高压风机（精选9篇）
高压风机 篇1
目前, 我国电力供应不能满足生产和生活需要以致影响国民经济的持续发展。要解决这矛盾一方面要节能。要对现有耗电多的设备进行改造以节约能源。另方面要加快发电设备的生产与安装, 以便迅速增大发电容量来提供充裕的电力。这两方面涉及的问题很多, 而且面也很广。非简单地完成几项措施就可以解决。但最好从容易办到而成效较大的方案着手。为此, 本文提出研制新型节能高压水泵和高压风机。希望国内有远见的厂家作为新产品研发而采用。这不但对当前电力供应矛盾有缓解作用, 并可为将来设备更新和发展创造条件。
在能源冶金和化工工业, 使用的高压水泵和高压风机一般都是容量大耗能多和不停地运行的设备。这些设备如采用有效的节能措施, 对降低生产成本、缓解电力供应的紧缺都有一定作用。现先从高压水泵说起。它们都是多级离心式水泵。其内部构造是由多级离心叶轮安装在同一轴上, 用外壳分隔并串接多级离心式叶轮于一个壳内。它的横断面上半部如图 (1) 所示。
水流从水泵进水管导向叶轮入口, 经叶轮旋转力作用下向外流入外壳, 转弯后再导向下级叶轮进口。如此逐级地流过去。最后经出水管引出。水流在整个水泵内流经外壳固定部分的通道是急转弯, 而且截面不断扩大和收缩。水流经过要遇到很大阻力, 消耗不少能量。能量消耗随流速的增快 (容量增大) 和叶轮的级数增多而迅速增加。要使高压水泵降低能耗达到节能效果。就要对造成内部损耗的水流阻力损失尽可能减少。办法是将这段通道改为蜗壳型旋流, 避免急转弯和扩大收缩通道, 使水流经时速度均匀, 并利用进口蜗壳使水旋流利用它的动能降低进口能耗如图 (2) 所示。
新型水泵每级叶轮出口的外壳截面成蜗壳型。水流经叶轮外径周缘向蜗壳流动时, 沿四周导向上方出口斜接入下级叶轮进口蜗壳。水流经出口和进口蜗壳速度基本均匀。两者之间没有急转弯。从流体力学观点来说, 这样的通道水流经过时阻力最少。内耗的降低提高了水泵的经济性能。换言之, 在相同条件下新型水泵需用的功率比目前的水泵所用的功率少。级数多流量大时尤为显著。这样改进外壳造型就能使高压水泵节能是比较容易做到的事。
高压风机就不像高压水泵以多级离心式高压水泵占绝对多数。它整体效率低, 是由于它叶轮提升压力因气体密度小在离心力作用下能产生的风压低, 而级间连接阻力大。这两者之间的比例远较高压水泵为高。它的经济性比不上大小各种高压风机。如活塞式风机, 罗氏风机和轴流涡轮风机等。以多级离心风机与涡轮风机作比较, 就单级叶轮而言, 两者的经济性能相差不远。但串接而成高压风机之后。两者的效率差距变大。串接级数越多差异越大。这主要是涡轮式叶轮串接时上下级之间很少能耗损失。它串接拾数级之后其效率仍较要达到同样风压而只串接几级的离心式风机的效率为高。其实, 高压涡轮式风机制造困难、造价高、运行条件要求严只是它的经济性能较优越而得到普通使用。因此提高多级离心式风压机的经济性能不但是现有风机节能需要, 也为它广泛得到应用而创造条件。
提高串级离心压风机效率与提高串级高压水泵采用相同的途径-尽量降低级间连接通道对气流造成的阻力。通道要造成流线型。考虑到风机单级提升压力有限, 高压风机因出口压力高而要串接成拾多级以上时。新型离心式压风机应如 (3) 图, 结构紧凑而合理。
多级离心式压风机的叶轮依次分别交错地安装在两根平行轴上。两轴以相同的旋转方向转动。这两轴可以用齿轮箱与电动机连接或分别由两个电动机带动。前后级蜗壳是对称地前后排列。也就是说前级气流由下方流入次级时, 次级气流由上方再流入下一级。这样气体流过多级离心式压风机的立体通道是近似一螺旋曲线。其流线短而无急转弯如 (4) 图所示。
气体密度对离心式压风机的出力有密切关系。叶轮转动图1图4使气体流经后提高的压力与密度成正比例。从第一级开始, 如进口通道阻力稍有增大就会使吸入气体密度降低而使这级提升压力有所下降。另外, 随着级数的增加, 每级气体的密度逐渐增大。后级提升的压力比前级大。考虑到以提高气体密度以促使风机压力进一步提高, 可以加装入口抽气增压器其系统。
这样系统的运行特性与活塞式压风机或罗氏风机相似。流量很少时出口压力可以提升很高。它的应用范围十分广宽。从小流量高压力到大流量中等压力这广宽范围都可使用。
前面所说的是新型高压水泵和高压风机的节能效果。现在再谈利用新型高压风机与涡轮机配套成燃气轮机发电以加快发电设备的制造与安装问题。燃气轮机作为中等容量的动力已开始广泛用于大型轮船上。它的优点是比蒸汽轮机成套设备从制造和安装总的工作量较少。即投资少见效快。作为目前大容量汽轮机发电设备的补充措施, 燃气轮机是比较理想的设备。目前它不能普遍应用于发电设备主要是它的运行成本高, 燃料费用大。要提高其经济性能先要提高其内热效率。方法是提高压缩空气的压力和燃烧后的温度。其次是提高综合热能利用。由于它的排气温度高可以利用余热加热成蒸汽供发电或供热用。现在着重就提高压缩空气的压力而采用新型离心式高压风机作为燃气轮机配套用的空气压缩机作说明目前燃气轮机都是采用涡轮式空气压缩机。由于它单极提升压力十分低, 目前已经串接到二三十级之多。要进一步提升压力从制造方面已相当困难, 且由于压力进一步提高, 其后段级间泄漏损失增大, 其经济性将迅速下降.采用新型高新式高压风机就容易解决这问题。其结构如图 (5) 。
用离心式风压机代替涡轮式风压机, 从制造方面来讲, 生产较容易。生产成本可以降低。从运行方面来讲, 调整超负荷不单靠调整燃料, 也可同时调整风量。这样在低负荷时运行经济性能可以提高同时它可以向高压大容量发展前景会更广宽。
高压风机 篇2
阅览次数：881 来源：《控制与传动》 作者：杨文喜 秦强林 陈卫东
概述：
文章根据昆钢集团二炼钢厂为了提高系统自动化程度、改善工艺条件从而在转炉吹氧风机的设计上采用了东方凯奇公司高压大功率变频器替代传统的液力耦合器进行调速的情况，结合东方凯奇公司高压大功率变频器在现场的使用情况、以及与液力耦合器进行对比后的情况总结了采用变频器后的优点、对提高工艺水平的好处以及良好的节能效果。
从使用的情况看，高压大功率变频器完全可以适应这种场合的应用，它的优异性能将会为用户带来极大的方便和产生良好的经济效益。
关键词：高压变频器，液力耦合器，除尘风机，调速节能
1.工程概述
昆钢二炼钢厂现有原设计公称容量15吨氧气顶吹转炉三座，2000年对转炉进行了扩容和氧枪改造。2001年二炼钢厂全年共产钢90.6万吨，转炉平均出钢量为22吨/炉，装入量为24吨。2002年二炼钢全年共产钢104.5万吨。
随着国民经济的高速发展，需要在现有设备条件下尽力挖掘设备潜力，提高钢铁产量。根据我们调查和分析，限制二炼钢厂综合产钢能力提高的主要因素是转炉系统产钢能力不足。
转炉产钢能力主要受出钢量，转炉作业率和缩短冶炼周期等因素制约。为实现150万吨综合产钢能力，除了对转炉扩容外，还必须提高转炉作业率和缩短冶炼周期。通过理顺物流，可减少转炉等待时间2.5分钟；提高铁水质量，增加供氧强度，缩短供氧时间2.5分钟；稳定原料成分，减少波动，可提高转炉一次倒炉出钢率，缩短终点倒炉取样及测温时间1.5分钟。冶炼周期可从现在的29.47分的基础上缩短至23.5分钟以内，使二炼钢厂的综合产钢能力达到150万吨。
在市场竞争日益激烈的前提下，昆钢集团有限公司二炼钢厂积极采取措施在增加产量的同时降低消耗，使企业在市场竞争中增加竞争力。
2.调速方案的选择
昆钢二炼钢厂在2003年6月扩建炼钢厂设计综合产钢能力为150万吨，其三座转炉分别配置三套除尘系统，该系统一方面将燃烧不完全的煤气回收，另一方面通过除尘风机排除剩余烟气，为满足钢厂节能及环保的要求，除尘风机根据炼钢工艺在吹氧及炼钢时高速运行，其余时间为低速运行。
