1、運(yùn)行工況分析
福建閩光冶煉公司燒結(jié)車間共有兩臺風(fēng)機(jī),一臺燒結(jié)風(fēng)機(jī)容量1600kW,一臺冷卻風(fēng)機(jī)1250kW。在變頻改造前，采用擋板調(diào)節(jié)，燒結(jié)風(fēng)機(jī)擋板的開度為92%, 燒結(jié)冷卻風(fēng)機(jī)擋板的開度為68%，在一般情況下 ，采用擋板調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)其實(shí)際消耗功率與風(fēng)量大致成正比，與風(fēng)門的開度也大致成正比，從實(shí)際運(yùn)行時(shí)的風(fēng)門開度及電流參數(shù)也可以看出這一點(diǎn)。
對運(yùn)行情況進(jìn)行分析，可以得出以下兩點(diǎn)：
（1）風(fēng)機(jī)實(shí)際風(fēng)量約為額定風(fēng)量的一部分，風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)離額定點(diǎn)運(yùn)行，其實(shí)際運(yùn)行效率很低。
（2）由于擋板的存在，擋板前后存在壓差，形成節(jié)流損耗消耗了一部分能量。
從以上兩個方面改善其運(yùn)行工況，減小損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。
擋板這種調(diào)節(jié)方式雖然簡單易行，但它是以增加管網(wǎng)局部損耗，耗費(fèi)大量能源為代價(jià)的。對于高壓大功率電機(jī)，耗能則更大。當(dāng)采用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)，其效率最高，因?yàn)轱L(fēng)量隨轉(zhuǎn)速的一次方下降，而其軸功率則按轉(zhuǎn)速的三次方規(guī)律下降。對于交流電動機(jī)，目前性能最佳的調(diào)速方式是國際上公認(rèn)的交流變頻調(diào)速。
2、變頻調(diào)速節(jié)能原理
從流體力學(xué)的原理得知，葉片式風(fēng)機(jī)，軸功率P與風(fēng)量Q，風(fēng)壓H的關(guān)系為：
當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時(shí), Q、 H、 P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下:
可見風(fēng)量Q和電機(jī)的轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當(dāng)需要80%的額定風(fēng)量時(shí)，通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率到40Hz即可，這時(shí)所需功率將僅為額定的51.2%。
如圖1所示，從風(fēng)機(jī)的運(yùn)行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。
當(dāng)所需風(fēng)量從Q1減小到Q2時(shí)，如果采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的辦法，管網(wǎng)阻力將會增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)行，所需軸功率P2與面積H2 Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機(jī)的特性曲線將下移，因此其運(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn)。此時(shí)所需軸功率P3與面積HB Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt(P)與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比。同時(shí)，調(diào)速前后風(fēng)抗效率不變，可以保證在高效區(qū)運(yùn)行，而風(fēng)門調(diào)節(jié)將改變風(fēng)機(jī)效率，風(fēng)機(jī)偏離額定點(diǎn)越遠(yuǎn)，效率越低。
考慮減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過實(shí)踐的統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)類通過調(diào)速控制可節(jié)能30%～60%。
3 、HIVERT系列高壓變頻器的技術(shù)特點(diǎn)
HIVERT型智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)為直接高壓輸出電壓源型變頻器，它采用先進(jìn)的功率單元串聯(lián)疊波方式、空間矢量控制的正弦波PWM方法實(shí)現(xiàn)高壓輸出，無需升壓可直接拖動高壓電動機(jī)，無需加裝濾波裝置，諧波指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)對電網(wǎng)諧波的要求。HIVERT智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主要具有以下技術(shù)特點(diǎn)：
(1) 完整旁路技術(shù)——單元自動旁路和主回路自動旁路技術(shù)。單元故障時(shí)，故障單元自動旁路，保證系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。主回路自動旁路技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工頻/變頻運(yùn)行狀態(tài)的雙向自由互切且轉(zhuǎn)換迅速。
(2) 抗電壓波動能力強(qiáng)——網(wǎng)側(cè)電壓在額定電壓80%～115％范圍內(nèi)波動時(shí)，系統(tǒng)不停機(jī)。
(3）瞬時(shí)停電保護(hù)功能。當(dāng)主電源失電后，變頻器控制電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)運(yùn)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(fù)，變頻器回到原運(yùn)行狀態(tài)。
(4) 智能加減速控制——系統(tǒng)自動識別加、減速控制速度是否得當(dāng)，根據(jù)工況自動調(diào)整變化速率，在盡快達(dá)到控制目標(biāo)的同時(shí)又能有效防止加、減速過快造成系統(tǒng)停機(jī)。
