變頻器在化工廠風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

　　1引言

　　變頻調(diào)速技術(shù)因具有顯著的節(jié)電效果、方便的調(diào)速方式、較寬的調(diào)速范圍、運(yùn)行可靠、完善的保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。濟(jì)南裕興化工總廠是一家生產(chǎn)硫酸的大型企業(yè)，年用電量巨大。如何節(jié)約電能已經(jīng)成為該廠降低成本的重要措施。

　　2送風(fēng)機(jī)變頻改造情況

　　2.1 改造前狀況

　　該供風(fēng)系統(tǒng)采用350kW 380V風(fēng)機(jī)，靠調(diào)節(jié)風(fēng)道擋板控制送風(fēng)量以適應(yīng)生產(chǎn)負(fù)荷的變化。由于投建時(shí)風(fēng)機(jī)選型較大，出現(xiàn)“大馬拉小車”情況，大部分電能被消耗在風(fēng)道擋板上，從而使風(fēng)機(jī)效率下降。

　　該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中還存在一些其他問題:

(1) 風(fēng)道擋板動作遲緩。手動運(yùn)行時(shí)人員操作不靈活，容易造成風(fēng)機(jī)振動，很難滿足最佳調(diào)節(jié)品質(zhì)。
(2) 風(fēng)機(jī)擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障較多。
(3) 送風(fēng)機(jī)在啟動時(shí)，雖然采用了自耦降壓啟動方式，但啟動電流仍然較大，電機(jī)受到的機(jī)械、電氣沖擊較大，經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)子籠條斷裂的事故。

　　為了解決上述問題，決定對送風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，利用電機(jī)變頻調(diào)速方法實(shí)現(xiàn)送風(fēng)量控制、電機(jī)軟啟動，達(dá)到節(jié)能和實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制的目的。

　　2.2 改造方案簡介

　　在原電機(jī)與開關(guān)之間增加一套變頻裝置，并保留了原有工頻回路做旁路，其電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1中，變頻器采用成都希望森蘭變頻器制造有限公司生產(chǎn)的SB61G375KW矢量型全能王變頻器，它是該系統(tǒng)的核心。變頻器的輸出電壓為0～380V，輸出頻率為0～400Hz。在實(shí)際使用中，變頻器上限頻率設(shè)置為50Hz。它由高性能數(shù)字處理器DSP控制，功率元件采用IGBT模塊，具有輸入、輸出波形好，諧波小等優(yōu)點(diǎn)。SB61G375變頻器保護(hù)功能齊全，包含了過壓、過流、欠壓、缺相、短路，過熱、瞬時(shí)停電保護(hù)等，能有效地保護(hù)電機(jī)及自身裝置，并且可查詢故障時(shí)各參數(shù)變化的記錄，大大地簡化了維護(hù)的工作量。

變頻器采用高精度調(diào)節(jié)電位器來給定輸出頻率，根據(jù)需要的風(fēng)量在現(xiàn)場調(diào)速。電位器通過屏蔽線與變頻器控制器連接，并且設(shè)置了低通濾波器以提高控制精度。通過Y1端口的輸出頻率信號作為現(xiàn)場監(jiān)控。由于采用了電氣互鎖裝置，使系統(tǒng)不會出現(xiàn)誤操作等意外事故。

由于該變頻器容量較大，為了減少dv/dt及di/dt對系統(tǒng)的干擾，在變頻器直流側(cè)增加了直流電抗器。并在柜體的通風(fēng)散熱上也采取了不少措施，通過增大進(jìn)、出風(fēng)口面積等方法，使變頻器的升溫減到較小的程度，從而保證了該變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

3送風(fēng)機(jī)變頻改造效益分析

根據(jù)流體力學(xué)可知，可從以下公式分析：風(fēng)機(jī)電機(jī)的軸功率P與其風(fēng)量Q、風(fēng)壓H之間的關(guān)系是:

P∝Q×H

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速從n1變化到n2時(shí), Q、H、P之間的關(guān)系為:

電機(jī)消耗的功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，風(fēng)機(jī)所消耗的電能按3次方比例關(guān)系下降。而采用風(fēng)道擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，電機(jī)消耗的功率約額定功率的90%，實(shí)際利用量較少，相當(dāng)一部分能量消耗在風(fēng)道擋板上，能量損失嚴(yán)重。

4采用變頻器改造的效果

該系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電機(jī)為350kW、額定電流629A、2極。原工頻工作時(shí)，平均運(yùn)行電流530～590A，取550A計(jì)算，每小時(shí)耗電約317kWh（有功）；在投入變頻系統(tǒng)運(yùn)行后，平均每小時(shí)耗電207kWh（有功），在變頻器輸入側(cè)（電源端）測試，電壓仍為380V，運(yùn)行電流為280～320A，取300A計(jì)算；變頻系統(tǒng)功率因數(shù)取0.93；電價(jià)0.5元/kWh。

(1) 每小時(shí)節(jié)電

按有功計(jì)算，上式結(jié)果乘以上功率因數(shù)0.93

40%×0.93≈37%

每小時(shí)節(jié)電：317－207＝110(kWh)

(2) 年效益

該風(fēng)機(jī)為不停機(jī)運(yùn)行，年運(yùn)行365天，故年節(jié)電效益為：

365×24×0.9×110×0.5≈43.4(萬元)

(3) 投資回收年限

該系統(tǒng)總投資20余萬元，每年收益43.4萬元。所以該項(xiàng)目投資回收年限只有半年；同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，效益十分顯著。系統(tǒng)使用至今運(yùn)行穩(wěn)定，從未出現(xiàn)任何故障。

5結(jié)束語

該項(xiàng)目的最大意義是節(jié)能。與原有的工頻驅(qū)動方式相比，風(fēng)機(jī)效率穩(wěn)定在理想的范圍內(nèi)，電動機(jī)能耗大大降低。特別是機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，效果更顯著。同時(shí)提高了可靠性，延長了電機(jī)壽命。另外，由于風(fēng)門全開，減少了風(fēng)道的振動與磨損，提高了機(jī)械壽命?？傊?，變頻裝置節(jié)能效果好、調(diào)速先進(jìn)、使用成熟、性能可靠，是理想的節(jié)能項(xiàng)目。