为了满足生产工艺，使系统的运行符合工况，肯定需要系统有良好的调速性能。传统的解决办法是采用液力耦合器调速技术方案、直流调速技术方案以及其它方式的调速方案。一般采用液力耦合器进行风机调速的居多，由于液力耦合器本身的技术缺陷，在该系统中已难以较好地满足生产工艺要求，这些缺陷有：
a．采用液力耦合器时，在低速向高速运行过程中，延迟性较明显，不能快速相应，同时这时候的电流较大，如整定不好会引起跳闸，影响系统稳定性。
b．液力耦合器本身控制精度差，调速范围窄，通常在40％～90％之间； c．电机启动时，冲击电流较大，影响电网的稳定性。
d．在高速运行时，液力耦合器有丢转现象，严重时会影响工作的正常进行。e．液力耦合在调速运行时产生机械损耗和转差损耗，效率较低，造成电能浪费。f．液力耦合器工作时是通过一导管调整工作腔的充液量，从而改变传递扭矩和输出转速来满足工况要求；因此，对工作腔及供油系统需经常维护及检修。液力耦合器经过一段时间使用，其维护费用较高，g．液力耦合器故障时，无法再用其它方式使其拖动的风机运行，必须停机检修。h．耦合器运行时间稍长，会漏油严重，对环境污染大，地面被油污蚀严重。i．风机和电机的运行噪音大，达到90dB左右，严重影响操作人员的身体健康。从以上情况来看，如果使用液力耦合器，会制约昆钢二炼钢厂节能降耗，降低生产成本，提高生产效率，增加企业竞争力的目的。
由于使用液力耦合器有这些固有的缺陷，现在有很多企业已经采用新型的高压大功率变频调速装置拖动风机，取得了良好的应用效果。
2003年6月，昆钢集团二炼钢厂和成都东方凯奇公司经过技术磋商，决定在1号转炉的除尘风机上进行变频改造，以满足风机调速的要求，改善工艺状况。3.变频改造方案实施
除尘风机是除尘净化系统的动力中枢，一旦除尘风机不能正常运行，不但影响生产，造成巨大的经济损失，还有可能危胁到现场生产人员的人身安全；另外，调速系统工作的环境比较恶劣；同时转炉又周期性间断吹氧；所以，和除尘风机配套的高压调速系统，要求具有极高的可靠性。基于以上工作特点，对变频调速系统的主要要求如下： a.要求变频器具有高可靠性，长期运行无故障。
b.要求变频器有完美的旁路功能，一旦出现故障，可以先切换到单元旁路下运行，同时也可以使电机切换到工频运行。
c.调速范围要大，效率要高。
d.具有逻辑控制能力，可以自动按照吹氧周期升降速。
e.有共振点跳转设置，能使电机避开共振点运行，让风机不喘振。系统原理图如下：
其中K1、K2、K3为变频器的旁通柜，K1、K2与K3互锁，从系统的原理图中可看出，进行变频改造对原系统改动较小，可在较短时间内完成改造方案，K3的加入可使变频在有故障的情况下工频旁通。该变频器的参数如下： 型 号：DFCVERT-MV-1000/6B 输入参数：
额定电压：三相交流6.3kV±10％ 频 率：50Hz 输入侧电流畸变率：＜4%（30%负载以上）输入侧功率因数：＞0.96（20%负载以上）输出侧电流畸变率：＜3% 效 率： 96％ 输出参数：
容 量：1000kVA（适配电机功率800—850kW）额定输出电压：6kV 额定输出频率：50Hz 输出频率范围：0.1—50Hz 频率分辨率：0.01Hz 升降速时间：1—3000秒可调 电流波形：完全正弦 其它：
防护等级
IP31 环境温度
0-40℃ 环境湿度
90%,无凝结 海拔高度
1860米
高低速逻辑控制功能（加减速时间均可按照工艺要求设定）具有标准PID控制功能
具备故障查询功能，与上位机联机后可以打印故障 支持DCS、ProfiBus网络化运行 支持远端操作显示
输入输出保护：输入缺相、欠压、过压、过流；输出过流、缺相、不平衡等 内部保护：过载、过热、通讯故障、单元自动旁路故障单元等;电机参数如下：
电机型号：Y B630S1-1 额定功率： 800kW 额定电压： 6kV 额定电流： 90.6A
额定转速： 2950r/min 功率因数： 0.89 风机参数如下： 风机型号：D1100 额定流量：66000m3/ h 全 压：24658 Pa.g 效 率：95.5%
2003年8月底变频器发往现场，9月中旬变频器完成了现场的安装调试工作并正式投入生产运行。
变频器从制造到正式投入使用，所用的生产、安装、调试周期都很短，总共仅有3个多月的时间，保证了1号转炉的技术改造的周期和正常的生产。
同传统的液力耦合器比较，东方凯奇电气有限责任公司生产的高压变频器有以下优点：
（1）运行稳定，安全可靠。原来使用液力耦合器大概40天左右就必须更换轴承，每次需停炉半天左右，带来的巨大的经济损失。DFCVERT-MV型变频器具有免维护的特点，只需定期更换柜门上的通风滤网，不用停机，保证了生产的连续性。（2）节能效果较为显著，大大降低了吨钢电耗。
（3）电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机会处于共振点运行的可能性，使风机工作平稳，风机轴承磨损减少，延长了电机和风机的使用寿命和维修周期，提高了设备的使用寿命。
（4）变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护。
（5）变频器同现场信号采用可靠的连接方式，控制方便，性能可靠，满足炼钢生产的需要。变频器内置有PLC，现场信号接入灵活。在控制逻辑上，由现场（转炉）为变频器提供一对高速、低速节点，变频器按照节点的状态自动高速、低速往复运行；由变频器自身的频率输出进行转速测定，可以取消原来同电机相连的测速器，由变频器为现场直接提供电机转速指示。
（6）设备适应电网电压波动能力强，有时电网电压高达6.9kV，或者电压低至5.5kV变频器仍能正常运行。
（7）同液力耦合器比较，在加速期间大大减小了噪声，削弱了噪声污染。由于不用定期拆换轴承或者对液力耦合器进行维修，避免了机油对环境的污染，使风机房的现场环境有了极大改善。
（8）由于电机降低速度运行以及工作在高效率区，因此电机和轴承的温升都明显低于采用液力耦合器的系统，这样可以延长风机系统的使用寿命。
从现场投运来看，该变频器通常运行在高速和低速两种状态，当转炉在吹氧和炼钢时，变频器由低速转入高速状态，上升时间要求在1分钟之内完成，否则在吹氧和炼钢时要产生大量的烟气，若不能及时排出烟气，将会影响到生产甚至现场工作人员的人身安全。经过现场多次运行，DFCVERT-MV-1000/6B变频器完全能够满足这项技术要求。其次，从高速到低速也完全满足工艺的要求。
4.经济分析
根据扩建后炼钢工艺要求，炼一炉钢为23分钟。由风机中控室根据下氧枪信号给变频器一高速信号使变频器运行在高速状态，时间为8～12分钟，根据转炉出钢信号使变频器运行在低速状态，时间为11～15分钟，其中，高速状态为43HZ（2500转/分钟）；低速状态为18HZ（1000转/分钟）。现场实测到当变频器运行在高速状态时，变频器的输入电流为40.2A；当变频器运行在低速状态时，变频器的输入电流为18A；炼一炉钢变频器运行在高速状态平均所需时间为10分钟，低速状态平均所需时间13分钟；若按年工作日8000小时计算，那么，变频器在一年里高速状态的时间约3480小时，低速状态约4520小时；（1）采用变频器拖动风机时 高速状态：
P1 =√3 UIcosф= 1.732×6.3×40.2×0.96＝419.00544kW 低速状态：
P2 =√3 UIcosф= 1.732×6.3×18×0.95＝186.58836kW平均功率 P=P1×0.8+P2×0.2=372.52kW(高速状态约80％，低速状态为20％)（2）采用液力耦合器时
高速状态：
P1’ =√3 UIcosф= 1.732×6.3×52×0.93＝527.68kW 低速状态：
