河北旭陽焦化有限公司 李曉明 白利鵬
高壓變頻器在焦爐除塵風機中的應用
河北旭陽焦化有限公司 李曉明 白利鵬
本文著重介紹國產(chǎn)高壓變頻器在河北旭陽焦化公司的應用情況,變頻器現(xiàn)場運行情況表明焦化行業(yè)采用國產(chǎn)高壓變頻器對焦爐除塵風機進行調(diào)速節(jié)能,改造是成功的,節(jié)能效果明顯。節(jié)電率在70%以上,全年節(jié)省電費在80萬左右。
高壓變頻器;除塵風機;節(jié)能
河北旭陽焦化公司1#2#3#爐原配有一套除塵系統(tǒng),設備運行參數(shù)為:630KW/10KV離心引風機,風機型號為DAY-1A-210。額定風量250000m3/h,額定風壓5500Pa,額定轉(zhuǎn)速960r/min;電動機型號YKK5004-6電機額定功率是630KW電機額定電流是46.1A額定轉(zhuǎn)速是960r/min,功率因數(shù)0.86,系統(tǒng)為液力耦合器控制。
液力耦合器是一種以液體為工作介質(zhì),利用液體傳遞能量的傳動裝置,通過改變液力耦合器工作腔內(nèi)的充滿度,就可以改變液力耦合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩和輸出軸的轉(zhuǎn)速,使液力耦合器電機端和風機端轉(zhuǎn)速不一致,從而再電機不改變速度的條件下對風機進行調(diào)速,實現(xiàn)調(diào)節(jié)風量的目的。
由于液力耦合器在調(diào)節(jié)過程中要產(chǎn)生轉(zhuǎn)擦功率損耗,容積損耗,機械損耗,這些損耗所產(chǎn)生的熱量需要大量的冷卻介質(zhì)來冷卻,而液力耦合器的傳動效率等于轉(zhuǎn)速,速度越低效率越低,液力耦合器的節(jié)能效果不理想,以上因素決定液力耦合器效率低損耗大,調(diào)速精度低,速度響應慢,轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定,需配備相應的油系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng),浪費能源。
所謂節(jié)能不僅是節(jié)省能耗,還包括不浪費能源,通過流體力學的定律可知,風機、泵類、設備均屬于平方轉(zhuǎn)矩負載,其轉(zhuǎn)速n及流量Q壓力H以及軸功率P具有以下關系:
Q∝n,H∝n2,P∝n3,在實際生產(chǎn)中,往往利用調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的風量,而隨著轉(zhuǎn)速的降低,風機在維持效率不變的狀況下,軸功率則轉(zhuǎn)速的立方關系下降,電機消耗的電能急劇減小,例如風量下降到80%,轉(zhuǎn)速也下降到80%,軸功率則下降到額定功率的51%,風量下降到50%,軸功率則下降到額定功率的13%,其節(jié)電潛力非常大。
除塵風機室除塵凈化系統(tǒng)的動力中樞,一旦除塵不能正常進行,不但影響生產(chǎn),造成巨大的經(jīng)濟損失,還污染環(huán)境,另外調(diào)速系統(tǒng)工作環(huán)境比較惡劣,同時焦爐又不定時裝煤和推焦,所以和除塵風機配套的調(diào)速系統(tǒng)要求極高的可靠性,基于以上工作特點,對變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要要求如下:
(1)要求變頻器要有高的可靠性
(2)要求變頻器要有旁路功能
(3)調(diào)速范圍大,效率要高
(4)具有邏輯控制能力
針對原有設備運行情況,根據(jù)電機額定參數(shù)選有北京樂普四方方圓科技股份公司自主研發(fā)和生產(chǎn)適合驅(qū)動高壓異步電機的變頻設備LPH-10-650,額定輸出電流47A,適配電機功率650KW,配備一臺手動旁路柜,當變頻器出現(xiàn)故障或需要檢修時,手動切換到旁路,保證系統(tǒng)正常運行,旁路與上級高壓斷路器有連鎖關系,旁路柜隔離開關未合到位,不允許上級高壓斷路器合閘,上級高壓斷路器合閘時,絕對不允許操作隔離開關,防止拉弧現(xiàn)象,確保安全。
K0為變頻器供電的高壓真空斷路器,K1,K2為高壓變頻器控制真空斷路器,K3為工頻旁路斷路器,K4為水阻柜控制斷路器,M為保留原異步電機,K5為水阻控制斷路器。
A點為推焦時給定信號;
A到B為風機升速時間,定為5s可以調(diào)節(jié);
C到D為推焦時間,定為20s,可以調(diào)節(jié);
F點回到低速運行,完成一個工作周期。
假如兩個爐推焦重疊,在高速1的基礎上跳轉(zhuǎn)到高速2。
