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(yán)重制約企業(yè)的生存和可持續(xù)發(fā)展。近幾年變頻調(diào)速的優(yōu)越性和節(jié)能效果已在低壓變頻器的運(yùn)用中得到充分體現(xiàn)，同時高壓變頻技術(shù)的日趨成熟，并逐步在冶金、化工、電力、建材等眾多行業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。我公司作為貴州省清潔生產(chǎn)的試點(diǎn)企業(yè)，節(jié)能降耗勢在必行。公司各部門根據(jù)各自在操作、運(yùn)行維護(hù)、設(shè)備可靠性、控制、節(jié)能和管理等方面對公司工藝控制復(fù)雜、設(shè)備維護(hù)量大、故障率高;電氣控制復(fù)雜、耗電量較高、有較高的節(jié)能空間的設(shè)備進(jìn)行了調(diào)研和可行性分析，確定將2號窯尾高溫風(fēng)機(jī)（1250kW/6kV）高壓電機(jī)作為第一批變頻節(jié)能改造設(shè)備。
    一、高溫風(fēng)機(jī)變頻改造的可行性分析
　　1、高溫風(fēng)機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)狀：
　　公司2號窯高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)為1250kW/6kV高壓電機(jī)。該設(shè)備原設(shè)計采用襄樊大力工業(yè)控制有限責(zé)任公司生產(chǎn)的液體電阻起動調(diào)速器進(jìn)行調(diào)速（即水電阻調(diào)速），在應(yīng)用水電阻調(diào)速控制的過程中，存在以下幾個方面的問題：
　　1） 轉(zhuǎn)子部分仍帶有集電環(huán)、碳刷等配件，在運(yùn)行過程中需對這些配件進(jìn)行更換或處理，運(yùn)行維護(hù)量大。
　　2） 轉(zhuǎn)子部分未能完全切除，在轉(zhuǎn)子部分有約160V左右的電壓和380A左右的電流，導(dǎo)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(jìn)行冷卻，需大量的自來水供給，造成大量的水資源浪費(fèi)。
　　4） 為給水電阻進(jìn)行冷卻，在水電阻外部使用了一臺5.5kW和一臺1.5kW的電機(jī)進(jìn)行電解液和自來水的循環(huán)。
　　5） 在夏季或廠區(qū)供水壓力低的情況下，常因高溫風(fēng)機(jī)調(diào)速柜內(nèi)水電阻水溫過高（高于60℃時）而切除水電阻，電機(jī)全速運(yùn)行，從而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速失控，影響生產(chǎn)。
　　2、節(jié)能計算：
　　根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率和極數(shù)的關(guān)系，即n=60f（1-s）/p,
　　式中
　　n表示電機(jī)轉(zhuǎn)速
　　f表示輸入頻率
　　s表示電機(jī)轉(zhuǎn)差率
　　p表示電機(jī)磁極對數(shù)
　　可知，要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以通過改變電機(jī)極數(shù)和轉(zhuǎn)差率，以及頻率來實(shí)現(xiàn)。變頻調(diào)速就是采用變頻調(diào)速器直接通過改變頻率來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的。
　　由流體力學(xué)知道，風(fēng)機(jī)的流體流量（Q）與轉(zhuǎn)速（n）的一次方成正比，風(fēng)機(jī)的壓力（H）與轉(zhuǎn)速（n）的二次方成正比，風(fēng)機(jī)的功率（P）正比于風(fēng)機(jī)的流量（Q）與壓力（H）的乘積，即風(fēng)機(jī)的功率（P）與轉(zhuǎn)速（n）的三次方成正比。與轉(zhuǎn)速三次方成正比。即
　　流量Q∝轉(zhuǎn)速n
　　壓力H∝轉(zhuǎn)速n2
　　功率P∝流量Q*壓力H∝轉(zhuǎn)速n3
　　高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)：
　　功率PN：1250kW,
　　額定電壓：6kV,
　　額定電流：139.5A,
　　額定轉(zhuǎn)速：1487r/min,
　　功率因數(shù)：0.896;
　　高溫風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)：
　　運(yùn)行電流：110A,
　　風(fēng)門開度：90%,
　　電機(jī)轉(zhuǎn)速：1300 r/min。
　　工頻運(yùn)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(shè)改造后仍需1300r/min的轉(zhuǎn)速，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)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(jié)電量
　　△P=（P1-P2）=1024-827=197kW
　　變頻改造后的節(jié)電率：
　　N=（197/1024）×100%=19.2%，
　　年節(jié)約電費(fèi)（按80%的運(yùn)轉(zhuǎn)率、單位電價為0.42元/kWh）計算：
　　年運(yùn)行時間為365*24*80%=7008小時
　　年節(jié)約電量為197*7008=1380576KWh=138萬度
　　年節(jié)約電費(fèi)為：1380576*0.42=552230=57.98萬元
　　3、改造后預(yù)計效果：
　　根據(jù)以上節(jié)能計算，很明顯，當(dāng)采用變頻調(diào)速控制后，據(jù)保守估算，節(jié)電率約為15%，除以上明顯的節(jié)能外，使用變頻調(diào)速還具有如下優(yōu)點(diǎn)：
　　1） 優(yōu)良的調(diào)速性能，完全可以滿足于生產(chǎn)工藝要求。
　　2） 甩開了轉(zhuǎn)子部分的集電環(huán)、碳刷等配件，大大降低了運(yùn)行中的維護(hù)量且運(yùn)行可靠。
　　3） 沒有了自來水的冷卻這個環(huán)節(jié)，節(jié)約了水資源。以目前水電阻的水消耗來看，一天大約可節(jié)約30T左右用水。按80%的運(yùn)轉(zhuǎn)率（365*80%=292天），0.8元的單位水價計算，一年可節(jié)約水費(fèi)：30*292*0.8=7008元。
　　4） 采用變頻調(diào)速控制后，減少了以前用于外部循環(huán)的5.5kW和1.5kW（共7kW）的電機(jī)消耗。按70%的負(fù)載率（5kW），仍按80%的運(yùn)轉(zhuǎn)率（7000h）、0.40元的單位電價計算，一年可節(jié)約電費(fèi)：5*7000*0.42=14700元。
　　5）實(shí)現(xiàn)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(jī)的絕緣老化及由于大力矩造成的機(jī)械沖擊對電機(jī)壽命的影響，減少電機(jī)的維護(hù)工作量。
　　6）避免了大力矩造成的機(jī)械沖擊，減少了機(jī)械的磨損，延長風(fēng)機(jī)葉輪的使用壽命，降低了維護(hù)費(fèi)用。
　　7） 系統(tǒng)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(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造是可行的。
　　二、高溫風(fēng)機(jī)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(fā)和生產(chǎn)的HIVERT-06/154 P變頻器，用于公司2號窯高溫風(fēng)機(jī)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(lián)PWM疊波輸出，每相5單元。功率單元和控制系統(tǒng)之間采用光纖通訊，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電的完全電氣隔離，提高了整個系統(tǒng)的抗干擾能力。
　　變頻器及其工頻旁路開關(guān)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(chǎn)品，所有重要零部件均經(jīng)過嚴(yán)格篩選和100%測試，整機(jī)進(jìn)行空載高壓負(fù)載試驗�？紤]到變頻器因故障退出運(yùn)行后不影響生產(chǎn)，確保系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)旁路選用手動旁路柜，當(dāng)變頻器發(fā)生重大故障無法運(yùn)行時，變頻器將立刻分?jǐn)喔邏狠斎�，并給出故障報警，此時可以通過手動旁路柜將電機(jī)投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行。
　　2007年9月18日設(shè)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(jī)會，完成了高壓柜到變頻器的連接，柜內(nèi)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(yùn)行曲線的制作。10月4日先后對安全上電聯(lián)鎖、變頻器控制柜、空電機(jī)、輕載和重載等進(jìn)行了調(diào)試。
　　高壓變頻器調(diào)試正常后，合康公司技術(shù)人員還在現(xiàn)場對高壓變頻器的操作、日常維護(hù)以及易出現(xiàn)的故障等作了詳細(xì)的講解。
　　三、高溫風(fēng)機(jī)高壓變頻器的運(yùn)行情況
　　2號窯尾高溫風(fēng)機(jī)變頻器于10月5日正式投入運(yùn)行。投運(yùn)后運(yùn)行狀況穩(wěn)定良好、故障率極低、運(yùn)行電流和風(fēng)機(jī)振動值均有下降，完全可以滿足于生產(chǎn)工藝控制的要求，具體數(shù)據(jù)詳見下表：