P2’ =√3 UIcosф= 1.732×6.3×44×0.9＝432.1kW平均功率 P’=P1’×0.8+P2’ ×0.2=508.564W(高速状态约80％，低速状态为20％)（3）采用变频调速和采用液力耦合器调速与采用变频器调速装置运行的节能率对比： F=(P’-P)/P=(508.564-375.52)/508.564=26.17% 从计算结果知道，采用变频器技术改造后，不仅具有良好的节能效果，而且操作方便，特别适合于钢铁厂进行风机的技术改造。
5．工艺特性的改进
采用变频调速后，整个炼钢风机的工艺特性得到很大的改进，主要反映如下：（1）电机的温升和轴承温升下降明显 电机温升在采用液力耦合器时的59℃下降至44℃，电机的前后轴承的温度都有响应的下降；
（2）电机的振动明显降低 电机的振动由采用液力耦合器的2.2mm下降到0.2mm，改善的效果非常明显。
（3）整机的运行噪音改善明显 采用液力耦合器时，无论低速高速，由于电机均处于工频运行，整机的噪音明显，达到90dB左右，但是进行变频改造后，整机的运行频率下降至40Hz左右，电机的运行噪音明显下降，低于80dB,在低速运行时基本上听不到噪音，达到65dB以下，大大改善了现场的噪音污染。
（4）日常维护包养工作量和费用下降 采用液力耦合器估计每年的维护费用在5万元左右，采用变频器后，这项费用下降为数千元左右。
（5）调速范围 采用液力耦合器调速范围具有相当大的限制，采用变频器后，变频范围可以任意设定，大大地增强了工艺调节能力。6.结束语
经过近半年的运行，证明DFCVERT-MV-1000/6B高压大功率变频器性能好，可靠性高，节能效果明显，满足连续生产对调速系统的要求，同时可以大大改善工艺条件，提高生产效率，具有很好的推广价值。
高压风机 篇3
一、概述
随着冶金、石油化工等许多行业生产能力越来越大，其单机容量的不断增加，其生产设备的驱动电机也越来越大，而普通笼型异步电动机在空载全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的5～7倍，当电动机容量相对较大时，该起动电流将引起电网电压急剧下降，同时对电机本身产生很大的冲击，这样大型电动机的软启动问题就作为一个重要的课题被提出，各种各样的软启动技术应时而生。高压热变电阻降压软启动技术是其中最重要的也是最成功的技术之一，已逐步为市场所接受。现着重对该技术的技术现状及展望作个简单的介绍。
二、热变电阻原理
谈到热变电阻器，人们很容易联想到温度敏感电阻器等，其实，金属电阻材料的电阻特性一般呈现正温度系数变化。半导体材料的温度特性是负温度特性。
电解质在水中的电离是比较复杂的，离子存在也是多种多样的，有单个阴、阳离子存在，也有多个阴、阳离子与水分子等吸附在一起形成的离子团。离子团的存在是影响电解液导电的一个重要因素，它使很多单体离子失去独立的载流作用。离子团的存在受温度的影响，当温度逐步升高时，离子团破坏，释放出单体自用离子和离子团，导电能力增强强，呈现明显的负温度特性。
通过研究这种电解液体有以下明显的特点，可以利用：
1、导电为液体材料，可以流动，可以自循环，可以根据需要制成各种导电结构形状，可大可小；
2、水溶液比热率大，因而可以根据需要制成各种大容量电阻器；
3、具有明显的负温度电阻特性；
4、物理-化学性能稳定，重复性强，耐久性好，性能稳定；
5、成本低廉，不消耗贵重金属，属绿色环保产品，无三废排放；
因为具有以上显著特点，使得电解液体具有广泛的应用，利用高压热变电阻制成的高压大型电动机降压启动器就是其中重要应用之一。
三、高压热变电阻软启动装置
高压热变电阻启动器是利用上述理论解决大型高压电动机的软启动问题而开发的新产品—高压大容量热变电阻。它由开关柜壳体、液箱、热变电解液、电极及导流机构等组成。
在电动机启动时，将该电阻器串入电动机的三相定子回路中，实现电动机降压启动，当电动机启动时，电动机的定子电流流过热变电阻器从而使电阻体发热，温度逐步升高，电阻逐步下降，在电动机启动电流基本恒定的情况下，电动端电压逐步升高，从而使电动机转矩逐步增大，实现电动机的平滑启动。
热变电阻的导流机构的另一个作用就是快速将高温导电液体导出，使有效电阻区域内的液体快速降到常温，以便下一次启动。
采用高压热变电阻器实现降压启动的电动机有以下的新著的启动特性：
1、恒电流软启动特性 在电动机启动过程中，电流基本保持不变，数值可以保持在2.5Ie以下，且具有显著的软启动特性；
2、启动过程系统功率因数高且接近恒定 一般采用热变电阻降压启动的电动机系统功率因数都在0.8以上，且整个启动过程接近恒定不变；
3、母线压降小 由有上述1、2特性，使得电动机在启动时对电力系统的影响降到最低，母线电压降在5%左右；
4、电动机启动平稳无冲击 电动机的启动转矩由小到大逐步增高，因而使机械设备启动平稳，无冲击、无啸叫声，且机械能平稳超越谐振转速，使机械设备免受损害；
四、应用情况介绍
我们山东京博石油化工有限公司于2007年100万吨/年焦化装置新上6KV 3600KW引风机1台，主电动机启动设备选用了HTR1-Y型高压热变电阻软启动装置，引风机电动机主要参数如下：P=3600KW， U=6KV，I=410A。
这台风机的电动机是我公司目前最大的一台电动机。大功率的电动机的启动电流很大，启动瞬间对电网的冲击更大，对电网和机械的冲击所带来的危害很大，这是我们最为关心的问题。我们公司6KV主配电室的进线电缆有600多米长，已经运行5年多，是瓶颈式的薄弱环节。同时线路也是其他主要装置的供电线路，根据线路供电参数，经过理论计算后，若采用传统的启动设备，线路承受不了如此大的启动电流，600米长的电缆线将成为事故的高发段。同时势必影响同一供电线路的其他在线设备的安全运行。如果更换电缆，将投资75万元，而且施工难度较大。我们选用了一台容量为4000KW的热变电阻软启动装置，作为这台大电动机的启动设备。
该启动设备经过多次试车启动及实际运行启动，无论是启动电流还是线路压降，均达到了设计要求。
这台设备从安装调试和近一年的使用情况来看，主要有以下特点：
1、启动电流小，测的实际启动电流在1000左右，说明在启动过程中具有一定的节能效果，并改善启动特性。
2、电网压降小，电压控制在5%左右，可见启动时对电的冲击在理想的范围以内；
3、启动平稳，启动电流平滑，冲击相当小。
4、一次性投资少；
5、无需维修，由于启动装置的热容量大，对启动设备无损伤，所以安全可靠，基本无需维修。
五、社会效益
高压热变电阻的研制成功，尤其是超大容量产品的成功研制和产业化的实施，为我国大型电动机的启动提供了一种经济可靠的启动方式选择方案。
（一）节约一次性投资和维护成本
1、高压热变电阻器本身造价低，控制系统简单，总体直接投资在高压大型电动机各启动方案中是较经济的一种方式，相比进口的变频器更显价格优势，只是同能进口设备的1/8-1/5。
2、节约长期技术性投资 该方理论成熟，结构简单，性能稳定、运行可靠、基本免维护，一般的技术工人通过培训后就可以满足使用和维护的需要
（二）节能
1、如前所述，采用该启动方案可以大大降低电动机启动对电力系统的要求，降低电力变压器运行损耗，节约运行成本。
2、由于传统的电动机启动方案存在许多技术问题，比如在启动时，容易烧电机、易造成电网压降大，影响系统负荷的运行，或者谐波严重等，采用了热变电阻降压启动后。
针对上述的要求，为解决年内启动2-3次，高压热变电阻启动器投资少、使用簡单、稳定性好，占较大的优势，值得推广。
参考文献
[1]热变电阻器〔余龙海〕北京大力浩然工业控制技术有限公司.
[2]热变电阻在鼠笼电动机中的应用〔肖宝林〕 湖南湘潭钢铁集团公司.