4、 系統(tǒng)主接線與控制方式
(1)原系統(tǒng)方案
原系統(tǒng)共二臺引風(fēng)機(jī)，用水電阻起動電機(jī)，當(dāng)電機(jī)起動至額定轉(zhuǎn)速再切掉水電阻。電機(jī)與風(fēng)機(jī)直接連接，通過風(fēng)門擋板的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。
(2)改造后系統(tǒng)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(jī)的連接方式見圖2所示。
該方案在設(shè)計(jì)中考慮：
(1)變頻器出線刀閘K1、K2同一時(shí)間最多只能有一個閉合。K1、K2兩刀閘機(jī)械互鎖。
(2)當(dāng)變頻器出線刀閘K閉合時(shí)，其對應(yīng)的電動機(jī)的工頻進(jìn)線斷路器不能閉合；相反，當(dāng)某電動機(jī)工頻進(jìn)線斷路器閉合時(shí)，不允許閉合相應(yīng)的變頻出線刀閘K。工頻與變頻之間電磁互鎖。
(3)電機(jī)啟動方式，如需變頻輸出到1＃電機(jī)：斷開1＃高壓進(jìn)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(diǎn)，閉合變頻器高壓進(jìn)線刀閘，啟動變頻器。
(4)變頻切換至工頻：包括變頻器故障停機(jī)或人為切換至工頻，變頻器停機(jī)后首先斷開對應(yīng)的出線刀閘，如K2，閉合對應(yīng)的高壓開關(guān)柜，如2#高壓開關(guān)柜斷路器。
(5)工頻切換至變頻：斷開對應(yīng)的高壓開關(guān)柜，如2#高壓開關(guān)柜斷路器；變頻器閉合對應(yīng)的出線刀閘，如K2；啟動變頻器。
5、項(xiàng)目改造總結(jié)及收益分析
燒結(jié)冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況要求其24h連續(xù)運(yùn)行，偶然跳閘或停機(jī)不會對整個生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響。故采用HIVERT系列手動旁路變頻系統(tǒng)。當(dāng)變頻故障時(shí)，變頻切換到工頻狀態(tài)運(yùn)行，而當(dāng)變頻故障恢復(fù)后，又可通過人工切換回變頻運(yùn)行。從而可以大大地提高生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性。
根據(jù)兩年來運(yùn)行情況,因冷卻風(fēng)機(jī)有較大的節(jié)電空間，基本上變頻器是用于驅(qū)動冷卻風(fēng)機(jī)，以達(dá)到最大的節(jié)電效果。從2006年1月1日~2007年12月31日期間的運(yùn)行頻率和變頻節(jié)能測試數(shù)據(jù)記錄，采用變頻改造后，冷卻風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)一般運(yùn)行在30~45Hz，正常生產(chǎn)時(shí)運(yùn)行頻率一般在40Hz左右，對應(yīng)輸入運(yùn)行功率為492kW左右，改造前為961KW，節(jié)電測試結(jié)果變頻裝置投入運(yùn)行時(shí)：
減小輸入功率：961-492=469（kW）；
節(jié)能比率：469/961=48%；
按平均每天運(yùn)行24小時(shí)，電價(jià)0.5元/度，一年運(yùn)行330天計(jì)算，每年可以節(jié)約電費(fèi)約為：469×24×0.5×330=185.7（萬元）。
風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造后年節(jié)約電費(fèi)可達(dá)185萬元以上。
由節(jié)能數(shù)據(jù)看出，HIVERT系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于高爐風(fēng)機(jī)的節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。另外，采用變頻調(diào)速控制后，其他方面的效益也是明顯的，如：
(1)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高： 原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動時(shí)，采用無功補(bǔ)償，其實(shí)際運(yùn)行功率因數(shù)為0.88。采用高壓變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.95以上，無需無功補(bǔ)償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。
(2)設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用下降：采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能，在負(fù)荷率較低時(shí)，電機(jī)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護(hù)周期可加長，設(shè)備運(yùn)行壽命延長。
(3)噪聲大大減小，改善運(yùn)行人員的工作環(huán)境：采用變頻調(diào)節(jié)后，由于通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，風(fēng)門全開，鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)管的噪音大大下降，改善工作環(huán)境條件，現(xiàn)場運(yùn)行人員反映良好。
(4)用高壓變頻調(diào)速裝置后，可對電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動，啟動時(shí)電流不超過電機(jī)運(yùn)行額定電流的1.2倍，對電網(wǎng)無任何沖擊，電機(jī)使用壽命增長。
6、結(jié)束語
HIVERT系列高壓變頻器在燒結(jié)冷卻風(fēng)機(jī)調(diào)速改造，設(shè)備投運(yùn)以來運(yùn)行穩(wěn)定，保證了燒結(jié)的正常生產(chǎn)，并取得了可觀的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益與附加效益，為該產(chǎn)品在冶煉行業(yè)的推廣應(yīng)用取得良好經(jīng)驗(yàn)。