　　四、高溫風(fēng)機(jī)高壓變頻器的節(jié)能情況
　　高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造后，不但在運(yùn)行方面取得良好的效果，作為節(jié)能項目，在節(jié)能方面，其節(jié)能效果非常顯著，根據(jù)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(jìn)行比較，可以看到進(jìn)行變頻節(jié)能改造后，高溫風(fēng)機(jī)明顯的節(jié)能效果，具體數(shù)據(jù)詳見下表：
　　高溫風(fēng)機(jī)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(chǎn)量差不多（10月份比1月份多產(chǎn)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(fēng)機(jī)）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(fēng)機(jī)）平均單耗比10月份多10.97 kWH/T。
　　按以上數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，則：
　　高溫風(fēng)機(jī)日節(jié)約電費(fèi)=0.42元/ kWH*9836KWH=4131.32元
　　高溫風(fēng)機(jī)月節(jié)約電費(fèi)=4131.32元*30 =123933元
　　高溫風(fēng)機(jī)年節(jié)約電費(fèi)=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(jié)
　　目前，水泥行業(yè)的競爭非常激烈，但關(guān)鍵還是制造成本的競爭。電動機(jī)電耗占成本近30%，拖動風(fēng)機(jī)用的高壓電動機(jī)在電機(jī)中占有很大的比重，因此做好電動機(jī)的降耗增效工作就顯得極為重要。對高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造不管從操作、運(yùn)行維護(hù)，還是節(jié)能方面都取得了很好的效果，是成功的。國內(nèi)高壓變頻調(diào)速器節(jié)能技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，是水泥廠節(jié)能改造的理想設(shè)備，具有很高的推廣價值。