关于风机高压变频改造的研究 篇4
风机在发电厂、煤炭企业中应用非常广泛, 总体来说给我们的工作带来了很多便利。但由于在以往的风机中, 针对风量的控制一般所使用的是挡板阀门的方法, 这种方法不仅工作效率较低, 而且在工作时其对于能源的利用率也比较低, 这就在一定程度上加大了企业的负担。基于此, 做好风机改造工作, 引入高压变频技术是将来的一种趋势。因此, 对风机高压变频改造的研究具有非常重要的实践意义。
1 风机高压变频改造研究中相关概念的界定
风机就是通过输入的机械能对气体的压力进行有效地提升, 最终进行气体排放的器械, 它属于一种从动的流体机械。而变频器调速主要是指在电源频率改变时, 电动机的转速也会按照一定的比例出现变化。风机变频改造主要就是通过变频器来对电源频率进行改变, 进而影响电机转速, 它可改变风机的性能曲线, 最终起到改变风量、调节风机工况的目的。
理论上说, 风机高压变频改造的原理是频率越高, 电动机的转速会越大, 公式为:N=60f (1-s) /P。
一般来说, 无级调速具有稳定性的特点, 这一点对类似于风机的平方转矩类负载效果尤为明显。具体工作中P和Q×H有如下正相关关系:
从这些公式中可以看出:风量也就是流量随着转速变化成正比例变化, 风压也就是扬程随着转速变化的平方成正比例变化, 轴功率随着转速变化的三次方成正比例变化。
2 风机高压变频改造的节能原理
以下我们将根据风机系统特性曲线分析使用不同方法对风量进行控制的特征, 以帮助我们理解风机高压变频改造的节能原理。图1中灰色曲线为风机满速运行曲线, 而交点位置即系统的额定工作点, 方形面积代表的是额定工时的电能消耗量。
通过控制入口或出口风门调节风量和压力的方法如图2所示。从中可以看出, 通过控制入口风门的大小来对风量和风压进行调节类似于改变了管网的阻抗特性, 增加了管网的阻力。这一类方法特点是开始的时候投资比较少, 而且控制起来比较简单, 能量消耗在管网和风门中, 不过, 当风量减少时, 风压会增大, 这就不仅会给管网产生一定的伤害, 还会造成能源浪费的现象。
通过调节风机的转速改变流量的方法如图3所示。从中可以看出, 这一方式主要类似于改变风机的压力与流量的关系, 不改变管网的阻抗特性。从图中可以看到, 转速降低, 特性曲线下会下移;随着转速的降低, 风量减少;随着转速的降低, 风压也减少;随着转速的降低, 能耗大大降低。此外, 通过对转速的调节, 可以实现对风量更好、更精准的控制。
3 风机高压变频改造方案及其实现
在分析改造方案之前, 我们先看一下风机高压变频调速系统的主要组成, 一般来说它主要包括高压开关切换部分、整流部分、输入隔离变压器、逆变部分、主操作台、主控单元以及和其他设备进行连接的部分。当然, 如果我们有需要还可以在外部配置相应的键盘和显示设备, 以帮助我们更好地对其相关信息与参数进行观测和修改。其中, 高压开关切换部分又由高压隔离开关、高压真空接触器以及互感器、熔断器组成。而变压器主用用以给整流单元供电。至于主控单元则主要是由数字控制电路、模拟控制电路以及可编程控制器等组成。
在风机高压变频改造的过程中, 我们主要是利用原有的设备, 然后选择合适的变频器选型及控制回路进行改造。其中, 在我们选择变频器的过程中, 不仅要对各种因素进行统筹考虑, 还要依据相关的规定和标准, 这些标准有鼓风机、引风机、给水泵拖动的电机额定功率等。通过这一措施可以很好地完成选择过程, 此外, 选择变频器的时候还应考虑系统安全工作的需求。
一般来说, 改造时变频器会被安置于专用配电柜里面, 这一过程中, 对于电控系统的改变应以原系统为基础。我们所做的工作主要有将原有的交流接触器进行拆除, 然后安装中间继电器以及电抗滤波器, 当然, 我们还要对原来的电动执行器以及电动调节器进行更换处理, 使其成为能够对频率进行显示的仪表。值得注意的是, 由于风机属于平方转矩类负载, 因此, 其低速转动的时候轴功率一般会比较低, 这就降低了拖动电机的负荷, 使其发热量也会比较小, 所以冷却风扇对于电机的散热已经有很好的作用, 不再需要进行专业配置。
总体来说, 经过改造的风机设备故障率会有较大幅度的降低, 维修的费用也会大幅下降。另外, 由于变频器具有自我检测的功能, 这就可以有效地避免很多事故的发生。当然, 经过改造的风机一方面在节电的同时, 还会处于一个轻载的工作状态, 此状态体现为低转速、低电压, 这就有效地减少了电机的发热, 使其温度处于较低的状态, 对于其使用寿命非常有利。而对于生产环境, 改造后的风机也有很大的优势, 主要是这种风机工作的时候降低了设备噪音。
4 节能效果初探
我们以某个具有不同控制方式控制风量的电厂来具体分析风机高压变频改造前后的节能效果。以400 kW引风机运行40 Hz作为例子, 其工作时的转速取为额定的80%, 如果按照一年10个月生产期计, 加上各种损耗每年节电22%。则W=400×10×30×24×22%=633 600 kW·h。电价取0.5元/kW·h, 算下来一年可省电费633 600×0.5=316 800 (元) 。
因此, 做好风机的高压变频改造能给企业带来实实在在的节约, 降低企业的成本, 对于提升企业的经济效益和竞争力有着非常重要的意义。
5 结语
风机高压变频改造是未来的一种趋势, 做好这一工作可以有效地降低能源损耗、提升企业的竞争力。但是, 由于在风机变频改造的工作中, 尚有很多的技术细节值得我们去探讨、思考, 因此, 我们还应加强自身的学习。笔者相信, 随着我们技术的不断提升, 未来在这一方面也必然会做得越来越好。
参考文献
[1]徐志强.火电厂300MW机组引风机变频改造[J].能源研究与利用, 2008 (1)
风机高压变频改造及节能效果探讨 篇5
关键词：风机,高压变频改造,节能效果
0 引言
随着社会发展和技术进步, 在工业生产及加工业中风机应用得到了极大的普及, 它也确实发挥了巨大的作用。传统的定速工作的风机虽然初期投资少, 控制简单, 能量消耗在管网和风门中, 但是随着风量的减少, 其风压会增大, 对管网造成损害, 且导致能源浪费现象。而这种能源的浪费不仅增加了企业的成本, 更与我国的可持续发展战略相悖, 已经受到企业和人们越来越多的诟病。以高压变频方式进行调速的风机不仅能够通过变频器连续精确地调节转速, 从而精确控制风量, 而且对于生产能耗的降低起着极其重要的作用。因此, 对风机高压变频改造的研究不仅具有学术意义, 其实践意义与商业价值也不容忽视。
笔者从事相关行业多年, 对风机的高压变频改造多有研究, 本文就将结合自身经验, 对风机的高压变频改造及节能效果作出探讨, 旨在对风机高压变频的普及利用起到一定的指导作用。
1 风机高压变频改造概述
在工业生产和产品加工制造业中, 风机设备应用非常广泛。但是传统风机设备能耗较大, 主要有电能能耗、挡板在节流时的损耗、其他设备在节流时的损耗及这些设备的维修、维护能耗, 这些能耗成本在总成本中比例最高可达25%, 由此可见这种损耗的巨大。目前, 市场竞争相较以前而言剧烈了很多, 而企业成本的控制是提升企业竞争力的一个关键因素, 要降低生产成本, 除了科学合理的生产管理, 引用新技术来降低能耗也是一大手段。高压变频正是节能的新技术之一, 因此, 风机的高压变频改造具有非常重要的意义。风机高压变频改造是一个大趋势, 它是基于电力电子与电力传动的理论, 属于较前沿的技术。风机高压变频调速有以下优点:卓越的调速性能、显著的节电效果, 能改善现有设备的运行工况, 提高系统的安全可靠性和设备利用率, 延长设备使用寿命等。未来, 高压变频调速在风机上的应用将更为广泛。
2 风机工作参数及相似理论
2.1 风机工作时的基本参数
(1) 风量Q, 指在单位时间内流经风机的空气体积量 (m3/s, m3/min, m3/h) 。
(2) 风压H, 指在空气流经风机时, 风机给予每立方米空气的总能量 (kg·m) , 全称是风机的全压Ht (kg·m/m3) 。风机的全压分为静压Hs和动压Hd两部分, 公式为:Ht=Hs+Hd。
(3) 轴功率P, 指风机在工作时所产生的有效总功率, 也被称为空气功率。
