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福建闽光冶炼公司烧结风机高压变频

浏览次数: 日期:2008-6-16 16:10:03

摘要:本文介绍了福建闽光冶炼公司烧结车间高压变频的改造情况,详细分析了高压变频器一拖二的技术方案和节能效果,为高压变频在烧结生产、一台高压变压器在两台电机间切换运行提供了一定的经验。

关键词:高压变频器 一拖二 节能

 

一、运行工况分析

福建闽光冶炼公司烧结车间共有两台风机,一台烧结风机容量1600kW,一台冷却风机1250kW。在变频改造前,采用挡板调节,烧结风机挡板的开度为92%, 烧结冷却风机挡板的开度为68%,在一般情况下 ,采用挡板调节的风机其实际消耗功率与风量大致成正比,与风门的开度也大致成正比,从实际运行时的风门开度及电流参数也可以看出这一点。

对运行情况进行分析,可以得出以下两点:

(1)风机实际风量约为额定风量的一部分,风机远离额定点运行,其实际运行效率很低。

(2)由于挡板的存在,挡板前后存在压差,形成节流损耗消耗了一部分能量。

从以上两个方面改善其运行工况,减小损耗,达到节能的目的。

挡板这种调节方式虽然简单易行,但它是以增加管网局部损耗,耗费大量能源为代价的。对于高压大功率电机,耗能则更大。当采用变转速调节时,其效率最高,因为风量随转速的一次方下降,而其轴功率则按转速的三次方规律下降。对于交流电动机,目前性能最佳的调速方式是国际上公认的交流变频调速。

 

二、变频调速节能原理

从流体力学的原理得知,叶片式风机,轴功率P与风量Q,风压H的关系为:

当电动机的转速由n1变化到n2时, Q、H、P与转速的关系如下: 

可见风量Q和电机的转速n是成正比关系的,而所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要80%的额定风量时,通过调节电机的转速至额定转速的80%,即调节频率到40Hz即可,这时所需功率将仅为额定的51.2%。

如图1所示,从风机的运行曲线图来分析采用变频调速后的节能效果。

 

当所需风量从Q1减小到Q2时,如果采用调节风门的办法,管网阻力将会增加,管网特性曲线上移,系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行,所需轴功率P2与面积H2 Q2成正比;如果采用调速控制方式,风机转速由n1下降到n2,其管网特性并不发生改变,但风机的特性曲线将下移,因此其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3与面积HB Q2成正比。从理论上分析,所节约的轴功率Delt(P)与(H2-HB)×(C-B)的面积成正比。同时,调速前后风抗效率不变,可以保证在高效区运行,而风门调节将改变风机效率,风机偏离额定点越远,效率越低。

考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗,通过实践的统计,风机类通过调速控制可节能30%~60%。

 

三、HIVERT系列高压变频器的技术特点

HIVERT型智能高压变频调速系统为直接高压输出电压源型变频器,它采用先进的功率单元串联叠波方式、空间矢量控制的正弦波PWM方法实现高压输出,无需升压可直接拖动高压电动机,无需加装滤波装置,谐波指标符合国家标准对电网谐波的要求。HIVERT智能高压变频调速系统主要具有以下技术特点:

(1) 完整旁路技术——单元自动旁路和主回路自动旁路技术。单元故障时,故障单元自动旁路,保证系统连续运行。主回路自动旁路技术,实现工频/变频运行状态的双向自由互切且转换迅速。

(2) 抗电压波动能力强——网侧电压在额定电压80%~115%范围内波动时,系统不停机。

(3)瞬时停电保护功能。当主电源失电后,变频器控制电机处于发电状态运行,为单元电容充电,并为单元控制电源充电,直至主电源恢复,变频器回到原运行状态。

(4) 智能加减速控制——系统自动识别加、减速控制速度是否得当,根据工况自动调整变化速率,在尽快达到控制目标的同时又能有效防止加、减速过快造成系统停机。

 

四、 系统主接线与控制方式

(1)原系统方案

原系统共二台引风机,用水电阻起动电机,当电机起动至额定转速再切掉水电阻。电机与风机直接连接,通过风门挡板的开度来调节风量。

(2)改造后系统方案

按手动一拖二切换方式改造,改造后变频装置与电动机的连接方式见图2所示。

该方案在设计中考虑:

(1)变频器出线刀闸K1、K2同一时间最多只能有一个闭合。K1、K2两刀闸机械互锁。

(2)当变频器出线刀闸K闭合时,其对应的电动机的工频进线断路器不能闭合;相反,当某电动机工频进线断路器闭合时,不允许闭合相应的变频出线刀闸K。工频与变频之间电磁互锁。

(3)电机启动方式,如需变频输出到1#电机:断开1#高压进线断路器,闭合1#变频输出刀闸,确保2#变频输出刀闸断开,并有明显断点,闭合变频器高压进线刀闸,启动变频器。

(4)变频切换至工频:包括变频器故障停机或人为切换至工频,变频器停机后首先断开对应的出线刀闸,如K2,闭合对应的高压开关柜,如2#高压开关柜断路器。

(5)工频切换至变频:断开对应的高压开关柜,如2#高压开关柜断路器;变频器闭合对应的出线刀闸,如K2;启动变频器。

 

五、项目改造总结及收益分析

烧结冷却风机运行工况要求其24h连续运行,偶然跳闸或停机不会对整个生产造成严重的影响。故采用HIVERT系列手动旁路变频系统。当变频故障时,变频切换到工频状态运行,而当变频故障恢复后,又可通过人工切换回变频运行。从而可以大大地提高生产运行的可靠性。

根据两年来运行情况,因冷却风机有较大的节电空间,基本上变频器是用于驱动冷却风机,以达到最大的节电效果。从2006年1月1日~2007年12月31日期间的运行频率和变频节能测试数据记录,采用变频改造后,冷却风机变频调速系统一般运行在30~45Hz,正常生产时运行频率一般在40Hz左右,对应输入运行功率为492kW左右,改造前为961KW,节电测试结果变频装置投入运行时:

减小输入功率:961-492=469(kW);

节能比率:469/961=48%;

按平均每天运行24小时,电价0.5元/度,一年运行330天计算,每年可以节约电费约为:469×24×0.5×330=185.7(万元)。

风机进行变频改造后年节约电费可达185万元以上。

由节能数据看出,HIVERT系列高压变频调速系统应用于高炉风机的节能及经济效益是显著的。另外,采用变频调速控制后,其他方面的效益也是明显的,如:

(1)网侧功率因数提高: 原电机直接由工频驱动时,采用无功补偿,其实际运行功率因数为0.88。采用高压变频调节系统后,电源侧的功率因数可提高到0.95以上,无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率,满足电网要求,可进一步节约上游设备的运行费用。

(2)设备运行与维护费用下降:采用变频调节后,由于通过调节电机转速实现节能,在负荷率较低时,电机、风机转速也降低,主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻,维护周期可加长,设备运行寿命延长。

(3)噪声大大减小,改善运行人员的工作环境:采用变频调节后,由于通过调节电机转速实现调节,风门全开,鼓风机、风管的噪音大大下降,改善工作环境条件,现场运行人员反映良好。

(4)用高压变频调速装置后,可对电机实现软启动,启动时电流不超过电机运行额定电流的1.2倍,对电网无任何冲击,电机使用寿命增长。

 

六、结束语

HIVERT系列高压变频器在烧结冷却风机调速改造,设备投运以来运行稳定,保证了烧结的正常生产,并取得了可观的节能经济效益与附加效益,为该产品在冶炼行业的推广应用取得良好经验。

 


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