　　濟(jì)鋼始建于1958年，是國內(nèi)十大鋼廠之一，是全國最大的中厚板生產(chǎn)出口龍頭企業(yè)，產(chǎn)品出口比例、中厚板的產(chǎn)量、成本、市場占有率、出口量等多項指標(biāo)位居全國前列。濟(jì)鋼燒結(jié)廠擁有4臺燒結(jié)機(jī)，年產(chǎn)燒結(jié)礦580萬噸。所有原料、成品都經(jīng)由皮帶運(yùn)輸機(jī)傳送，在運(yùn)送過程中會產(chǎn)生大量粉塵，這些粉塵會造成環(huán)境污染，根據(jù)國家法規(guī)，需要除塵處理。

　　濟(jì)鋼燒結(jié)廠的配料電除塵器負(fù)責(zé)對熔劑破碎系統(tǒng)和配料室的熔劑區(qū)的揚(yáng)塵點(diǎn)進(jìn)行除塵。由于熔劑破碎系統(tǒng)屬于間歇工作制，配料除塵系統(tǒng)每天大約有70%的時間粉塵濃度高，需要的除塵風(fēng)量大，另有30%的時間粉塵相對較少，不需要很大的風(fēng)量。但是現(xiàn)有的系統(tǒng)采取調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口的風(fēng)門來進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)機(jī)電機(jī)始終滿載運(yùn)行，這樣就造成了不必要的能源浪費(fèi)。

　　隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷加劇，節(jié)能降耗成為企業(yè)提高產(chǎn)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(diào)速技術(shù)的日益成熟，使得該項技術(shù)廣泛應(yīng)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(yè)。濟(jì)鋼燒

　　結(jié)廠正是在這種形勢下，對配料除塵系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)研究改造，經(jīng)多方考察比較，最終選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，對配料除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造。

　　2．設(shè)備概況

　　濟(jì)鋼燒結(jié)廠配料除塵風(fēng)機(jī)電機(jī)為沈陽電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的200KW高壓異步電機(jī)，機(jī)組的主要參數(shù)如下：

    除塵風(fēng)機(jī)參數(shù)

    ,車間房頂通風(fēng)設(shè)備;型號Y4-73

    風(fēng)量145000m3/h

    風(fēng)壓4000Pa

    電機(jī)參數(shù)

