英威騰CHH100系列高壓變頻器在新疆南崗水泥廠(chǎng)窯尾風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造
前言
由于世界能源緊缺，煤、電、油等能源價(jià)格不斷攀升，能耗高已嚴(yán)重制約企業(yè)的生存和可持續(xù)發(fā)展，近幾年變頻調(diào)速的優(yōu)越性和節(jié)能效果已在低壓變頻器的運(yùn)用中得到充分體現(xiàn)，同時(shí)高壓變頻技術(shù)的日趨成熟，并逐步在冶金、化工、電力、建材等眾多行業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。公司各部門(mén)根據(jù)各自在操作、運(yùn)行維護(hù)、設(shè)備可靠性、控制、節(jié)能和管理等方面對(duì)公司工藝控制復(fù)雜、設(shè)備維護(hù)量大、故障率高；電氣控制復(fù)雜、耗電量較高、有較高的節(jié)能空間的設(shè)備進(jìn)行了調(diào)研和可行性分析，確定將窯尾高溫風(fēng)機(jī)（800kW/6kV）進(jìn)行變頻節(jié)能改造。
一、窯尾風(fēng)機(jī)變頻改造的可行性分析
1、高溫風(fēng)機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)狀：
公司回轉(zhuǎn)窯窯尾風(fēng)機(jī)電機(jī)為800kW/6kV高壓電機(jī)：
（1） 供風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)余量大：各風(fēng)機(jī)的擋板開(kāi)度為75%以下，沒(méi)有滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行；
（2） 現(xiàn)供風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)流量是通過(guò)擋板開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)節(jié)，它是通過(guò)改變擋板的開(kāi)度從而改變管網(wǎng)的風(fēng)阻來(lái)調(diào)節(jié)供風(fēng)流量的；還有通過(guò)液力耦合器來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速改變供風(fēng)量，這種方式雖說(shuō)簡(jiǎn)單易行，但它存在很大的弊病。其中(1) 節(jié)能效果:液力耦合器節(jié)能效果低，在低速時(shí)，有近3/4的能量被浪費(fèi)。大容量的設(shè)備還應(yīng)添加水冷系統(tǒng)。(液力耦合器是一種耗能型的機(jī)械調(diào)速裝置，調(diào)速越深(轉(zhuǎn)速越低)損耗越大，對(duì)于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化，原傳動(dòng)輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低，損耗功率相對(duì)小一些，但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小，調(diào)速效率仍然很低。(2) 安全性能:液力耦合器出現(xiàn)問(wèn)題后，必需停機(jī)維修，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。(3)運(yùn)行精度: 力耦合器靠油量和負(fù)荷的拉動(dòng)調(diào)速，調(diào)速精度低，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，轉(zhuǎn)速隨之變化。(4)維護(hù)費(fèi)用: 液力耦合器在運(yùn)行一定時(shí)間后，需對(duì)液壓油進(jìn)行更換。
（3）現(xiàn)在高壓電機(jī)多為水電阻啟動(dòng)起動(dòng)，巨大的起動(dòng)電流(起動(dòng)電流一般為額定電流的3倍左右)會(huì)產(chǎn)生巨大轉(zhuǎn)矩沖擊，會(huì)使電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組及組尼繞組承受很高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，致使電機(jī)籠條端環(huán)斷裂，鐵芯松弛，絕緣繞組擊穿等。這些情況會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備的使用壽命減短，維護(hù)時(shí)間與維護(hù)費(fèi)用增加。
（4） 工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，往往根據(jù)供風(fēng)的高低峰進(jìn)行人為調(diào)節(jié)。
2、節(jié)能預(yù)算：
根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率和極數(shù)的關(guān)系，即n=60f(1-s)/p,式中
n表示電機(jī)轉(zhuǎn)速
f表示輸入頻率
s表示電機(jī)轉(zhuǎn)差率
p表示電機(jī)磁極對(duì)數(shù)
可知，要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以通過(guò)改變電機(jī)極數(shù)和轉(zhuǎn)差率，以及頻率來(lái)實(shí)現(xiàn),變頻調(diào)速就是采用變頻調(diào)速器直接通過(guò)改變頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的。
