工厂通风_高温还原焰快烧辊道窑的研制窑炉百科高压变频器在锅炉

         一、概述

             阜康热电有限责任公司（前身是梅河口热电厂于2003年改制，位于吉林省西部），始建于1992年，有3台75t立式旋风炉，2台12MW发电机组。自2003年起陆续新上1台75t链条炉，4台75t循环流化床锅炉。2005年中期，我公司5#、6#锅炉引风机和一次风机采用北京合康亿盛科技有限公司的高压变频器，并在同年12月投进使用，至今运行稳定。同时对原有的热控系统进行了大量的改造升级，将原来的电单元组合仪表（常规仪表）系统改成分散控制系统（DCS），DCS为上海华文自动化系统工程有限公司的HPCS-3000系统。下文以引风机变频器的应用为例对其进行节能和与计算机接口方面的分析。

         二、运行现场环境

             应用于我厂引风机的合康高压变频器安装于锅炉和灰库之间。由于灰尘特别大，温度特别高，长期运行在60～70℃之间，每年需清扫两次控制柜的滤网，除尘方式是手动吹灰，但是灰尘仍然很大，2008年预备进行排风除尘改造。

         三、能效分析

             北京合康亿盛科技有限公司高压变频器的型号是HIVERT-Y06/061，其产品规格和各项性能指标参数如下表一至表四。

         四、节能效果分析

              节能效率：η=（466-265）/466=43%
 

图一   高压电机工频启动和变频启动的曲线图

         五、变频器可操纵性分析

             从机组操控设备来看高压变频器，其稳定的性能是用户购买时普遍关注的。同时，由于其拖动的设备多是对机组运行工况进行调整的，比如引风机是调节炉膛负压的设备、送风机是调节锅炉炉膛氧量的设备，排粉机是锅炉燃烧煤粉输送的动力等等，因此高压变频的应用过程中，其可操纵性是另一个很重要的指标。

             从我厂的使用经验来看，北京合康亿盛科技有限公司生产的高压变频器，在与分散控制系统（DCS）的接口上比较方便，可操纵性较强，对给定和反馈状态的方式和手段比较完备（频率指令给定）。其监控信号包括变频电机的实际工作频率、一次开关侧的电流、电压等模拟量信号，以及远程的启动、停止、故障报警、紧急停车等开关量信号；给定的指令是标准的4～20mADC信号，应用中其调节精度是0.2%，分辨率0.01Hz。指令输出后，变速过程为平滑稳定的渐进指令值，无任何的信号抖动。同时接近低转速时，动力运转很平稳，因此，运行的参数调节也就可调，稳调了。预期在燃烧自动调节这个技术较复杂的控制难点上，其稳定的可调性，为自动调节的实现提供了强大的支持。

             值得一提的是，由于变频器的谐波干扰比较大，所以在与DCS的接口上，主要是模拟量信号指令和反馈，应该加信号隔离，避免谐波干扰DCS传输的模拟量信号。这是应用过程中必须要重视的题目。

图二  高压变频与DCS的接口图

         六、结论

             北京合康亿盛科技有限公司型号为HIVERT-Y06/061的高压变频器在阜康热电责任有限公司运行3年来，其性能稳定、节能效果明显，可以根据锅炉的燃烧情况进行风量调节，大大进步锅炉的稳定性，并且节煤效果很好，进步了运行的经济性。

             在锅炉引送风的燃烧系统中应用高压变频器能节能降耗，是国家大力提倡节能降耗政策不可缺少的技术手段。除此之外，变频器对锅炉的稳定运行也起着决定性的作用。根据高压变频器的性能及工作原理，可以广泛地应用在电力、冶金、石化、水泥、矿山等需要用到高压电机驱动的各个行业，当然也包括象阜康热电有限责任公司这样的热电行业。

         　　广东粤电团体云浮电厂现有4台发电机组，其中1、2＃机组装机容量为125MW，3、4#机组装机容量为135MW。改造前1、2＃炉送风机采用挡板调节，风道压流损失严重，为了节能降耗、进步机组调节性能，我厂经多方考察认证，我们决定采用运行成熟、技术先进的变频调速方式进行改造。变频装置安装方便，只需在原断路器与电机之间串联变频装置即可，无需对负载和电机做任何改动。首先对1＃机组两台送风机进行试验改造。2006年10月份，在#1炉甲、乙侧送风机上安装了两台HARSVERT-A06/130型高压变频器。通过变频调速，实现了电机转速连续无级调速，调速范围宽，调节精度高，效率高，实现了电机的软启动，减少了启动冲击及设备磨损。正常运行后，可靠性高，基本上无维护量。通过对引风机进行变频改造而达到节能增效的目的。

         1．HARSVERT-A06/130型高压变频装置原理
（1）高压变频器原理简介
　　HARSVERT-A06/130型变频装置采用多电平串联技术，6kV系统结构如图1，由移相变压器、功率单元和控制器组成。系统采用7＋1冗余结构，当有1级模块旁路时，系统仍能输出额定电压满负荷运行。6kV系列有24个功率单元，每8个功率单元串联构成一相。  

图1：高压变频调速系统结构图 

         　　每个功率单元结构上完全一致，可以互换，其电路结构如图2，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到如图3所示的波形。

  
图2：功率单元电路结构          图3：单元输出的PWM波形 

         　　输进侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成48脉冲整流方式；这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使负载下的网侧功率因数接近1。

         　　另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，类似常规低压变频器。

         　　输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图4所示的门路PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的尽缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。

