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佛罗伦萨大教堂博物馆: 福建閩光冶煉公司燒結風機高壓變頻

瀏覽次數: 日期:2008-6-16 16:10:03

佛罗伦萨小镇佛山 www.puhfab.com.cn 摘要:本文介紹了福建閩光冶煉公司燒結車間高壓變頻的改造情況,詳細分析了高壓變頻器一拖二的技術方案和節能效果,為高壓變頻在燒結生產、一臺高壓變壓器在兩臺電機間切換運行提供了一定的經驗。

關鍵詞:高壓變頻器 一拖二 節能

 

一、運行工況分析

福建閩光冶煉公司燒結車間共有兩臺風機,一臺燒結風機容量1600kW,一臺冷卻風機1250kW。在變頻改造前,采用擋板調節,燒結風機擋板的開度為92%, 燒結冷卻風機擋板的開度為68%,在一般情況下 ,采用擋板調節的風機其實際消耗功率與風量大致成正比,與風門的開度也大致成正比,從實際運行時的風門開度及電流參數也可以看出這一點。

對運行情況進行分析,可以得出以下兩點:

(1)風機實際風量約為額定風量的一部分,風機遠離額定點運行,其實際運行效率很低。

(2)由于擋板的存在,擋板前后存在壓差,形成節流損耗消耗了一部分能量。

從以上兩個方面改善其運行工況,減小損耗,達到節能的目的。

擋板這種調節方式雖然簡單易行,但它是以增加管網局部損耗,耗費大量能源為代價的。對于高壓大功率電機,耗能則更大。當采用變轉速調節時,其效率最高,因為風量隨轉速的一次方下降,而其軸功率則按轉速的三次方規律下降。對于交流電動機,目前性能最佳的調速方式是國際上公認的交流變頻調速。

 

二、變頻調速節能原理

從流體力學的原理得知,葉片式風機,軸功率P與風量Q,風壓H的關系為:

當電動機的轉速由n1變化到n2時, Q、H、P與轉速的關系如下: 

可見風量Q和電機的轉速n是成正比關系的,而所需的軸功率P與轉速的立方成正比關系。所以當需要80%的額定風量時,通過調節電機的轉速至額定轉速的80%,即調節頻率到40Hz即可,這時所需功率將僅為額定的51.2%。

如圖1所示,從風機的運行曲線圖來分析采用變頻調速后的節能效果。

 

當所需風量從Q1減小到Q2時,如果采用調節風門的辦法,管網阻力將會增加,管網特性曲線上移,系統的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行,所需軸功率P2與面積H2 Q2成正比;如果采用調速控制方式,風機轉速由n1下降到n2,其管網特性并不發生改變,但風機的特性曲線將下移,因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與面積HB Q2成正比。從理論上分析,所節約的軸功率Delt(P)與(H2-HB)×(C-B)的面積成正比。同時,調速前后風抗效率不變,可以保證在高效區運行,而風門調節將改變風機效率,風機偏離額定點越遠,效率越低。

考慮減速后效率下降和調速裝置的附加損耗,通過實踐的統計,風機類通過調速控制可節能30%~60%。

 

三、HIVERT系列高壓變頻器的技術特點

HIVERT型智能高壓變頻調速系統為直接高壓輸出電壓源型變頻器,它采用先進的功率單元串聯疊波方式、空間矢量控制的正弦波PWM方法實現高壓輸出,無需升壓可直接拖動高壓電動機,無需加裝濾波裝置,諧波指標符合國家標準對電網諧波的要求。HIVERT智能高壓變頻調速系統主要具有以下技術特點:

(1) 完整旁路技術——單元自動旁路和主回路自動旁路技術。單元故障時,故障單元自動旁路,保證系統連續運行。主回路自動旁路技術,實現工頻/變頻運行狀態的雙向自由互切且轉換迅速。

(2) 抗電壓波動能力強——網側電壓在額定電壓80%~115%范圍內波動時,系統不?;?。

(3)瞬時停電?;すδ?。當主電源失電后,變頻器控制電機處于發電狀態運行,為單元電容充電,并為單元控制電源充電,直至主電源恢復,變頻器回到原運行狀態。

(4) 智能加減速控制——系統自動識別加、減速控制速度是否得當,根據工況自動調整變化速率,在盡快達到控制目標的同時又能有效防止加、減速過快造成系統?;?。

 