(4) 效率η, 指风机轴功率P在除去损失掉的部分功率后剩下的风机内功率和P的比值, 也就是风机工作的效率。
2.2 风机相似理论
在计算风机流量、运行压力、轴功率这3个参数时涉及到转速, 公式非常复杂, 难度很大。此外, 风机类负荷在环境变化时参数也会随之而变化。因此, 我们在工程中对于参数的运算一般是基于风机的运行曲线, 这一理论被称为风机相似理论。
式中, Q为风机的流量;n为转速;H为风机的全压;ρ为介质密度;P为轴功率。
通过上述公式, 我们可以看出风量Q随着电机转速n的变化成正比例变化, Q∝n;风压H随着电机转速n平方的变化呈现正比例变化, H∝n2;轴功率P随着电机转速n立方的变化成正比例变化, P∝n3。
3 变频调速原理
变频调速是指靠改变电源的频率, 电动机的转速就按比例变动。在风机变频调速系统中, 通过变频器改变电源的频率f, 带动电机转速N按比例变动, 从而改变风机转速, 可以使风机的性能曲线发生改变, 这就达到了调节风机工况的目的。
输入电源的频率越高, 电机的转速就越大, 反之也成立, 这是风机变频调速的根本原理, 其公式表现为:N=60f (1-s) /P。依据这一原理, 我们可以利用输入电源的频率变化来改变电机的转速, 以达到变频调速的目的。
变频调速技术集交—直—交电源变频技术、电子电力技术、微电脑控制技术于一体, 理论上, 通过这种技术, 我们可以做到无级调速。这种技术具有在开启与关断时稳定性强、工作平稳可靠的特点, 尤其在针对平方转矩类负载时, 其变频调速效果最为明显。我们的工作中, 平方转矩类负载包括引风机和给水泵等。通过流体力学进行分析, 在这种负载中使用电机拖动技术时有以下关系 (P和Q×H成正相关) :
通过以上公式我们可以看出:风量也就是流量随着转速变化成正比例变化, 风压也就是扬程随着转速变化的平方成正比例变化, 轴功率随着转速变化的3次方成正比例变化。以上内容即平方转矩类负载调速节能中的基本原理。
4 变频调速技术在风机中的应用及能耗比较
风机系统特性曲线如图1所示。
通过控制入口或出口风门调节风量和压力的方法如图2所示, 我们可以看出其相当于改变管网的阻抗特性, 增大管网的阻力。这种方式初期投资少, 控制简单, 能量消耗在管网和风门中 (虚线与坐标轴所围面积即能耗值) 。但是随着风量的减少, 风压增大, 会对管网造成损害, 导致能源浪费现象。
注:细线为风门全部打开时管网压力与风量关系曲线, 粗线为风机全速运行时压力与风量关系曲线, 二者的交点为风机系统的额定工作点。直线与坐标轴所围的面积为额定工作状态时的能耗, 即电机的额定输出功率。
如图3所示, 通过调节风机转速改变流量这种方式相当于改变风机压力与流量的关系, 它不改变管网的阻抗特性。从图中我们可以看到, 随着转速降低, 风机的特性曲线下移, 风量减少, 风压也减少, 能耗大大降低。这种方式就是转速调节, 通过变频器实现连续精确的调速, 可精确地控制风量。
5 风机高压变频改造方案及其实现
风机高压变频改造方案及其实现的主要工作是变频器选型及控制回路改造。
变频器的选型要对各种因素进行综合分析, 并满足相关规定及标准要求。具体工作上需依据风机的拖动电机额定功率来进行分析, 选取合适的变频器。此外, 还要确保改造后的系统能够安全地工作。
因为风机是平方转矩类负载, 所以在其低速运转时所需轴功率会有较为明显的下降, 这就使得拖动电机的负荷相对而言小一些, 其发热量也会比较小。因此, 冷却风扇及电机转子的同速运转已经可以对电机的散热作出保证, 不再需要进行变频电机的专门配置。风机高压变频改造后可保证设备高效运转, 完成电机软启动、无冲击电流的目标, 设备故障率会大大降低, 维修费用也会大幅下降。
此外, 变频器可以完成自我检测、故障诊断的工作, 其保护功能较为齐全, 这就能够有效遏制事故扩大化。在节电的同时, 长期轻载运行的设备工作在低转速、低电压的状态下, 就使得电机发热少、温升低, 延长了使用寿命, 降低了设备噪音, 从而改善了生产环境, 并克服了采用异步电动机直接驱动、变阀调节流量时, 电机启动电流大、设备机械冲击大、电气保护特性差等缺点。此外, 变频调速技术也提高了功率因数, 使电网损耗减少, 效率提高。
6 以实际工作中的节能数据进行节能效果探讨
以上是基于理论的分析, 下面我们通过某一具体示例来对风机的高压变频改造及节能效果进行探讨。例如:某风机由一台1 400 k W电机拖动, 原由风门控制风量。昼夜运行, 每年运行时间约8 000 h, 其中4 000 h需风量85%, 另4 000 h需风量60%。现进行节能改造, 即将所有风门全开, 由变频器调节电机和风机的转速, 从而调节风量。取得的节能效果计算如下:
风门控制总能耗=1 400 k W (85%流量) ×91%×4 000 h+1 400 k W (60%流量) ×76%×4 000 h=5 096 000+4 256 000=9 352 000 kW·h
使用变频器调节风机转速时的能耗=1 400 k W (85%流量) ×61%×4 000 h+1 400 k W (60%流量) ×22%×4 000 h=3 416 000+1 232 000=4 648 000 kW·h
年节能千瓦时=9 352 000-4 648 000=4 704 000 k W·h
年节约电费=4 704 000×0.65=3 057 600元 (电费按0.65元/k W·h计算)
通过这个例子, 我们可以看出风机的高压变频改造对于节能所带来的具体效果。因此, 在我们的工作中, 做好风机的高压变频改造对于降低企业生产、加工成本, 增强企业竞争力具有不可忽视的作用。
7 结语
综上所述, 风机的高压变频改造是企业未来发展的必然趋势。可以说, 当前这一工作已经刻不容缓。笔者相信, 伴随着风机高压变频改造的普及, 未来风机的工作方式将会更加科学合理。
参考文献
[1]李敬梅.电力拖动控制与技术训练.第3版.中国劳动社会保障出版社, 2001
[2]孙立志.PWM与数字电动机控制技术应用.中国电力出版社, 2008
[3]黄俊, 王兆安.电力电子变流技术.机械工业出版社, 1999
[4]梁昊.最新变频器标准实施和设计.中国电力出版社, 2005
CFB锅炉高压流化风机节能改造 篇6
按照设计每台锅炉配有3台高压流化风机,正常运行时两用一备,备用系数为0.5。具体配置为武汉鼓风机厂的D100-71型离心风机,出口流量为100 m3/min;电机为湘潭电机厂生产的YKK355-2型三相异步电动机,额定功率220 kW,功率因数0.85,定子电压6000 V,额定电流为26.9 A,转速为2973 r/min。
1 改造前的运行状况分析
在调试阶段,高压流化风机按设计的两用一备的方式进行运行,但通过一段时间的观察后,发现风机的运行电流不高,风机的进口风道风门开度极小,且由于风门开度极小,导致风道内风速较快,使得风道发热严重,且振动较大,对风机的平稳长时间运行带来安全隐患。
从调试期间的一幅工况抓图分析得到以下信息:(1)当时的机组负荷时138.2 MW;(2)当时A、B两台高压流化风机处于运行状态,C流化风机处于联锁备用状态;(3)当时A流化风机的运行电流为11.0 A,进口风门开度为4.1%;(4)当时B流化风机运行电流为15.3 A,进口风门开度为7.6%;(5)当时流化风机送出的总风量为7856 m3/h。从以上的信息可知机组在满负荷情况下所需的流化风量在7800 m3/h左右,而运行的A、B流化风机的电流与额定电流相差较远,与电机运行的经济电流也相差较大(取电机经济运行系数为0.7～0.8之间,则该流化风机电机经济运行电流应在18.83～21.52 A之间)。由此可知,这种运行方式不仅给设备的平稳长时运行带来安全隐患,且运行极不经济。
2 改造方案的设计与实施
鉴于上述分析,我们提出一个设想,将设计的两用一备运行方式改为一用两备的运行方式,若能满足需求,则不仅解决了两用一备运行方式下对风机本身的安全隐患,而且将风机的备用系数从0.5一下提高到了2.0,大大提高了整个锅炉系统运行的安全稳定性,并且每台风机年平均运行出力时间缩短为原来的一半,由此一来,又大大延长了设备的使用寿命,节约了设备的运行维护成本及可观的电能。
