引言
風(fēng)機(jī)是一種量大面廣、耗電量極大的動(dòng)力機(jī)械。我國每年風(fēng)機(jī)的電能消耗占總消耗的10％以上，在電力、鋼鐵、煤炭、冶煉工業(yè)中，風(fēng)機(jī)的耗電量往往占生產(chǎn)用電的20％以上。因此，對(duì)風(fēng)機(jī)的節(jié)能研究具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義。
風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中流量的調(diào)節(jié)常采用改變檔板開度的方式，因而在檔板上產(chǎn)生附加的壓力損失。消耗了大量能源。采用變頻調(diào)速技術(shù)改造風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，不僅可以節(jié)約能源，而使系統(tǒng)運(yùn)行更加合理可靠。
哈爾濱市華能集中供熱有限公司在建的熱源廠，設(shè)計(jì)規(guī)模為6臺(tái)116MW（160t）循環(huán)硫化床熱水鍋爐，3臺(tái)75t/h循環(huán)硫化床蒸汽鍋爐，2臺(tái)12MW背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，總供熱面積為1800萬平方米，最大熱負(fù)荷為1054.8MW。
項(xiàng)目建成后可以承擔(dān)起哈爾濱市道里、道外兩個(gè)區(qū)大部分的冬季取暖任務(wù)。項(xiàng)目03年開始建設(shè)，04年投產(chǎn)2臺(tái)116MW熱水爐，05年底已有4臺(tái) 116MW熱水爐、三臺(tái)75t/h蒸汽爐和兩臺(tái)12MW背壓機(jī)組投入運(yùn)行。九臺(tái)循環(huán)硫化床鍋爐全部為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)，其中116MW循環(huán)硫化床熱水鍋爐是該廠生產(chǎn)的第一臺(tái)目前國內(nèi)最大的循環(huán)硫化床熱水鍋爐。
循環(huán)硫化床作為一種清潔高效燃燒技術(shù)在國際上被廣泛認(rèn)可，其具有燃燒適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化合物排量低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、污染物排放低等特點(diǎn)，屬于環(huán)保型鍋爐，是國家大力推廣的新型鍋爐。其燃燒工藝如下：燃料由爐前給煤系統(tǒng)送入爐膛。送風(fēng)系統(tǒng)由一次風(fēng)（鼓風(fēng)）和二次風(fēng)組成，一次風(fēng)由爐床下部送入爐膛，主要保證料層流化：二次風(fēng)沿燃燒室分級(jí)多點(diǎn)送入，主要增加爐膛的氧量起到助燃作用。燃燒后的物料變成一些較小的顆粒隨煙氣一起進(jìn)入分離器，經(jīng)過固氣分離其中大部分顆粒由分離器下部的返料器從新送入爐膛，使?fàn)t膛內(nèi)有足夠高的灰度，保證流化；煙氣經(jīng)過電除塵器由引風(fēng)機(jī)抽出。
1 系統(tǒng)技術(shù)方案分析
對(duì)循環(huán)硫化床鍋爐調(diào)節(jié)主要就是對(duì)風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。目前調(diào)節(jié)風(fēng)量的主要方法由通過風(fēng)門擋板開度調(diào)節(jié)和改變電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。其中以對(duì)電機(jī)變頻調(diào)速為最優(yōu)。
在一期工程中5#、6＃熱水爐三大風(fēng)機(jī)中我們使用了國內(nèi)某家生產(chǎn)的斬波內(nèi)饋調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)際上為轉(zhuǎn)子串級(jí)調(diào)速的升級(jí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍 60％～100％。在04年和05年的使用中發(fā)現(xiàn)了許多問題。比如，調(diào)節(jié)范圍?。?0Hz～50 Hz）、故障率高、諧波大、不能實(shí)現(xiàn)真正的軟啟動(dòng)等，最為嚴(yán)重的是由于該系統(tǒng)的配套電機(jī)必須是轉(zhuǎn)子帶滑環(huán)、碳刷的特種電機(jī)，使用中故障率很高，碳刷磨損很嚴(yán)重，平均一個(gè)月就要停爐換滑環(huán)、碳刷。對(duì)供熱穩(wěn)定、平時(shí)的日常使用維護(hù)帶來很多問題。
在二期工程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工藝情況和前一年的使用情況，我們選用了6臺(tái)東方日立（成都）電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的高壓大功率變頻器，6臺(tái)變頻器分別控制3＃、4＃熱水爐的一次風(fēng)機(jī)（1250kW/6000V）、二次風(fēng)機(jī)（250 kW/6000V）、引風(fēng)機(jī)（800 kW/6000V）。
2 裝置原理特點(diǎn)
附圖 單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