由流體力學(xué)知道，風(fēng)機(jī)的流體流量（Q）與轉(zhuǎn)速（n）的一次方成正比，風(fēng)機(jī)的壓力（H）與轉(zhuǎn)速（n）的二次方成正比，風(fēng)機(jī)的功率（P）正比于風(fēng)機(jī)的流量（Q）與壓力（H）的乘積，即風(fēng)機(jī)的功率（P）與轉(zhuǎn)速（n）的三次方成正比，即
流量Q ∝ 轉(zhuǎn)速n
壓力H ∝ 轉(zhuǎn)速n2
功率 P ∝ 流量Q*壓力H ∝ 轉(zhuǎn)速n3
高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)：
功率P：800kW,
額定電壓：6kV,
額定電流：95A,
額定轉(zhuǎn)速：1487r/min,
功率因數(shù)：0.896；
高溫風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)：
運(yùn)行電流：65A,
風(fēng)門(mén)開(kāi)度：70%,
電機(jī)轉(zhuǎn)速：1300 r/min；
工頻運(yùn)行時(shí)的軸功率消耗：
P1=1.732*U*I*COSφ=1.732*6000*45*0.896 =419.00kw
保守估算變頻改造后的軸功率消耗：
根據(jù)工頻運(yùn)行是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1300 r/min，擋板開(kāi)度70%，結(jié)合擋板特性及流體學(xué)原理，變頻器改造后，風(fēng)門(mén)擋板全開(kāi)，電機(jī)可運(yùn)行在36.41Hz即可滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，變頻運(yùn)行消耗的功率為：
P2=800*(36.41/50)3/0.96 =322.63kw
變頻改造后一小時(shí)的節(jié)電量
△ P = ( P1－P2 )= 419.00-322.63=96.37kW
變頻改造后的節(jié)電率：
N =( 96.37/419.00)×100% = 23.00%，
年節(jié)約電費(fèi)（按80%的運(yùn)轉(zhuǎn)率、單位電價(jià)為0.42元/kWh）計(jì)算：
年運(yùn)行時(shí)間為365*24*80%=7008小時(shí)
年節(jié)約電量為96.37*7008=675360KWh=67.53萬(wàn)度
年節(jié)約電費(fèi)為：67.53 * 0.5 = 552230=33.76萬(wàn)元
3、改造后效果
根據(jù)以上節(jié)能計(jì)算，很明顯，當(dāng)采用變頻調(diào)速控制后，保守估計(jì)，節(jié)電率約大于為20%，除以上明顯的節(jié)能外，使用變頻調(diào)速還具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1) 優(yōu)良的調(diào)速性能，完全可以滿(mǎn)足于生產(chǎn)工藝要求。
2) 實(shí)現(xiàn)了空載軟啟動(dòng)，啟動(dòng)峰值電流和時(shí)間大大減少，避免了因大電流造成電機(jī)的絕緣老化及由于大力矩造成的機(jī)械沖擊對(duì)電機(jī)壽命的影響，減少電機(jī)的維護(hù)工作量。
3) 避免了大力矩造成的機(jī)械沖擊，減少了機(jī)械的磨損，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)葉輪的使用壽命，降低了維護(hù)費(fèi)用。
4) 系統(tǒng)安全、可靠，控制方便、靈活，自動(dòng)化水平高。
二、窯尾風(fēng)機(jī)高壓變頻改造的選擇
我公司與深圳市英威騰電氣股份有限公司在2008年5月15日簽署了一臺(tái)800kW/6kV的高壓變頻器購(gòu)銷(xiāo)合同，選用了一套該公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的CHH100-0800-06系列高壓變頻器，用于公司窯尾風(fēng)機(jī)的改造。變頻器為電壓源型，直接“高—高”方式，6kV電壓直接輸入，6kV電壓直接輸出，單元串聯(lián)PWM疊波輸出，每相6單元，功率單元和控制系統(tǒng)之間采用光纖通訊，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電的完全電氣隔離，提高了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力；
變頻器及其工頻旁路開(kāi)關(guān)由變頻器整體配套提供，主要元器件均采用國(guó)際知名廠(chǎng)家產(chǎn)品，所有重要零部件均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選和100%測(cè)試，整機(jī)進(jìn)行空載高壓負(fù)載試驗(yàn)。考慮到變頻器因故障退出運(yùn)行后不影響生產(chǎn)，確保系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)旁路選用自動(dòng)旁路柜，當(dāng)變頻器發(fā)生重大故障無(wú)法運(yùn)行時(shí)，變頻器將立刻分?jǐn)喔邏狠斎耄⒔o出故障報(bào)警，此時(shí)自動(dòng)旁路柜將電機(jī)自動(dòng)投入工頻電網(wǎng)運(yùn)行；
高壓變頻器調(diào)試正常后，英威騰公司技術(shù)人員還在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)高壓變頻器的操作、日常維護(hù)以及易出現(xiàn)的故障等作了詳細(xì)的講解和培訓(xùn)。