武汉鼓风机厂的D100-71型离心风机,标称出口流量为100 m3/min(即6000 m3/h),比满负荷所需的7800 m3/h的风量少了1800m3/h,但从图一我们可以观察到,两用一备的运行方式下,两台风机的电机运行电流均不高,且风机进口风门开度均极小,加起来也只有11.7%(4.1%和7.6%),粗略地估计,若一台风机运行,但将进口风门开度提高到15%上以,若电机的电流不超标,则应该能满足机组满负荷运行所需风量。
由于高压流化风机对锅炉的安全稳定运行非常重要,若锅炉FSSS系统(炉膛安全监控系统)监测到流化风机全停或流化风机出口母管压力低于设定值(20 kPa),则立即发出MFT(锅炉主燃料跳闸)动作信号,使锅炉紧急停炉。在流化风机两用一备的方式下,这种风险要小得多,因为若一台风机故障跳闸,即使备用风机联锁起不来,此时至少还有一台风机在运行,只要能维持住风机出口母管压力不低于设定值20 kPa,锅炉仍能正常运行,这样能给运行和维修人员一定的时间进行故障分析处理。而一用两备的方式,若运行风机故障跳闸,此时联锁备用风机启动稍有迟缓(毫秒级,由于电气控制回路上有硬接点动作过程,这种毫秒级的迟缓完全有可能),则均会因“高压流化风机全跳”或“流化风机出口母管压力低于设定值”而发出MFT动作信号,使锅炉被迫停炉。鉴于此,流化风机由“两用一备”改为“一用两备”的运行方式,必须在联锁保护逻辑上做更细致的考虑,保证不会因为流化风机保护联锁的误动与拒动而引起非正常停炉与其它故事。经现场反复分析与试验,得知将MFT保护解除,在流化风机出口母管压力低于设定值8 s的时间内,不影响锅炉的正常运行,因此我们将流化风机的保护逻辑重新进行设计。将流化风机全停信号经6 s的延时后再送到MFT功能;将出口母管压力低信号经8 s的延时后再送到MFT功能;并将流化风机自身的一些保护停机信号在保证安全的情况下进行一定延时(如流化风机轴向位移过大跳流化机功能延时1 s);将每台风机均设置“第一备用”和“第二备用”联锁开关,如此不仅可以控制备用风机的启动顺序和启动台数,而且可以控制运行风机的台数(即3台风机可以任意台数同时运行),则今后若特殊情况流化总风量不足,可任意增开一或两台风机。
3 改造后的运行状况分析
改造后我们选取近似的工况进行抓图分析,同样得到以下信息:(1)当时的机组负荷时134.4 MW;(2)当时B流化风机处于运行状态,C流化风机处于第一联锁备用状态,A流化风机处于第二联锁备用状态;(3)当时B流化风机的运行电流为17.4 A,进口风门开度为26.0%;(4)当时流化风机送出的总风量为7469 m3/h。由此可见一台风机运行完全可以满足机组带满负荷的需求,并且从电机的运行电流来看,还有一定的余量。其控制逻辑从2010年2月份改造后运行至今均正确无误。
4 改造后的成效总结
(1)将风机进口风门开度由原来的5%左右提高到了20%以上,解决了由于风门开度极小,导致风道内风速较快,使得风道发热严重,且振动较大的问题,为风机的平稳长时运行提高了保障;(2)将风机的备用系数从0.5提高到了2.0,大大提高了整个锅炉系统运行的安全稳定性;(3)将风机的年平均运行出力时间缩短为原来的一半,大大延长了设备的使用寿命,节约了设备的运行维护成本;(4)两台锅炉每年因此能节约厂用电约1377344 kW,按上网电价0.38元/kW计算,每年节约电费约52.3万元(根据三相电机的功率计算公式P=1.732×U×I×CosΦ,则每台锅炉流化风机节约的电能约为:1.732×6000×(11.0+15.3-17.4)×0.85×24×365=688672 kW)。
5 结语
高压流化风机备用系数的改造,“两用一备”改为“一用两备”,虽然字面上只是两个字序的颠倒,但其效果却有天壤之别,不仅很好地解决了生产现场存在的问题,而且产生了可观的经济效益及节能减排的社会效益。
摘要：本文通过对一例CFB锅炉高压流化风机运行状况的分析,提出了一个简单可行的节能改造措施,不仅解决了生产中遇到的实际问题,而且也为当前节能减排工作提供了很好的经验借鉴。
关键词：CFB锅炉,高压流化风机,节能改造
参考文献
[1]朱皑强.循环流化床锅炉设备及系统[M].北京:中国电力出版社,2008.
[2]王常力,罗安.分布式控制系统(DCS)设计与应用实例[M].北京:电子工来出版社,2004.
除尘风机高压变频调速节能改造 篇7
关键词：高压变频,自动控制,风机
0前言
承德建龙特殊钢有限公司烧结厂整粒除尘风机用于烧结成品系统除尘, 风机传动系统通过调节风机风门的开度来调节抽风量, 电机恒速运行。当前控制方式下设备运行和维护费用较高, 为克服上述弊端, 公司实施高压变频节能改造, 以便提高电机的使用寿命, 实现降低电耗的目的。
1 概述
承德建龙特殊钢有限公司烧结厂整粒除尘风机改造采用一拖一手动旁路柜的控制方案, 见图1 (整粒除尘风机旁路柜一次回路图) 。
如图1所示为避免变频器输出端反送电, 在整粒除尘风机旁路柜中设置3个高压隔离开关, 隔离开关K2与隔离开关K3采用机械互锁操动机构, 实现机械互锁。电机在变频状态运行时, 高压隔离开关K1、K2闭合, K3断开;当电机工频状态运行时, 高压隔离开关K1、K2断开, K3闭合, 在工频运行时变频器与高压系统中分离, 方便设备调试及维护。
此次整粒除尘风机变频器改造设置远控盒、上位机和变频柜三种控制方式。整粒除尘高压电机的整定值及保护按原设计执行不做更改。改造时为防止出现拉弧现象, 增加旁路与上级高压断路器DL的连锁保护。
2 高压变频器对DCS接口信号定义
承德建龙特殊钢有限公司高压变频器改造变频器采用内置西门子S7-200PLC, 数字量配置为16点入、16点出, 可以根据实际需求进行输入/输出点的扩展。高压变频器端子定义如下:
高压变频器准备就绪信号:就绪信号为开关量常开触点, 闭合时表示变频器具备启机条件, 等待启动运行。
高压变频器启/停信号:变频器运行信号开关量常开触点, 变频运行时闭合, 变频停止时断开。
高压变频器控制状态信号:外控控制状态为常开点, 节点闭合表示变频器控制在远程控制;本地控制状态为常闭点, 节点闭合时表示变频器控制在本地控制。
高压变频器报警信号:当变频器有异常时信号闭合。该信号是综合报警信号包含给定信号断线、变压器超温、控制电源掉电、单元故障等信息[1]。
高压变频器故障信号:当变频器有故障时闭合输出, 切断高压回来。
高压变频器工频旁路信号:信号闭合时电动机工频旁路运行。
3 操作画面设置及DCS提供给变频器变量定义
操作画面如图2所示。变频器画面操作分为手调 (设定频率) 、自调 (设定压力) , 可根据需要切换对应的按钮进行切换点击“手调”按钮, 按钮显示绿色, 表明“手调”有效, 在“频率设定”窗口输入目标频率, 频率设定范围为20~48Hz。“频率反馈”窗口显示电机的实际频率。点击“自调”按钮, 按钮显示绿色, 表明“自调”有效, 在“压力设定”窗口输入目标压力 (风机为出口压力‘除尘风机为入口压力) 。“压力反馈”窗口显示对应的压力实际值。
点击上位机操作画面电机, 弹出风机启停窗口, 如图3, 变频器启/停指令:开关量接点, 3秒脉冲闭合时有效, 变频器开始运行/停止。
急停操作:急停为自锁型。风机急停后, 急停按钮闪烁, 表示设备一直处于急停状态, 需再次点击该按钮取消急停状态才能正常启动风机, 如图4所示:
变频器可提供1路4~20m A电流源输入, 其输入可根据要求进行定义, 可定义为给定频率、给定转速、压力反馈等。同时在上位机操作画面中增加了上述历史趋势曲线, 为记录风机的运行状态提供依据。
4 结束语
整粒除尘风机高压变频系统改造运行至今, 设备运转情况良好, 实践证明高压变频控制系统在承德建龙整粒除尘的应用, 节电效果显著, 运行稳定, 减少了操作工人的劳动强度, 在同行业有广泛的应用前景。
参考文献
[1]王雪松, 赵争鸣.高压变频器在电力和冶金行业的应用现状分析[J].电气技术, 2006 (08) :44-48.
