賀林

山西焦化股份有限公司 山西 臨汾 031400

風(fēng)機(jī)類設(shè)備是焦炭生產(chǎn)行業(yè)的耗電大戶，目前主要的控制方式是采用液力耦合器調(diào)速，或通過翻板來調(diào)節(jié)風(fēng)量，其中蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能空間。采用高壓大功率變頻調(diào)速方案，將會(huì)產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。對節(jié)能降耗起到積極作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及 IGBT等功率器件的飛速發(fā)展，高壓大功率變頻器產(chǎn)品已日漸成熟，但是對于不同的工況條件，節(jié)能效果上差別很大，不能盲目推廣投運(yùn)，必須對使用條件和現(xiàn)場工況作細(xì)致的研究。

1 干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)的工藝要求

干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)是干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)中的關(guān)鍵核心設(shè)備，為氣體循環(huán)提供動(dòng)力，根據(jù)工況調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)量，控制排焦溫度及鍋爐入口溫度。在干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，循環(huán)風(fēng)機(jī)的控制方式一般有2種:循環(huán)風(fēng)機(jī)不調(diào)速，采用翻板閥門來調(diào)節(jié)風(fēng)量;循環(huán)風(fēng)機(jī)采用液耦或變頻調(diào)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量。循環(huán)風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)可以更精確地調(diào)節(jié)循環(huán)氣體的流量，有利于干熄焦鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

循環(huán)風(fēng)機(jī)的工藝技術(shù)參數(shù)：型號GXS160；形式，雙吸入離心式風(fēng)機(jī)；容積流量，232000m3/h；壓力，風(fēng)機(jī)全壓 13.5kPa，入口靜壓約-4.5kPa；介質(zhì)密度，0.77kg/m3；轉(zhuǎn)速，1490r/min。

高壓電機(jī)的工藝技術(shù)參數(shù)：型號，YKK630-4；額定功率，2240kW；額定電壓，6kV；額定電流，248A；額定轉(zhuǎn)速，1486r/min；功率因數(shù)，91%。循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量要求隨著干熄焦系統(tǒng)排焦量的變化而變化，主要目的是穩(wěn)定系統(tǒng)的排焦溫度及鍋爐入口溫度，風(fēng)量的調(diào)節(jié)通過循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)。變頻器控制方式選擇:遠(yuǎn)程及本地。當(dāng)選擇開關(guān)打到遠(yuǎn)程位置時(shí)，控制權(quán)交給干熄焦中控室 EI 系統(tǒng)的后臺(tái)上位工控機(jī)；當(dāng)選擇開關(guān)打到本地位置時(shí)，控制權(quán)交給變頻器。正常工作時(shí)，循環(huán)風(fēng)機(jī)的入口檔板全開，在干熄焦中控室EI 系統(tǒng)的上位工控機(jī)畫面上給定頻率，控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)風(fēng)量。

2 變頻調(diào)速控制的系統(tǒng)性能特點(diǎn)

對于2240kW/6.0kV 高壓變頻裝置，采用HARSVERT-A系列高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)，可以很好的滿足現(xiàn)場調(diào)速要求。該系列變頻采用新型IGBT 功率器件，全數(shù)字化微機(jī)控制，具有以下特點(diǎn)：

（1）高-高電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)，直接 3、6、10kV輸入，直接 3、6、10kV輸出，無須輸出變壓器。

（2）輸入功率因數(shù)高，電流諧波少，無須功率因數(shù)補(bǔ)償/諧波抑制裝置。

（3）輸出階梯正弦PWM 波形，無須輸出濾波裝置，可接普通電 機(jī)，對電纜、電機(jī)絕緣無損害，電機(jī)諧波少，減小軸承、葉片的機(jī)械震動(dòng)，輸出線可以長達(dá)1000m。

（4）標(biāo)準(zhǔn)操作面板配置或彩色液晶屏全中文操作界面。

（5）內(nèi)置 PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要。

（6）支持 Profibus、Modbus、TCP/IP 等多種通信協(xié)議。

（7）可接受和輸出0～10V／4～20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號。

（8）直接內(nèi)置PID 調(diào)節(jié)器，可開閉環(huán)運(yùn)行。

3 基本控制原理

利用變頻器恒壓供風(fēng)的基本原理是通過主管道上安裝的壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測主管道的壓力，與設(shè)定的壓力進(jìn)行比較，經(jīng)過PID控制器或PLC調(diào)節(jié)后，在線自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的給定值來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使主管道壓力始終穩(wěn)定在設(shè)定值上，達(dá)到壓力穩(wěn)定的目的。它的控制原理是閉環(huán)控制，控制原理框圖見圖1。