         　　当某一个单元出现故障时，通过使图2中的软开关节点K导通，可将此单元旁路出系统而不影响其他单元的运行，高压变频器可持续降额运行；如此可减少很多场合下停机造成的损失。避免了由于一个大功率高压开关器件的故障而导致的整机故障。保证了多电平变频器的可靠性。

 
图4：变频器输出的相电压门路PWM波形 

       ,车间降温水帘;  （2）该产品部分功能介绍
　　①N+1单元冗余系统。所有功率单元正常时，电压调制系数比正常的标准设备略低，当有单元出现故障旁路时，则自动提升调制系数，旁路一级时仍能够满电压输出。

         　　②单模块旁路技术。每相8个模块串联，当一个功率模块故障旁路时，与之对应的同级模块仍继续工作，通过中心点偏移技术使输出电压平衡，电压输出能力为95.6%，比同级旁路时输出电压大大进步。

         　　③掉电3秒不停机功能。在高压变频器高压失电3秒内，高压变频器自动减速继续运行，3秒内恢复高压变频器从最后运行频率开始恢复运行，3秒内高压未恢复变频器停机，20秒内高压恢复变频器自动执行飞车启动。

         　　④低电压延时保护功能。电网电压波动在＋15～－35％U0之间，高压变频器能够实施有效的低电压延时保护功能，保证系统的可靠性。

        ,通风工程报价; 　　⑤高压掉电恢复自动重启功能：为避免电网短时失电对企业生产造成影响，HARSVERT-A高压变频用具备来电自启动功能。当电网电压消失后，高压变频器紧急停机，假如在20秒内电源恢复（时间可设置），高压变频器会进行自动启动，恢复停机前的运行状态。

         　　⑥任意转速旋转启动。为了适应国内电网波动大，现场主动力电源母线段切换的要求，系统提供旋转中再启动功能。从而在电网电压波动超过＋15～－35％U0情况下，系统能够提供有效过、欠压保护；在电网恢复正常后，自动搜索跟踪电动机转速按照设定曲线恢复正常运行状态，保证机组安全运行不跳闸。在现场主动力电源母线段切换过程中，系统自动识别网侧电压变化，系统保护不停机；待电网电压恢复后，自动启动设备运行至给定频率值，满足现场对设备的高可靠性要求。为了满足不同现场对旋转中再启动功能的需求，系统提供完备的参数设定功能，保证系统动作有效，保护得当。真正适应现场运行工况要求。

         2.变频改造方案简介
　　#1炉送风机是两台双侧布置，高压变频改造前送风机的风量调节由人工调节挡板来实现。送风机及其电机参数如下：
电动机参数 
　　型号：Y500-4-6 额定电流：118.8A 
　　额定功率：1000kW 额定频率：50Hz
　　额定电压：6kV 额定转速：990r/min

         　　为了充分保证系统的可靠性，高压变频器同时加装工频旁路装置，当高压变频器异常时，停止运行，电机可以直接手动切换到工频下运行。工频旁路由3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3组成（如图5，QF为我厂原有高压开关）。其中QS2、QS3为双投隔离开关的两组刀，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开。

         　　高压变频调速系统内置西门子S7－200PLC，与现场DCS接口灵活方便。正常运行时，启动、停机操纵，频率调整由DCS控制，同时高压变频器状态实时反馈给DCS系统。

         3.高压变频器运行节能效果测试情况：

         （1）高压变频器参数
型号  HARSVERT-A06/130 输进电压  6kV 
额定电流  130A 额定功率  1000kW 

         （2）电机参数
额定功率  1000kW 额定电压  6kV 
额定转速  990rpn 额定电流  118.8A 

         （3）节能计算
　　通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。即当电机转速降为额定转速的80％时，调速系统（高压变频器＋电机）从电网侧吸收功率约降为额定转速时的51％，因此，若工艺要求系统风量下降即送风机转速下降时，节能效果十分明显。

         　　在相同运行方式及相同工况下进行测试，数据如下：
    高压变频器投运前后电机实际电流的变化
    机组负荷  变频前   变频后   节电率  
    125MW     70A      48A       25% 
    100MW     55A      29A       40% 

         　　比较高压变频器改造前后，送风机电机实际消耗功率，在机组125MW负荷时，计算节电约为25％，当机组负荷为100MW，计算节电率约为40％。经统计投运前、后两个月送风机单耗，节电率为27.7％，按现行上网电价，18个月可收回全部投资。

         4.空水冷却器简介
　　考虑广东地区夏天气温较高，利德华福为高压变频器配备了空水冷却器，保证设备安全运行。

         　　空水冷却器外形如图6所示。从高压变频器出来的热风，经过风管连接到内有固定水冷管的散热器中，散热器中通过温度低于33℃的凉水，热风经过散热片后，将热量传递给冷水，变成冷风从散热片吹出，热量被循环冷却水带走，保证高压变频器室内的环境温度不高于40℃。

图6：空水冷却器外形图 

   ,车间安装负压风机;      　　现场一台高压变频器配置两台空冷器（如图7），单台故障时不会对系统产生较大影响。从实际应用情况看，室内温度能控制在30℃左右，效果明显。

         　　经综合计算比较，空水冷却方式的用度约为空调冷却方式的50％。

图7：空冷器与变频器布局图

         5.结束语
　　高压变频装置由于其节能效果明显，特别是在低负荷时更为明显，采用变频调速后，实现了电机的软启动，延长电机的寿命，送风机挡板全开，消除了进口风道原有的喘振，也减少了风道的磨损。良好的节能效果和调节性能，具有广阔的推广应用远景。

         　　本厂两台设备自投运以来，运行非常可靠，未出现任何故障。完全可以说，本次我厂送风机高压变频改造项目是成功的。