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案例頻道一、概述
高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是上個世紀90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調(diào)速技術(shù)，主要用于交流電機的變頻調(diào)速，其技術(shù)和性能遠遠勝過以前采用的調(diào)速方式（如串級調(diào)速、液力耦合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子水阻調(diào)速等）。高壓變頻以其顯著的節(jié)能效益、完善的保護功能、方便的通信功能以及高調(diào)速精度、寬調(diào)速范圍，得到了廣大用戶的認可，成為企業(yè)電機節(jié)電方式的首選方案。
江蘇森達沿海熱電有限公司現(xiàn)有三臺循環(huán)流化床鍋爐，三大風(fēng)機采用液力耦合器調(diào)速，三大風(fēng)機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)對正常生產(chǎn)至關(guān)重要，對設(shè)備要求特別苛刻，因此在高壓變頻器的選用上非常謹慎，2007年12月15日我公司擴建一臺4#爐UG－130/5.3－M8采用了北京合康HIVERT-Y06/096高壓變頻器2臺和HIVERT-Y06/048高壓變頻器1臺在公司4#爐安裝調(diào)試，穩(wěn)定運行至今，為國產(chǎn)高壓變頻器贏得了榮譽。
二、循環(huán)流化床鍋爐工藝
循環(huán)流化床是一種適于固體燃料的清潔高效燃燒技術(shù)。固體顆粒（燃料、石灰石、砂粒、爐渣等）在爐膛內(nèi)以一種特殊的氣固流動方式（流態(tài)化）運動，離開爐膛的顆粒又被分離并送回爐膛循環(huán)燃燒。爐膛內(nèi)固體顆粒的濃度高，燃燒、傳質(zhì)、傳熱、混合劇烈，溫度分布均勻，固體顆粒在爐膛內(nèi)的內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)十分強烈，在爐膛內(nèi)的停留時間較長，保證了較高的燃燒效率。
循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是近二十多年來發(fā)展的潔凈煤燃燒技術(shù)，其燃燒方式特別適用于高灰分低揮發(fā)的煤矸石、洗中煤等劣質(zhì)煤，具有較好的燃料適應(yīng)性，可變廢為寶，體現(xiàn)節(jié)能要求。另外，循環(huán)流化床鍋爐在燃燒過程采用爐內(nèi)加石灰石、低溫燃燒，可同時達到脫硫脫硝的目的，具有較好的環(huán)保特性。
燃料由給煤機送入爐膛；一次風(fēng)由鍋爐底部送入,主要用于維持燃料粒的流化；二次風(fēng)沿燃燒室側(cè)壁多點送入，主要用于增加燃燒室的氧量，提高燃燒效率；燃燒后的大量顆粒隨煙氣進入旋風(fēng)分離器，與煙氣分離；分離出來的顆粒經(jīng)回料閥回到燃燒室繼續(xù)燃燒；分離出來的煙氣則經(jīng)過除塵器除塵后，由引風(fēng)機引入煙囪排出。實際運行中，循環(huán)流化床的燃燒效率可高達97%～99%。
三、技術(shù)方案分析
由于其獨特的燃燒特性，與傳統(tǒng)的煤粉爐相比，循環(huán)流化床鍋爐對風(fēng)量、風(fēng)壓的控制有更高的要求：為了保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟性，當燃料量改變時，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使之與燃料量匹配；為了保證鍋爐運行的安全性，必須使引風(fēng)量與一次風(fēng)量相配合以保證爐膛壓力在正常范圍內(nèi)；通過一次風(fēng)量及風(fēng)壓的調(diào)節(jié)以保證爐膛內(nèi)物料的正常流化。
