摘要：本文簡述了高壓變頻的基本原理，介紹了國產(chǎn)多電平高壓變頻器在高溫風機節(jié)能改造的應用，及實際在旋窯高溫風機進行變頻調(diào)速改造應用的節(jié)能與其他效果。 關鍵字：多電平　高壓變頻器　高溫風機 1、引言 自我國加大基礎設施建設以來，全國各地對基礎建材水泥的需求量日益增大，促進了建材行業(yè)的快速發(fā)展；隨著對環(huán)保及對生產(chǎn)效率提出更高要求，傳統(tǒng)立窯由于環(huán)境污染大，生產(chǎn)效率低的特點，逐步被環(huán)保、高效的旋窯生產(chǎn)線取而代之，成為提高水泥生產(chǎn)的有效手段。但隨著原材料成本、燃料煤炭成本及動力成本的提高，水泥生產(chǎn)的利潤空間也相應降低，市場的激烈競爭促使水泥生產(chǎn)企業(yè)迫切的降低生產(chǎn)成本，以增強市場競爭力，提高利潤空間。在全球資源緊缺的前提下，原材料及煤炭的成本會進一步提高，只有在能源循環(huán)利用及節(jié)約能源上做文章才能給企業(yè)帶來持續(xù)發(fā)展的動力。 小浦眾勝水泥有限公司位于浙江長興縣小浦鎮(zhèn)，擁有2500噸生產(chǎn)線一條；為降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競爭力，率先安裝了一套余熱發(fā)電系統(tǒng)，對窯尾高溫尾氣綜合利用，取得了較高的經(jīng)濟效益。企業(yè)領導增強了能源綜合利用及節(jié)能降耗的信心，經(jīng)過運值及電氣技術人員對生產(chǎn)線的運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析，提出了對窯尾高溫風機進行變頻改造的課題。 2、改造前運行工況介紹及節(jié)能預算分析 小浦眾勝水泥有限公司旋窯高溫風機額定電壓為6kV，額定功率為1400kW，額定轉(zhuǎn)速992rpm，改造前通過液力耦合器調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速并配合風門進行控制。在正常生產(chǎn)運行過程中，液力耦合器的輸出720rpm，風門開度控制在75%開度。采用風門控制時，微小的調(diào)節(jié)都會引起旋窯系統(tǒng)各點壓力的波動，影響生產(chǎn)安全；采用液力耦合器調(diào)整時，雖能減小旋窯系統(tǒng)各點的壓力波動，但相對增加了液力耦合器的維護量及維護成本。 通過查閱相關資料及試驗論證，在風門開度75%時，由于風門的節(jié)流、磨擦增加大約11%的損耗；液力耦合器工作原理是利用了泵輪與渦輪進行能量的傳遞，在能量傳遞過程中本身損耗一定的能量，其損耗比例理論計算公式： 其中，i——液偶轉(zhuǎn)速比； i[sub]e[/sub]——液偶額定工況點的轉(zhuǎn)速比，取0.97； P額——電機額定功率，kW； 按上述公式計算，輸出720rpm時的損耗約為14.43%，再考慮到液偶的軸承摩擦損失、油路損失、鼓風損失、導管損失等。總約有25%的損耗，具有較大的改造節(jié)能空間。 對于旋窯系統(tǒng)，高溫風機至關重要，一旦出現(xiàn)故障將造成整條生產(chǎn)線的癱瘓，因此對節(jié)能改造方式的穩(wěn)定性與可靠性提出了更高標準的要求。通過與其他節(jié)能調(diào)節(jié)方式比較，變頻調(diào)速優(yōu)異的調(diào)速、起動和制動性能、高效率、高功率因素等特點 非常適合改造需求，用戶最終決議采用高壓變頻對高溫風機進行改造。 近年來國內(nèi)高壓變頻器得到了快速發(fā)展，其性能已基本達到了進口產(chǎn)品的水平，且針對國內(nèi)電網(wǎng)實際運行情況在功能做了很大的改進與完善，完全滿足運行需求。 3、H橋多電平串聯(lián)高壓變頻介紹 3.1拓撲結(jié)構(gòu) 受功率器件進口限制，國內(nèi)高壓變頻器的拓撲基本采用的是多電平串聯(lián)結(jié)構(gòu)。 多電平串聯(lián)高壓變頻器采用若干個低壓變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１所示。 [align=center] 圖1 H橋多電平串聯(lián)高壓變頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖[/align] 3.2 功率單元結(jié)構(gòu) 功率單元主要由三相橋式整流橋、濾波電容器、IGBT逆變橋構(gòu)成，同時還包括由功率器件驅(qū)動、保護、信號采集、光纖通訊等功能組成的控制電路。