該高壓變頻器系統(tǒng)采用直接“高—低—高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（見附圖），主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串并聯(lián)而成，從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出。以8級(jí)變頻器為例，每相由8個(gè)PWM變頻功率單元串聯(lián)實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出，三相24個(gè)。每個(gè)功率單元承受全部的輸出電流，但僅承受 1/8的輸出電壓和1/24的輸出功率，相電壓為433×8＝3464V，所對(duì)應(yīng)的線電壓為6000 V。經(jīng)疊加后線電壓波形具有33階梯電平，它相當(dāng)于 48脈波變頻，理論上47次以下的諧波都可抵消，總的電壓和電流失真率可分別低于1.2%和0.8%，堪稱無諧波污染變頻器。
它對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，輸入電流諧波畸變小于3％，電網(wǎng)輸入電壓諧波畸變小于3％，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)達(dá)0.95以上，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，輸出波形質(zhì)量好，輸出電流諧波畸變小于3％，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可使用普通的鼠籠異步電機(jī)。
變頻裝置具有工頻旁路功能，用于變頻與工頻之間的切換；旁路刀閘容量滿足工頻要求，刀閘具有防誤操作的機(jī)械閉鎖功能，并帶有電磁鎖，以作為電氣連鎖的保護(hù)，防止誤操作。變頻器、斷路器、刀閘和電纜的一次電路。
3 節(jié)能分析
通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、水泵類設(shè)備均屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有以下關(guān)系：Q∝n，H∝n2，P∝n3即流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。
3＃、4＃熱水爐在保證負(fù)荷的情況下：
引風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行平均在45 Hz；
一次風(fēng)機(jī)平均42 Hz；
二次風(fēng)機(jī)平均35 Hz。
如果在工頻下使用風(fēng)們擋板控制一臺(tái)爐一個(gè)月使用電量：
（1250＋250＋800）×24×30=1656000kwh，以平均電價(jià)0.7元/度計(jì)算，需1159200元。現(xiàn)在使用變頻器后風(fēng)門的擋板開度為100％，使用變頻調(diào)節(jié)風(fēng)量，一臺(tái)爐一個(gè)月使用電量：〔（45/50）3×1250＋（42/50）3×250＋（35/50）3×800）〕 ×24×30=960354.72kwh，需672248.304元。可以看出一臺(tái)爐（一臺(tái)250KW/6000V變頻器 一臺(tái)1250KW /6000V變頻器 一臺(tái)800KW/6000V變頻器）年節(jié)省電量695645.28×6＝4173871.68 kwh，節(jié)省 2921710.176元（我們供熱期為6個(gè)月），節(jié)電率為42％。
4 采用變頻器的優(yōu)越性
變頻調(diào)速系統(tǒng)從2005年11月投入生產(chǎn)運(yùn)行至今，充分體現(xiàn)出該裝置的先進(jìn)性，主要特點(diǎn)如下：
（1）由于變頻器可以非常平穩(wěn)的調(diào)整風(fēng)量，運(yùn)行中可以任意調(diào)整鍋爐負(fù)荷，鍋爐運(yùn)行參數(shù)得到改善，提高了鍋爐效率。
（2）使用變頻后，由于啟動(dòng)和停止時(shí)間都可以設(shè)定，減少了對(duì)煙道、風(fēng)道和風(fēng)門擋板的沖擊腐蝕，相應(yīng)的延長了很多零件的使用壽命，有效的提高了相應(yīng)設(shè)備的檢修周期，節(jié)約了大量維護(hù)費(fèi)用。
（3）由于有變頻調(diào)節(jié)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，風(fēng)機(jī)在低頻下啟動(dòng)，啟動(dòng)電流很小，啟動(dòng)時(shí)間延長，避免了原來在較大慣性負(fù)荷情況下，數(shù)倍于額定起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊，有效延長了電機(jī)壽命。
（4）提高了功率因數(shù)，功率因數(shù)在0.95以上。
5 結(jié)束語
高壓變頻系統(tǒng)由于其節(jié)能效果明顯，特別是在低負(fù)荷時(shí)更為顯著，采用變頻調(diào)速后實(shí)現(xiàn)了電機(jī)軟啟動(dòng)，延長了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命，由于風(fēng)門全開，極大的延長了風(fēng)門的使用和檢修周期，也減少了風(fēng)管道的振動(dòng)和摩擦。良好的性能會(huì)越來越為各行各業(yè)所應(yīng)用，具有極好的使用價(jià)值。
（轉(zhuǎn)載）