與常規(guī)煤粉爐相比，循環(huán)流化床鍋爐配置的風(fēng)機壓頭較高，目前調(diào)節(jié)風(fēng)量的主要是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門開啟度或采用變頻調(diào)速技術(shù)控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速。當采用調(diào)節(jié)風(fēng)門開啟度的方式進行風(fēng)量控制時，容易出現(xiàn)這樣幾個問題：(1)節(jié)流損失大；(2)系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、調(diào)節(jié)品質(zhì)差，自動投入率低，難以滿足實際要求；(3)執(zhí)行機構(gòu)易出問題，維修費用高；(4)電機啟動時會產(chǎn)生過電流，影響電機絕緣性能和使用壽命。變頻調(diào)速技術(shù)由于較好地解決了上述問題，正逐步在循環(huán)流化床機組中得以運用。
由于循環(huán)流化床鍋爐中的一次風(fēng)機、二次風(fēng)機、引風(fēng)機均屬于二次方轉(zhuǎn)矩負載，在忽略風(fēng)道變化因素后，有風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比、風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速二次方成正比、機械軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比的關(guān)系。當采用高壓變頻器對這些電機進行變頻調(diào)速控制時，僅通過相對小范圍內(nèi)的頻率改變，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，即可實現(xiàn)風(fēng)量的控制，而且調(diào)節(jié)精度及響應(yīng)速度有很大改善。同時，當電機轉(zhuǎn)速降低時，由于軸功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比的對應(yīng)關(guān)系，電機的軸功率顯著下降，節(jié)能效果明顯。
四、高壓變頻裝置特點
高壓變頻技術(shù)的具體實現(xiàn)有多種方式，國內(nèi)外的高壓變頻器廠家目前主要采用如下一些解決方案：高－低－高方案、三電平－多電平方案、電流源方案、功率單元串聯(lián)方案等等。高－低－高方案需要輸入、輸出變壓器，存在中間低壓環(huán)節(jié)電流大、效率低、可靠性下降、體積大等缺點，只適合很小容量的高壓電動機；三電平－多電平方案存在控制復(fù)雜、需要加濾波器等缺點，只有少數(shù)國外廠家采用。電流源存在輸入功率因數(shù)低，維護成本高等缺點。
在實際運行中，性能優(yōu)良的高壓變頻器對電網(wǎng)諧波污染小，北京合康億盛科技有限公司采用多重化的脈寬調(diào)制技術(shù)，輸出波形為非常完美的正弦波。噪音低，發(fā)熱低，不會引起電機轉(zhuǎn)矩脈動，對電機沒有特殊要求。由于使用移相技術(shù)和二極管整流，在整個調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)達到95％以上，且整機效率≧97％，無需進行功率因數(shù)補償。電壓輸入范圍較大，輸入電壓在-20％～15％，頻率在45Hz～55Hz波動范圍內(nèi)設(shè)備均能正常工作。采用空間矢量PWM控制方式，單元疊波輸出，有效抑制輸出諧波含量，避免輸出共模電壓過大。采用雙電源切換技術(shù)，獨特的供電設(shè)計，特有的過電壓保護技術(shù)，保證高壓變頻器穩(wěn)定、可靠運行。實踐證明采用單元串聯(lián)、直接高－高方式的拓樸結(jié)構(gòu)的高壓變頻器在負載連續(xù)運轉(zhuǎn)要求嚴格的環(huán)境中應(yīng)用具有獨到的優(yōu)勢。
五、變頻前后耗電情況對比
我公司于2007年12月起開始將高壓變頻器應(yīng)用4#爐UG－130/5.3－M8的三大風(fēng)機（引風(fēng)機，一次風(fēng)機，二次風(fēng)機），目前高壓變頻運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，平均節(jié)電率達到20%以上，取得了顯著的經(jīng)濟效益。以下為我公司安裝高壓變頻前后數(shù)據(jù)對比：
|
序號 |
設(shè)備名稱 |
電機型號 |
額定功率 |
工頻運行 |
變頻運行 |
節(jié)約電量 (kWh) |
節(jié)電率 | ||||
|
額定
電流 |
運行電流 |
單位
電耗 |
運行頻率 |