通過控制IGBT的工作狀態(tài)，輸出PWM電壓波形。每個功率單元在結(jié)構(gòu)及電氣性能上完全一致，可以互換。其電氣原理如圖２所示： [align=center] 圖2 功率單元電路結(jié)構(gòu)[/align] 3.3 多電平串聯(lián)高壓變頻器的特點 其拓撲結(jié)構(gòu)的高壓變頻器具有對電網(wǎng)諧波污染??；可實現(xiàn)冗余設計；輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置；輸出波形質(zhì)量好、不存在諧波引起的電動機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動；dv/dt 低等特點，適用于普通電動機。 4、改造過程、節(jié)能效果分析 通過對本行業(yè)國產(chǎn)高壓變頻運行情況調(diào)查，行業(yè)用戶對Zinvert智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的寬電壓波動范圍、SCP抗短路技術、核心STT技術、完善的內(nèi)植變壓器及電機保護等功能給予了充分的肯定，最終決定采用Zinvert系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的ZINVERT－A6H1800/06Y的變頻系統(tǒng)對高溫風機進行改造。 鑒于液力耦合器的在滿負荷運行時仍有3%的損耗及設備較大的維護工作量，此次改造采取去除液力耦合器，電機與風機直接聯(lián)接的方式。對于去除液力耦合器的去除提出了兩種解決方案，一是去除液力耦合器，前移電機實現(xiàn)電機、風機的直接聯(lián)接；二是用軸承箱替代液力耦合器實現(xiàn)電機、風機的直接聯(lián)接。考慮到無論是移電機還是訂制軸承箱，都需要較長的改造周期，為在企業(yè)規(guī)定的時間內(nèi)按時完成整個改造項目，因此采用對液力耦合器進行改造的方式。根據(jù)液力耦合器的軸徑加工制造了一根通軸，取出液力耦合器的泵輪與渦輪，以液耦的外殼做為軸承箱放入通軸直接聯(lián)接電機和風機，即可在最短時間內(nèi)完成電機、風機直聯(lián)工作。 在旋窯小修前，Zinvert高壓變頻器運抵現(xiàn)場。由于設備出廠前在廠家試驗室內(nèi)已完成了系統(tǒng)的調(diào)試及1:1的滿負載試驗工作，在雙方技術人員的努力下三天即完成了系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、試車工作。按原有的操作規(guī)程進行起爐時，由于高溫風機在生產(chǎn)工藝上的特殊性，造成了變頻器保護；在相關技術人員的努力下，找出了問題根源，并制定了相應的措施，保證了改造的順利進行；投運后使旋窯系統(tǒng)各點的壓力波動幅值大大降低，旋窯運行非常穩(wěn)定。 從運行情況來看取得了較高的經(jīng)濟效益，在正常運行投料170T/H時高溫風機改造前后運行數(shù)據(jù)如下表所示： 與改造前的分析基本吻合，此次改造取得完滿成功。 5、結(jié)束語 此旋窯已進行了旋窯高溫尾氣余熱發(fā)電改造，提高了高溫風機前的負壓值，增加了高溫風機的運行功率，因此在未進行高溫尾氣余熱發(fā)電改造的旋窯高溫風機會有更大的變頻改造節(jié)能空間。 由于高溫風機的獨特性，建議在變頻改造前，對旋窯系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)做全面的統(tǒng)計、分析，設計完善的改造方案，取得最佳改造成果。 通過本次改造效果看，對旋窯高溫風機進行高壓變頻改造是節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本的有效方式之一，值得在水泥建材行業(yè)進行全面推廣。 參考文獻 [1]液力耦合器應用與節(jié)能技術，劉應誠,楊乃橋，化學工業(yè)出版社 [2]Zinvert智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)手冊，廣州智光電機有限公司 作者簡介： 楊忠民（1976-），男，山東臨沂市人，廣州智光電機有限公司技術部，從事高壓變頻調(diào)速及電力電子應用技術研究。