高速1的轉(zhuǎn)速為780轉(zhuǎn)/分,高速2的轉(zhuǎn)速為840轉(zhuǎn)/分,低速時的轉(zhuǎn)速為290轉(zhuǎn)/分。
施工圖設計時需要注意以下幾個方面:在提出土建資料時,必須參考產(chǎn)品的詳細資料,根據(jù)變頻器的安裝尺寸、荷載、電纜路徑等提出合適、合理的土建資料,隔離變壓器,應盡量靠經(jīng)變頻器布置,同時在布置室內(nèi)外電纜溝或橋架時,盡量讓變頻器的進出線電纜使用單獨的路徑,特別是要避開控制及信號電纜,這樣可盡量減少變頻器工作時產(chǎn)生的電磁干擾。在進行電氣室布置時,必須考慮高壓變頻器的工作環(huán)境問題。由于變頻器是電子裝置,內(nèi)含電解電容、電路板、芯片等電子元件,如果環(huán)境溫度太高或含塵量太大都會影響其壽命及穩(wěn)定性。所以盡可能設置單獨的變頻器室,同時進行散熱及防塵處理。
變頻裝置有過電壓,過電流,欠電壓,缺相,變頻器過載,變頻器過熱,電機過載等保護功能。
(1)過載保護。電機額定電流的120%,每10min允許1min,超過則保護。
(2)過流保護。電機額定電流的150%,超過則立即保護。變頻器輸出電流超過電機額定電流的200%,在10μs內(nèi)保護。
(3)過壓保護。檢測每個功率模塊的直流母線電壓,如果超過額定電壓的115%,則變頻器保護。
(4)欠壓保護:檢測每個功率模塊的直流母線電壓。
(5)過熱保護:包括兩重保護:在變頻調(diào)速系統(tǒng),如果低于設定的數(shù)值,則變頻器先降壓再保護。另外,在主要的發(fā)熱元件,即整流變壓器和電力電子功率器件上放置溫度檢測,一旦超過極限溫度就保護。
(6)缺相保護:缺相保護設置在每一個功率模塊上。當變頻器輸入側(cè)掉相或功率模塊的保險熔芯熔化時,會發(fā)出報警信號并保護。
采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)對除塵風機進行高壓變頻改造具體實現(xiàn)過程如下:變頻器操作采用自動控制,風機電機提速信號取自五大車連鎖的推焦信號,電機空載時290轉(zhuǎn)/分,加載時780轉(zhuǎn)/分,如果兩座焦爐同時推焦速度跳轉(zhuǎn)到840轉(zhuǎn)/分,由原來的980轉(zhuǎn)/分降到空載時290轉(zhuǎn)/分,推焦時780轉(zhuǎn)/分,實現(xiàn)全自動化。
(1)運行穩(wěn)定,安全可靠。
(2)節(jié)能效果顯著,大大降低了噸焦電耗。
(3)電動機實現(xiàn)了真正的軟啟動、軟停運,變頻器提供給電機的無諧波干擾的正弦波電流,降低了電機的故障次數(shù)。
(4)變頻器自身保護功能完善,同原來繼電保護比較,保護功能更多,更靈敏,大大加強了對電機的保護。
(5)變頻器同現(xiàn)場信號無縫接口,滿足生產(chǎn)的需要,現(xiàn)場信號接入靈活,變頻器按照節(jié)點的狀態(tài)自動高速、低速往復運行。
(6)適應電網(wǎng)電壓波動能力強,有時電網(wǎng)電壓高達10.7KV,變頻器仍能正常運行。
(7)同液力偶合器比較,在加速期間大大減少了噪聲,削弱了噪聲污染。
5.1 正常生產(chǎn)時1#2#3#爐每天出爐186爐,推焦時間為:40S
加載功耗時:40*186=7440S
所占時間比為:7440/(24*3600)*100%=8.6%
空載時間比為:1-8.6%=91.4%
5.2 改造前(根據(jù)改造前記錄的數(shù)據(jù),空載電流為:16A,推焦時為:23A,功率因數(shù)為:0.86,計算收費為:0.5371元/千瓦時)
P1=1.732*10*0.86*(23*8.6%+16*91.4%)=247.3KW,
全年電費為:
247.3*24*365*0.5371=1163545元
5.3 改造后(根據(jù)改造后記錄的數(shù)據(jù),空載電流為:3A,推焦時為:9A,功率因數(shù)為:0.96,計算收費為:0.5371元/千瓦時):P變=1.732*10*0.96*(9*8.6%+3*91.4%)=58.5KW
節(jié)能裝置本身損耗為:4KW
共計為:58.5KW+4KW=62.5KW
全年電費為:
62.5*24*365*0.5371=294062元
5.4 節(jié)電率
(P1-P變)/P1=(247.3-62.5)/247.3*100%=74%
年節(jié)約電費為:
1163545-294062=869483
綜上所述,河北旭陽焦化公司的節(jié)能的潛力還比較大,特別是在某些環(huán)保節(jié)能設備的應用,改變了過去粉塵雖然減排了,但耗能和運行費用浪費了太多,造成企業(yè)的減排負擔過重的現(xiàn)象,為以后企業(yè)的下一步節(jié)能工作,提供了思路。