[2]战红仁.自动控制在冶金工业中应用的新动向[J].冶金自动化.2002 (05) :5-10.
炼钢厂除尘风机的高压变频改造 篇8
关键词：变频调速,炼钢厂,高压电机
0 引言
炼钢厂的大型辅机设备除尘风机的耗电量很大, 且在主要负荷变化时, 这些辅机设备均采用液力耦合器的调节方法。采用高压变频调速技术不仅可以克服执行机构非线性严重、反应迟钝等问题, 还具有效率高、能耗低、调节精度好、运行可靠和自动化程度高等优点, 因此可作为炼钢厂降低成本的一条途径加以探讨其改造的可行性。
1 风机存在的问题
除尘风机通过改变电机的转速来实现, 主要由液力耦合器实现调节, 如图1所示。在炼钢过程中, 液耦这种方法存在着效率低、精度差、严重非线性和运行不可靠等缺点。
1.1 液力耦合器调速范围窄冲击电流大影响电网稳定
液力耦合器调速范围一般在30%~97%。液力耦合器不能实现电机和风机的转速同步, 采用液力耦合器时冲击电流较大, 影响电网的稳定。在风机高速运行时, 液力耦合器有丢转现象, 影响烟尘捕集效果。液力耦合器故障时, 无法再用其它方式使其拖动的风机运行, 必须停机检修。
1.2 液力耦合器调速过程中发热严重
实际运行时液耦基本不参与调速, 风机常速运行, 转速较为稳定, 风门全开。在风机运行过程中, 电机始终满负荷运行。除密切监视液耦的发热情况外, 用电量很大, 也增大了维护量和维护成本。
1.3 采用液力耦合器时风机和电机的运行噪音大电耗高
采用液力耦合器时风机和电机的运行噪音达到90d B左右。液力耦合器的效率与转速成正比, 低速时存在效率低, 功率因数低, 调节线性度差、控制精度差等问题。
虽然该除尘系统的运行工况具有一定的复杂性, 但根据不同钢种的冶炼工况及现场除尘负荷状况, 可知当风机变频运行的风量为额定风量的80%~90%之间时, 风机能较好地满足除尘系统的工况要求且具有一个较大的节能空间。
2 变频改造
2.1 变频调速原理
将固定的50 Hz电网频率变换成0 Hz~120 Hz可调频率的功率变换设备称为变频器。输出3 k V/6 k V/10 k V电压的变频器称为高压变频器。通常, 把用来驱动1 k V以上交流电机的中、大容量变频器也统称为高压变频器。
现改造为高压变频方式控制如图2所示。
2.2 变频装置原理图
变频装置原理图如图3所示。
移相变压器:电网电压经过二次侧隔离变压器降压后给变频器功率单元供电, 输入隔离变压器采用多重化设计, 以达到降低输入谐波电流的目的。
功率柜:功率柜为三组输入、单组输出的交—直—交SPWM电压源型逆变器结构, 功率单元通过整流、逆变过程实现对驱动电机供电电源的频率调节。变频器采用5个独立功率单元串联的方式来实现高压输出。
控制器:控制器是变频器的控制中心, 它完成变频器频率调节的全过程控制、变频器电气保护功能实现及变频器的人机交互与通讯接口功能实现。
采用变频器调速方式替代液力耦合器调速, 在可靠性与综合性能提高的同时, 电机的节能效率也大大改观。
2.3 变频改造方案
按照液力耦合器的连接尺寸设计制作了一套直接连接轴来代替液耦。连接轴的基座安装尺寸、轴连接中心尺寸、轴颈尺寸、轴与电机及风机侧的连接背靠轮均与原液耦一致。安装时, 仅需将原液耦拆除, 将连接轴代替液力耦合器, 现场仅作少量调整即可达到安装要求, 而不用对风机及电机做任何调整, 安装方便快捷。考虑到变频器故障退出运行后, 为了不影响生产, 确保除尘系统正常工作, 系统需配置工频旁路, 变频器出现故障时, 将电机投切到工频下运行。根据现场情况, 给出变频改造的具体技术方案, 方案示意图如图4所示。
QS1、QS2分别与QS3之间设置电气互锁, 闭合QS1与QS2时QS3不能闭合, 反之亦然。正常变频运行:显示屏设置工/变频选择键。选择位置为变频, 按下启动键后QS1, QS2按程序逻辑闭合为变频运行。自投工频:屏面设置手/自动投入变频选择键, 系统运行前将选择键打到自动档。如系统故障, 控制器根据故障原因判断需要切断变频, 按程序设置分断QS1与QS2, 然后自动闭合QS3, 电机投入工频运行。
手投工频:屏面设置手/自动投入变频选择键, 系统运行前将选择键打到手动档。如系统故障, 控制器根据故障原因判断需要切断变频, 按程序设置分断QS1与QS2。由用户端根据需求, 手动闭合QS3, 电机投入工频运行。
3 效益分析
改造后通过变频节能测试数据记录, 除尘风机变频调速系统一般运行在35 Hz~55 Hz, 正常运行频率平均42 Hz, 对应输入运行功率为485 k W左右。改造前电机实际功率为625 k W。节电测试结果变频装置投入运行时减少输入功率120 k W, 节能比率19%。按平均每天运行24 h, 一年运行330 d计算, 年可节约电费约33.26×104元。除尘风机变频改造后年可节约电费约33×104元以上, 3 a就可收回全部成本。除有效地节约电费外, 同时降低了生产成本 (设备维护费用下降) ;避免了启动冲击电流, 延长了设备寿命, 提高了生产率。
4 结语
高压风机 篇9
因生产的特殊性, 通风系统在煤炭生产中具有举足轻重的地位, 其中主扇风机最为重要。随着开采和掘进的不断延伸, 巷道延长, 尽管风量基本不变, 但风压要求却不断增加, 风机需用功率也随之增加。根据反风及开采后期运行状况来确定的主扇风机及拖动电动机的功率通常远大于煤矿长期开采所需的正常运行功率。五沟煤矿主扇风机采用500kW/6kV电动机传动, 电机采用直接启动的方式。
目前采用高压电动机直接启动, 存在以下几个问题:
(1) 电能严重浪费。煤矿的服务年限大多在60年以上, 投产初期到井田稳定开采一般在10年左右, 这就意味着有这10年的时间里, 主扇风机一直处在较轻负载下运行。由于工频运行的电动机转速不可调节, 只能通过改变风机叶片的角度进行风量调节, 因此造成能源浪费, 增加了生产成本。
(2) 启动困难, 机械损伤严重。主扇风机采用直接启动, 启动时间长, 启动电流大, 对电动机的绝缘有着较大的威胁, 严重时甚至烧毁电动机。而电动机在启动过程中所产生的单轴转矩现象使风机产生较大的机械振动应力, 严重影响到电动机、风机及其它机械的使用寿命。
(3) 自动化程度低。主扇风机依靠人工调节风机叶片来调节风量和风压, 不具备风量的自动实时调节功能。
为了矿井的安全生产、降低生产成本、提升煤矿的自动化水平, 对主扇风机进行变频调速改造具有非常重要的意义。
2 高压变频改造方案
2.1 主回路系统方案
考虑到现场设备实际运行的情况, 煤矿主扇轴流风机变频系统采用一拖二手动旁路方式, 一台变频器分别单独传动二台风机中一台的电动机。
该系列变频采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出。变频器具有对电网谐波污染极小, 输入功率因数高, 输出波形质量好, 不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪音、dv/dt及共模电压等问题的特性, 不必加输出滤波器, 就可以使用普通的异步电机, 不需要更换电机。
一拖二手动旁路系统如图1所示。它是由8个高压隔离开关QS1~QS8组成。其中QS2和QS3、QS5和QS6安装机械互锁装置, 各隔离开关间有电气互锁。如果两路电源同时供电, M1工作在变频状态、M2工作在工频状态时, QS3、QS7和QS4、QS5、QS8分闸, QS2、QS1和QS6处于合闸状态;M2工作在变频状态、M1工作在工频状态时, 与M1工作在变频状态、M2工作在工频状态类似。如果检修变频器, QS3和QS6可以处于任一状态, 其它隔离开关都分闸, 两台负载可以同时工频运行;当一路电源检修时, 可以通过分合隔离开关使任一电机变频运行。
特点:正常情况下, 允许有一负载工作在变频状态, 另一负载工作在工频状态, 也可以两台都在工频状态。
