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高压变频技术在盐化厂锅炉风机中的应用
 
湖北蓝天盐化有限公司 张晓瑞 彭传东

  摘 要:本文介绍了高压变频器在循环流化床引风机、一次风机、二次风机调速方面的应用,与传统档板调节进行比较。蓝天盐化厂在使用高压变频器调速后,节能效果明显,大大降低了能源的消耗。
  关键词:高压变频器 电动机软起动 节能

  湖北蓝天盐化有限公司为云梦县龙头企业之一,是一家大型盐化工生产企业。我公司在2005年度的锅炉技改工程中,对75t/h循环流化床锅炉的引风机、一次风机、二次风机的高压电机,均进行了高压变频技术改进,现将改进情况作简单介绍。

一、基本情况
  我厂75t/h循环流化床锅炉的引风机、一次风机、二次风机的风量调节、风压调节,原来采用的是传统做法,即风机以定速方式运行,由挡板调节。其主要弊端主要表现为:
  1、调节挡板前后压差增加,工作安全特性变坏,压力损失严重,造成能耗增加;
  2、风机定速运行,挡板调整节流损失大,出口压力高,系统效率低,造成能源的浪费;
  3、风道压力过高,威胁系统设备密封性能;
  4、长期的40-70%开度,加速挡板自身磨损,导致挡板控制特性变差;
  5、设备使用寿命短,日常维护量大,维修成本高,造成各种资源的浪费;
  6、设备起动冲击电流大,需增加配电设备容量而增加投资;
   7、与DCS不能直接配合,难于实现自动化操作。
  为了解决上述问题,我们经过了大量的技术论证,决定用高压变频器替代传统的挡板调节风量、风压的方法。经过多次考察、反复研究讨论,我们采用了三台北京利德华福电气技术有限公司生产的高压变频器,其型号为:HARSVERT-A06/040(315kW)、HARSVERT-A06/050(355kW)、HARSVERT-A06/030(250kW)。

二、HARSVERT-A高压变频调速系统的技术方案
(一)工作原理

  变频装置采用多电平串联技术,6kV系统结构见图1,整套系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。6kV系列有21个功率单元,每7个功率单元串联构成一相。每个功率单元结构上完全一致,可以互换,其电路结构见图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。
  输入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42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,使其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所示的阶梯PWM波形。这种波形正弦度好,dv/dt小,可减少对电缆和电机的绝缘损坏,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,可将此单元模块旁路退出系统而不影响其他单元的运行,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整机故障、停机的产生,从而保证了变频器的可靠性。利德华福的产品最多可允许2-3个单元模块的旁路。
(二)技术方案
  我厂此次采用一拖一自动旁路方案,其一次电路如图5所示。
  系统由3个高压真空接触器和2个高压隔离开关组成。其中KM3、KM2不能同时闭合。电机变频运行时,KM1、QS1、QS2、KM2闭合,KM3断开。要求做到:
  1、可以实现变频自动切换功能。
  2、旁路柜柜门上应有手动和自动分、合真空接触器转换开关。
  变频器出现严重故障时,系统能够根据需要自动转入工频电网中,断开变频调速系统,而负载不用停机,满足现场不能停机要求。
  这三台高压变频器经工程技术人员技术改进,最大限度地满足了安全可靠的工艺调速要求,其产品主要特点如下:
  1、对电网波动的适应能力增强。针对生产负荷波动大的工况,变频器进行了特殊设计,大幅度提高了其抗电网波动能力,做到电压波动在±15%以内时,变频器可以维持满额输出;电网电压降落在-15%~35%以内时,变频器都短时降额运行,不进行欠压保护,等电网电压恢复正常后,变频器自动恢复到原来的工作状态,大大减少了电压跌落造成的停机现象。
  2、多种及多路控制电源供电。变频器的控制电源不存在和主电源相位关系的要求,在现场提供的控制电源失电时,变频器利用自身配备的UPS为控制系统供电,变频器可以持续运行,做到控制电源丢失时(比如维修人员误拉低压电、开关跳闸、熔丝熔断等),仍然保证辅机设备的运行。另外还配备双路控制电源切换功能,能够接受现场的直流操作电源。相对交流电源而言,直流电源由于有蓄电池供电,有更高的可靠性。
  3、来电自启动功能。为避免电网短时失电对生产造成影响,该变频器具备来电自启动功能。当电网电压消失后,变频器紧急停机,如果在20秒内电源恢复,变频器会进行自动启动,恢复停机前的运行状态。
  4、采用新型IGBT功率器件,全数字化微机控制。
  5、无须功率因素补偿,能在20~100%的负荷变化情况内达到或超过0.95的功率因素。
  6、无需滤波器,变频器就可输出正弦电流或电压波形,对电机无特殊要求。
  7、具有软启动功能。没有电机启动冲击引起的电网电压下跌,可确保电机安全、长期运行。
  8、控制系统采用全数字微机控制,有很强的自诊断功能,能对所发生的故障类型及故障位置提供中文指示,能在就地显示并远方报警,便于运行人员和检修人员能辨别和解决所出现的问题。
  9、具有就地监控方式和远方DCS监控方式。