運行電流 |
單位
電耗 | ||||||
|
(kW) |
(kW) |
(A) |
(kWh) |
(Hz) |
(A) |
(kWh) | |||||
|
1 |
引風(fēng)機 |
YSPKK500-4 |
800 |
95.5 |
67.0 |
621.4 |
40.2 |
44.5 |
469.1 |
152.3 |
24.5% |
|
2 |
一次風(fēng)機 |
YSPKK500-4 |
800 |
95.5 |
69.0 |
639.9 |
40.4 |
46.9 |
495.1 |
144.8 |
22.7% |
|
3 |
二次風(fēng)機 |
YSPKK400-4 |
355 |
42.9 |
32.0 |
296.8 |
30.1 |
22.1 |
221.7 |
75.1 |
25.3% |
|
合計 |
|
1955 |
|
|
1558.1 |
|
|
1185.9 |
372.2 |
23.89% | |
節(jié)能計算：
工頻條件下：4#爐三臺風(fēng)機平均每小時耗電量為：1558.1 kWh
變頻條件下：4#爐三臺風(fēng)機平均每小時耗電量為：1185.9 kWh
平均每小時的節(jié)電量：1558.1－1185.9＝372.2kWh
年節(jié)電量：372.2×6500＝2419300kWh（按年運行6500小時計算）
年節(jié)電收益：2419300×0.45＝108.8萬元（按每度電0.45元計算）
成本回收時間： 4#爐三臺風(fēng)機年節(jié)電收益108.8萬元情況下，具有顯著的經(jīng)濟效益。短期內(nèi)就能回收成本。
除了明顯的節(jié)電效益，采用變頻器還有以下優(yōu)點：（1）高壓變頻器優(yōu)良的軟啟動/停止功能（可以零轉(zhuǎn)速啟動），啟動過程最大電流小于額定電流，大大減小了啟動沖擊電流對電動機合電網(wǎng)的沖擊，有效減少了電機故障，從而大大延長了電機的檢修周期和使用壽命，同時還可有效避免沖擊負荷對電網(wǎng)的不利影響；（2）使用變頻后，原調(diào)節(jié)風(fēng)門全開，大大減少其磨損，延長了風(fēng)門使用壽命，降低檢修維護費用，進一步降低了風(fēng)道阻力；（3）使用變頻后，原液力耦合器取消，節(jié)省了液力耦合器的維護費用；（4）高壓變頻器特有的平滑調(diào)節(jié)減少了風(fēng)機以及電機的機械磨損，同時降低了軸承、軸瓦的溫度，有效減少了檢修費用，延長了設(shè)備的使用壽命。
六、結(jié)論
高壓變頻調(diào)速器已經(jīng)在多家電廠、水泥廠、化工廠、金屬冶煉廠的風(fēng)機和離心式水泵中得到實際應(yīng)用，并取得良好的運行效果和節(jié)能效益。作為未來大型節(jié)能鍋爐的發(fā)展趨勢，循環(huán)流化床鍋爐中包含大量能應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)的設(shè)備，由于循環(huán)流化床燃燒介質(zhì)多樣性，風(fēng)系統(tǒng)、水系統(tǒng)設(shè)計選型時比煤粉爐偏大，實際節(jié)能效果比煤粉爐明顯。因此，將高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計和改造，對于降低損耗、節(jié)約能源、減少成本、提高自動化控制水平，具有十分重要的意義和廣闊的前景。
高壓變頻調(diào)速器已經(jīng)在多家電廠、水泥廠、化工廠、金屬冶煉廠的風(fēng)機和離心式水泵中得到實際應(yīng)用，并取得良好的運行效果和節(jié)能效益。作為未來大型節(jié)能鍋爐的發(fā)展趨勢，循環(huán)流化床鍋爐中包含大量能應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)的設(shè)備，由于循環(huán)流化床燃燒介質(zhì)多樣性，風(fēng)系統(tǒng)、水系統(tǒng)設(shè)計選型時比煤粉爐偏大，實際節(jié)能效果比煤粉爐明顯。因此，將高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計和改造，對于降低損耗、節(jié)約能源、減少成本、提高自動化控制水平，具有十分重要的意義和廣闊的前景。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號