四、 系統主接線與控制方式

(1)原系統方案

原系統共二臺引風機,用水電阻起動電機,當電機起動至額定轉速再切掉水電阻。電機與風機直接連接,通過風門擋板的開度來調節風量。

(2)改造后系統方案

按手動一拖二切換方式改造,改造后變頻裝置與電動機的連接方式見圖2所示。

該方案在設計中考慮:

(1)變頻器出線刀閘K1、K2同一時間最多只能有一個閉合。K1、K2兩刀閘機械互鎖。

(2)當變頻器出線刀閘K閉合時,其對應的電動機的工頻進線斷路器不能閉合;相反,當某電動機工頻進線斷路器閉合時,不允許閉合相應的變頻出線刀閘K。工頻與變頻之間電磁互鎖。

(3)電機啟動方式,如需變頻輸出到1#電機:斷開1#高壓進線斷路器,閉合1#變頻輸出刀閘,確保2#變頻輸出刀閘斷開,并有明顯斷點,閉合變頻器高壓進線刀閘,啟動變頻器。

(4)變頻切換至工頻:包括變頻器故障?;蛉宋謝恢涼て?,變頻器?;笫紫榷峽雜Φ某魷叩墩?,如K2,閉合對應的高壓開關柜,如2#高壓開關柜斷路器。

(5)工頻切換至變頻:斷開對應的高壓開關柜,如2#高壓開關柜斷路器;變頻器閉合對應的出線刀閘,如K2;啟動變頻器。

 

五、項目改造總結及收益分析

燒結冷卻風機運行工況要求其24h連續運行,偶然跳閘或?;換岫哉鏨斐裳現氐撓跋?。故采用HIVERT系列手動旁路變頻系統。當變頻故障時,變頻切換到工頻狀態運行,而當變頻故障恢復后,又可通過人工切換回變頻運行。從而可以大大地提高生產運行的可靠性。

根據兩年來運行情況,因冷卻風機有較大的節電空間,基本上變頻器是用于驅動冷卻風機,以達到最大的節電效果。從2006年1月1日~2007年12月31日期間的運行頻率和變頻節能測試數據記錄,采用變頻改造后,冷卻風機變頻調速系統一般運行在30~45Hz,正常生產時運行頻率一般在40Hz左右,對應輸入運行功率為492kW左右,改造前為961KW,節電測試結果變頻裝置投入運行時:

減小輸入功率:961-492=469(kW);

節能比率:469/961=48%;

按平均每天運行24小時,電價0.5元/度,一年運行330天計算,每年可以節約電費約為:469×24×0.5×330=185.7(萬元)。

風機進行變頻改造后年節約電費可達185萬元以上。

由節能數據看出,HIVERT系列高壓變頻調速系統應用于高爐風機的節能及經濟效益是顯著的。另外,采用變頻調速控制后,其他方面的效益也是明顯的,如:

(1)網側功率因數提高: 原電機直接由工頻驅動時,采用無功補償,其實際運行功率因數為0.88。采用高壓變頻調節系統后,電源側的功率因數可提高到0.95以上,無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率,滿足電網要求,可進一步節約上游設備的運行費用。

(2)設備運行與維護費用下降:采用變頻調節后,由于通過調節電機轉速實現節能,在負荷率較低時,電機、風機轉速也降低,主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕,維護周期可加長,設備運行壽命延長。

(3)噪聲大大減小,改善運行人員的工作環境:采用變頻調節后,由于通過調節電機轉速實現調節,風門全開,鼓風機、風管的噪音大大下降,改善工作環境條件,現場運行人員反映良好。

(4)用高壓變頻調速裝置后,可對電機實現軟啟動,啟動時電流不超過電機運行額定電流的1.2倍,對電網無任何沖擊,電機使用壽命增長。

 

六、結束語

HIVERT系列高壓變頻器在燒結冷卻風機調速改造,設備投運以來運行穩定,保證了燒結的正常生產,并取得了可觀的節能經濟效益與附加效益,為該產品在冶煉行業的推廣應用取得良好經驗。

 


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