三、应用效果
  从三台风机采用高压变频器后的实际运行情况看,各项技术指标均满足使用要求,工作性能稳定,节能效果明显。下面是电机改造前工频运行与变频改造后变频运行的对比。
表一 电机改造前工频运行情况

设备名称

额定功率
kW

工频运行
电流A

功率因数

工频下电机功率kW

工频季度
耗电量

工频季度
耗电费

引风机

315

37.6

0.82

315

692077

276831

一次风机

355

40.5

0.86

355

781818

312727

二次风机

250

29

0.85

250

553312

221325


表二 变频改造后变频运行情况

设备名称

变频运行电流A

功率因数

变频下电机功率kW

变频季度耗电量

变频季度耗电费

节电率%

引风机

5

0.98

50

109989

43996

84

一次风机

13

0.98

132

285971

114388

63

二次风机

1

0.98

10

21997

8798

96

注:按季度运行时间为 T= 2160小时,按电价:0.4元/度计算。

  从上表看出,蓝天盐化厂在锅炉风机上应用高压变频技术后,节能效果十分显著,一年便收回了投资。概括起来其主要应用效果如下:
  1、变频起动对电网没有任何冲击。由于变频器改造后风机可以实现变频软起动,避免了起动电流的冲击,不仅对电网没有任何冲击,而且还可以随时起动或停止;
  2、按需调节风量,避免浪费。进行变频改造后,风机的送风量不再需要由风门来调节,而是由变频器通过变频调节风机的转速来实现,调节范围可以从0%—100%;因而可以根据生产需要随意调节风量,减少了不必要的浪费;
  3、变频节能运行,节约了大量能源。由于变频改造后不再使风机一直处于满负荷工作状态,节能率高达63%以上;
  4、降低风机工作强度,延长使用寿命。进行变频改造后,风机的大部分工作时间都在较低的速度下运行,因而大大降低了风机工作的机械强度和电气冲击,将会大大延长风机的使用寿命,降低维修强度;
  5、可使电动机与风机直接相连接,减少传动环节的费用;
  6、电机和风机运转速度下降,润滑条件改善,传动装置的故障下降;
  7、系统压力降低,对管道的压力和密封等条件缓解,延长使用寿命;
  8、系统完善的监控性能和高可靠性提高了工作效率,减少了检修和维护的工作量。

四、结束语

  由利德华福生产的HARSVERT-A高压变频调速系统在我厂风机上的使用非常成功。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;正常运行后,可靠性高,基本上无维护量。在一年多的运行过程中,性能稳定可靠,节能效果显著,为我厂的正常生产做出了巨大的贡献。
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