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

1.前言

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。

1.1 液力耦合器的工作原理

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。

1.2 液力耦合器調(diào)速的不足

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。

2.高壓變頻器節(jié)電原理，技術要求及改造方案

2.1 節(jié)電原理

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。

2.2 技術要求

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

2.3 改造方案

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。

2.4 除塵風機工藝要求

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。

2.5 施工注意事項

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。

2.6 保護功能

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。

3.具體實現(xiàn)過程

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。

4.設備運行情況

(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.節(jié)能分析

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

6.結(jié)論

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。