工频运行时1#电机通过QS7、QS3, 2#电机通过QS8、QS6切换完成反风功能, 变频运行时通过变频设备内部设置即可完成电机正反方向的转换, 实现反风功能。
2.2 控制系统方案
变频系统控制方式可以采用下述4种方式, 现场用户可以根据实际情况采用相应的一种或几种控制方式:闭环控制方式, 变频系统可以根据现场要求在变频操作界面上设定需要的压力或流量值, 或通过模拟给定形式给定需要的压力或流量值, 变频设备根据设定值和现场压力或流量的反馈值自动闭环控制调节设备转速, 使系统压力或流量值运行在要求的设定值;本控开环控制方式, 变频系统可以通过本控方式在变频设备控制柜监控界面手动设定负载设备需要运行的转速值, 变频设备自动将负载设备传动到要求转速值;总线控制方式, 变频系统可以通过RS-485、Profibus/Device Net与工厂控制系统通信进行协调控制;远控开环控制方式, 变频调速系统可由现场DCS监控操作系统进行协调控制, 根据运行工况按设定程序, 实现对负载设备电动机转速控制。
变频系统和现场DCS监控操作系统进行通信连接, 从现场DCS监控操作系统上发出变频器的启动、停机等信号。变频器反馈以下信号接入到现场监控操作系统上:报警及故障信息, 包括重故障报警、轻故障报警;调速装置的状态信息, 包括待机、正常运行、故障、系统旁路;电机电流、转速、电压等。
2.2.1 变频器与现场DCS监控操作系统接口
(1) 变频器需要提供的开关量输出6:变频器待机状态指示, 表示变频器已待命, 具备启动条件;变频器运行状态指示, 表示变频器正在运行;变频器控制状态指示, 节点闭合表示变频器控制权为现场远程控制, 节点断开表示变频器控制权为本地变频器控制;变频器轻故障指示, 表示变频器产生报警信号;变频器重故障指示, 表示变频器发生重故障, 立即关断输出切断高压;电机在工频旁路, 表示风机电动机处于工频旁路状态。
以上所有数字量采用无源接点输出, 定义为接点闭合时有效。除特别注明外, 接点容量均为220VAC, 3A/24V DC、1A。
(2) 变频器需要提供的模拟量2路:变频器输出转速;电机电流。
变频器提供2路4~20mADC的电流源输出 (变频器供电) , 带负载能力均为250Ω。
(3) 需要提供给变频器的模拟量1路:现场提供1路4~20mADC二线制电流源输出, 带载能力必须大于250Ω, 4~20mADC对应转速低高限, 须呈线性关系。
(4) 需要提供给变频器的开关量有2路:启动指令, 干接点, 3s脉冲闭合时有效, 变频器开始运行;停机指令, 干接点, 3s脉冲闭合时有效, 变频器正常停机。
2.2.2 变频器与其他电气设备接口
(1) 变频器给高压开关柜的有2路:高压紧急分断, 变频器出现重故障时, 自动分断高压开关, 闭点有效;高压合闸允许, 变频器自检通过或系统处于工频状态, 具备上高压条件, 闭点有效。
以上所有数字量采用无源接点输出, 定义为接点闭合时有效。除特别注明外, 接点容量均为220VDC, 3A。
(2) 高压开关柜给变频器的状态信号1路:高压开关分闸信号, 高压开关处于分断时, 辅助节点闭合。
为变频器提供的交流220V控制电源掉电时, 变频器可以通过内部配置UPS供电使控制系统继续运行达30min;现场如果采用交、直流220V双路供电时, 变频装置能按照交流电源优先的原则进行交、直流无扰切换供电, 保证供电可靠性。
在现场速度给定信号掉线时, 变频器提供报警的同时, 可按原转速继续运转, 维持机组的工况不变。
2.3 变频改造后风机效率
风机设备工频运行时, 为保证生产工艺要求的压力及流量值, 一般通过改变风门挡板的开度满足要求。相应的风道风阻曲线也会发生变化, 故工频运行挡板调节是一种保持风机特性曲线及效率范围不变, 改变风道风阻曲线来满足实际工艺需求的方式, 因此有可能会出现风机运行在低效率区的情况。
变频改造后, 在保持风道风阻曲线不变的情况下, 通过调节风机转速达到满足工艺要求压力和流量的目的, 故变频运行调节是一种保持风道风阻曲线不变, 改变压力和流量曲线来满足实际工艺需求的方式。由于风机效率曲线是跟着各转速点的压力和流量曲线移动变化的, 故变频改造后能保证风机一直运行在高效率区。
2.4 系统散热方案
高压变频器属于大型电子设备, 对环境要求比较严格。统计多台设备的运行情况, 现场环境温度过高引起的设备故障比例较大, 因此总结了3种方案:
(1) 加装风道。常规的设计是在机柜上面安装风道, 将变频器产生的热量直接排放到室外, 由变频器室的进风口不断补充冷风, 对系统进行冷却。使用中需要注意, 如果变频器柜顶风机距出风口较近 (小于2m, 中间无转折) , 出风口可不加装辅助排风机, 否则需加装排风机。如果进风口的现场施工存在不便, 风道需有转折, 则可以考虑加装风机强迫进风。
加装风道的优点是成本低、可靠性高、散热效果良好, 适用于现场环境比较清洁的场合, 否则需要经常清洗滤网。
(2) 加装空调。把高压变频调速系统放置于一个比较封闭且相对狭小的房间内 (主要是可以减小空调的容量) , 在房间内安装空调, 通过空调内部的循环将高压变频调速系统产生的热量排到室外。空调总体的制冷量为变频器的发热量加上空间制冷所需的制冷量。变频器发热需要根据运行工况选择, 考虑一定的裕量, 最大发热量为变频器额定功率的4%, 如果长期运行频率低于40Hz, 则发热量可按照变频器额定功率的2%进行估算。空间制冷所需的制冷量, 一般每平方米可按150W计算。
由于没有室内外空气的直接流通, 加装空调可以保持室内环境的清洁, 但是空调的可靠性会影响到系统的稳定性, 初次投资和运行成本会相应增加。
(3) 加装空冷器。从变频器出来的热风, 经过风管连接到内有固定水冷管的散热器中, 散热器中通入温度低于33℃的冷水, 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, 保证了变频器控制室内的温度恒定。
3 变频调速节能分析
风机:型号, MAF-2100-1A;额定压力, 2782Pa;额定流量, 初期139 m3/s, 后期176 m3/s;压力, 初期1950Pa, 后期3400Pa;额定转速, 990r/min;返风方式, 电机反转。配套电机:型号, Y500-6;额定功率, 500kW;额定电压, 6000V;额定电流, 59.9A;额定转速, 988r/min;功率因数0.85。
五沟煤矿风机运行情况 (实际运行, 取10~30天数据) :风机压力, 1680Pa;风机流量, 107 m3/s;电机电压, 6300V;电机电流, 38.7A。
变频状态下, 电动机效率ηd与电动机负荷率β之间的关系如图2所示, 变频器的效率ηb与电动机负荷率β之间的关系如图3所示。
风机风叶角度42°时, 风机效率最大, 在此工况下, 电机转速757r/min。
扇风机房年用电量298万度, 按节电18.6%计算, 则年节电55.4万度, 综合电价0.61元, 年节约资金33.79万元。
4 改造的其他效果
(1) 维护量减少。采用变频调速后, 无论哪种工艺条件, 随时可以通过调整转速使系统运行在工艺要求的状态。
(2) 提高设备的使用寿命, 大大降低维修费用以及时间。
(3) 工作强度降低。变频调速系统可由主控系统进行协调控制, 根据运行工况按设定程序, 实现对负载电动机转速自动控制, 大大降低了劳动强度, 提高了生产效率, 为优化运营提供了可靠保证。
(4) 减少了对电网的冲击。采用变频调节后, 系统实现软启动, 电机启动电流远远小于额定电流, 启动时间相应延长, 对电网无大的冲击, 减轻了起动机械转矩对电机机械损伤, 有效地延长了电机的使用寿命。
(5) 提高功率因数。电压源型变频器功率因数可达0.96, 采用变频调速系统后, 无需无功补偿装置就能满足电网要求。不但提高了厂变及其它相关电气设备的利用率, 而且节约了线路能量损失。