    電機(jī)型號YKK3554-6

    額定功率200KW

    額定電壓6000V

    額定電流24A

    額定轉(zhuǎn)速985rpm

    3．高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

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

    3.1風(fēng)光牌JD-BP37-240F高壓變頻器主要性能指標(biāo)

    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(shù)≥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(chǎn)工藝設(shè)定

    減速時間可由用戶生產(chǎn)工藝設(shè)定

    變頻器效率≥96%

    過載能力100%連續(xù)160%連續(xù)1min220%允許1.5S

    防護(hù)等級IP20

    3.2JD-BP37-240F高壓變頻調(diào)速器主要技術(shù)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(jī)，對電機(jī)、電纜絕緣無損害。

    3.2.2輸入功率因數(shù)高，電流諧波小，無須功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波抑制裝置。

    3.2.3單元電路模塊化設(shè)計，維護(hù)簡單，互換性好。

    3.2.4輸出階梯正弦PWM波形。

　　1 前言
 
　　離心風(fēng)機(jī)是電廠的主要輔助設(shè)備之一，其耗電量約占
電廠發(fā)電量的1.5%～3.0%，由于鍋爐排放的煙氣或制粉系統(tǒng)氣流中含有一定數(shù)量的塵粒，因而普遍存在引風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)磨損問題。其他還有很多場合，使風(fēng)
機(jī)運(yùn)行在含有固體顆粒的環(huán)境中。固體顆粒隨著氣流進(jìn)入葉輪,六葉模壓風(fēng)機(jī)，會引起磨損、沉積等問題，進(jìn)而影響機(jī)械性能，縮短壽命，甚至引發(fā)重大事故。因此，這類葉輪機(jī)械
的磨損核沉積是工程界亟待解決的問題。
 
　　據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，1990～1992年，我國
100MW及以上機(jī)組中，因電站風(fēng)機(jī)故障造成的非計劃停運(yùn)和非計劃降低出力造成的電量損失，在機(jī)組各類部件中，按等效非計劃停運(yùn)小時占機(jī)組總等效非計劃停
運(yùn)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(jī)組(統(tǒng)計臺數(shù)101臺)鍋爐送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)分別排列第6位和
第7位，分別占總等效停運(yùn)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(jī)組(統(tǒng)計
臺數(shù)25臺)的鍋爐引風(fēng)機(jī)排列第5位，占總等效停運(yùn)小時的4.17%，平均每臺年損失電量8948.6MW?h；(3)600MW機(jī)組(統(tǒng)計臺數(shù)2臺)鍋
爐引風(fēng)機(jī)排列第10位，占總等效停運(yùn)小時的3.17%，平均每臺損失電量為35052MW?h。1991年和1992年統(tǒng)計的數(shù)據(jù)與此類似。由這些統(tǒng)計數(shù)
據(jù)可見，我國大容量電站風(fēng)機(jī)故障所造成的電量損失是很大的。通過對這些風(fēng)機(jī)故障的分析研究表明，其中50%以上都是由于風(fēng)機(jī)的磨損而造成的。

2 離心風(fēng)機(jī)葉輪磨損機(jī)理與磨損形式
 
2.1 磨損機(jī)理
 
　　磨損現(xiàn)象包含著許多復(fù)雜因素，它往往是多重機(jī)理綜
合作用的結(jié)果。塵粒進(jìn)入葉輪后與壁面相互作用，在離心流道的進(jìn)口區(qū)域和整個軸向流道內(nèi)，塵�；�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(jìn)入流道內(nèi)，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(qū)域內(nèi)，塵粒在流道內(nèi)運(yùn)動了較長的一段距離，大部分和壁面發(fā)
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(qū)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(yùn)動下的銼削效應(yīng)或界面間分散的固體顆粒的研磨作用所導(dǎo)致的磨損。它對葉輪磨損的程度影響最大。在風(fēng)機(jī)中固體顆粒以一定的速度與零件表面作相對運(yùn)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(yīng)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(jìn)行處理
 
　　對葉片表面可以進(jìn)行滲碳、等離子堆焊、噴涂硬質(zhì)合金、粘貼陶瓷片處理。
 
　　這些方法的共同優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)。滲碳工藝難度大，實(shí)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(fù)焊接會導(dǎo)致葉面產(chǎn)生裂縫，易產(chǎn)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。