圖1 恒壓控制原理圖

從圖1看出，當(dāng)壓力實(shí)際值小于于壓力設(shè)定值時(shí)，通過PID控制器會(huì)增加變頻器的給定提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而提高風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使主管道的壓力增高，當(dāng)壓力實(shí)際值大于壓力設(shè)定值時(shí)，通過PID控制器會(huì)減少變頻器的給定降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，是主管道的壓力減小，通過合理的設(shè)置 PID 調(diào)節(jié)器的 P（比例）、I（積分）、D（微分）參數(shù)，可以和容易的使得壓力實(shí)際值與壓力設(shè)定值達(dá)到一致，此時(shí)，電機(jī)會(huì)保持速度不變，實(shí)現(xiàn)恒壓供風(fēng)。

4 高壓變頻器調(diào)速系統(tǒng)原理

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

HARSVERT-A系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6000V有15（或 21）個(gè)功率單元，每5（或 7）個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。

圖2 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.2 功率單元結(jié)構(gòu)

每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋。

4.3 輸出側(cè)結(jié)構(gòu)

輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V 輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到如圖3所示的階梯PWM 波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于設(shè)備改造；同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。

圖3 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)輸出的相電壓階梯PWM波形

當(dāng)某一個(gè)單元出現(xiàn)故障時(shí)，通過使繼電器 K閉合，可將此單元旁路出系統(tǒng)而不影響其他單元的運(yùn)行，變頻器可持續(xù)降額運(yùn)行，如此可減少很多場合下停機(jī)造成的損失。

5 設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)

干熄焦循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻的投運(yùn)調(diào)試過程順利，投運(yùn)一次成功。該變頻技術(shù)成熟，性能良好，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

（1）運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。設(shè)備自投運(yùn)以來，一直運(yùn)行正常，沒出現(xiàn)過故障，并具有免維護(hù)的特點(diǎn)，只需定期清洗柜門上的通風(fēng)濾網(wǎng)。

（2）速度響應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確，起停平穩(wěn)。對電網(wǎng)幾乎無諧波干擾，大大減少了電機(jī)的振動(dòng)和噪音，完全滿足干熄焦氣體循環(huán)系統(tǒng)的工藝需求。

（3）變頻器自身保護(hù)功能完備，控制器用戶接口電路完善，現(xiàn)場信號接入靈活方便，內(nèi)部控制連接采用光纖通信技術(shù)，具備良好的抗電磁干擾性，可靠性大大提高。

（4）適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)。盡管廠區(qū)內(nèi)電網(wǎng)電壓波動(dòng)頻繁（電壓波動(dòng)范圍為5.7～6.3kV），變頻器運(yùn)行仍穩(wěn)定正常。

（5）節(jié)能效果顯著。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行工況，排焦量在140t/h左右時(shí)，系統(tǒng)所需風(fēng)量約為額定風(fēng)量的30%，此時(shí)變頻器的運(yùn)行頻率為 40Hz。

6 結(jié)束語

1）由于采用了變頻調(diào)速，使得在正常生產(chǎn)時(shí)，電機(jī)的輸出功率大大降低，節(jié)能效果明顯，比擋板調(diào)速大約節(jié)能在30%以上；

2）系統(tǒng)具有軟啟動(dòng)功能，減小了在啟動(dòng)鼠籠式電動(dòng)機(jī)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，對整個(gè)電網(wǎng)起了保護(hù)作用，而且采用12脈動(dòng)整流，有效地消除了諧波；

3）通過 PLC、中壓變頻器來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓，真正實(shí)現(xiàn)了風(fēng)量和風(fēng)壓的無級調(diào)速，波動(dòng)很?。?/p>

4）采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)擋板始終保持全開狀態(tài)，降低了磨損，且大力矩執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作次數(shù)減少，故障率降低。