維護用度降低。
    （7）電動機運行振動及噪聲明顯下降，軸承溫度也有很大的下降。

             交流變頻調速器，以適用性強、可靠性高、操縱使用方便等性能，受到用戶的歡迎。它應用在調速、節(jié)電、軟啟動方面，對企業(yè)有很大的實用價值。合康公司高壓變頻器在我廠對兩條生產線的五臺電機進行了成功的改造，不僅節(jié)能效果明顯，進步了整個系統(tǒng)的工藝性能，同時也使兩條生產線大大進步了產量，得到車間降溫設備的好評，并在我省水泥行業(yè)中產生了很大的影響。