摘 要：本文介紹了風(fēng)光牌高壓變頻器在淄博錦江環(huán)保能源有限公司鍋爐引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用情況，介紹了電機(jī)變頻調(diào)速的原理以及其節(jié)能原理，對節(jié)能效果進(jìn)行了分析。

1 引言

　　2006年淄博市與杭州錦江集團(tuán)達(dá)成合作協(xié)議，錦江集團(tuán)采用BOT形式投資2.7億元建設(shè)了淄博錦江環(huán)保能源有限公司，2007年3臺循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐和2臺發(fā)電機(jī)組安裝到位，建成并進(jìn)入了運(yùn)行階段。目前，該公司每天處理來自張店區(qū)和高新區(qū)的生活垃圾，日處理量可達(dá)1000噸，全市除了博山區(qū)、沂源縣因路途較遠(yuǎn)外，其他區(qū)縣都將把生活垃圾運(yùn)抵垃圾焚燒發(fā)電廠集成處理。屆時，淄博市的垃圾無害化處理率將達(dá)到90%以上。目前日發(fā)電量可達(dá)50萬度、項目采用國內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)，可有效減少污染物的排放。

　　在熱電廠發(fā)電過程中鍋爐風(fēng)機(jī)是耗能的主要負(fù)載。所以為了實現(xiàn)發(fā)電過程中電能的合理節(jié)約，希望可以將1#鍋爐通過變頻裝置進(jìn)行節(jié)能拖動。

2 電機(jī)變頻調(diào)速以及節(jié)能原理

　　根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性n=60f(1-s)/p可以得出，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，基本上有三個方法：改變頻率，改變轉(zhuǎn)差率或改變磁極對數(shù)。轉(zhuǎn)差率是電動機(jī)的定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差與定子磁場的轉(zhuǎn)速的比值

　　由風(fēng)機(jī)的壓力—風(fēng)量特性曲線如下圖：

圖1 風(fēng)壓于風(fēng)量的關(guān)系曲線

　　在圖中R1、R2為管路特性曲線，N1、N2為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

　　根據(jù)現(xiàn)場情況，為了保持風(fēng)量保持Q2不變，先將風(fēng)門完全打開，此時管路特性曲線由R1變?yōu)镽2，即由A點變?yōu)锽點，這樣風(fēng)量變大，為Q1，同時在轉(zhuǎn)速配合下調(diào)整風(fēng)量，使風(fēng)量由Q1變回Q2，這樣可使在同樣的風(fēng)量消耗最小的功率，但此時風(fēng)量不變風(fēng)壓減小。

　　根據(jù)風(fēng)機(jī)特性可知：

　　風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，即Q1/Q2=N1/N2

　　風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即H1/H2=(N1/N2)²

　　風(fēng)機(jī)的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，即P1/P2=(N1/N2)³

　　假設(shè)現(xiàn)場情況原風(fēng)門開度為30℅，改造后需調(diào)為100℅，即風(fēng)門完全打開，根據(jù)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系有：Q1/Q2=10/3 ，根據(jù)實際和經(jīng)驗我們知道，實際風(fēng)量并不是原來的三倍，而小于三倍，大約為2.8倍左右，由此N1/N2=1/2.8，如果調(diào)整轉(zhuǎn)速，我們知道電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)輸入的電源頻率基本成比例，中間存在轉(zhuǎn)差率的關(guān)系，基本上有f1/f2=1/2.8，即使用變頻時，假設(shè)原來運(yùn)行工頻50Hz，變頻運(yùn)行到18Hz即可達(dá)到同樣的風(fēng)量。考慮到電機(jī)和風(fēng)機(jī)間的傳動效率和變頻器的現(xiàn)場使用經(jīng)驗，頻率一般需要調(diào)整到30Hz左右，能使變頻器達(dá)到較佳狀態(tài)。

　　相對工頻節(jié)能計算為：

　　(P1-P2)/P1=1-P2/P1

　　根據(jù)上述可知功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，即P1/P2=(N1/N2)³

　　(P1-P2)/P1=1-P2/P1=1-(N2/N1)³=1-(30/50)³=78.4℅

　　看出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的節(jié)能空間很大。

3 現(xiàn)場負(fù)載情況

　　3.2引風(fēng)機(jī)工藝要求

　　引風(fēng)機(jī)是熱電廠的鍋爐生產(chǎn)工藝中重要的組成部件。引風(fēng)機(jī)輸送的介質(zhì)是煙氣，最高溫度一般不得超過250度。鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還有煙氣的除塵、脫硫設(shè)備，煙氣阻力較大，利用引風(fēng)機(jī)排煙才能排除煙氣，同時引風(fēng)機(jī)也造成鍋爐本體的燃燒室的需要的負(fù)壓。

　　所以，一方面生產(chǎn)工藝要求變頻器必須安全可靠運(yùn)行穩(wěn)定，連續(xù)不間斷正常運(yùn)行;操作簡單，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程DCS控制;頻率可調(diào)度2-50Hz;適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強(qiáng);保護(hù)功能完善;要求節(jié)能效果明顯。另一方面，負(fù)載為離心式引風(fēng)機(jī)，要求變頻器啟動和停止時能適應(yīng)離心式引風(fēng)機(jī)的較大的轉(zhuǎn)動慣性，減小對電網(wǎng)電壓的影響，對電機(jī)有必要的保護(hù)，有助于延長電機(jī)的使用壽命。

　　1#鍋爐的引風(fēng)機(jī)用變頻器控制，希望達(dá)到節(jié)能的目的。經(jīng)多方調(diào)研，最終選用國產(chǎn)變頻器中國名牌產(chǎn)品——風(fēng)光牌高壓變頻器。

4 風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器結(jié)構(gòu)

　　風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，每相5個單元組成，每個功率單元都承受電機(jī)電流、1/5的相電壓、1/15的輸出功率。15個單元在變壓器上都有自己獨立的三相輸入繞組。功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣。二次繞組采用延邊三角形接法，可實現(xiàn)多重化，降低了輸入電流的諧波成分。

　　輸入移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成 36脈沖整流方式;這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1， 輸入電流諧波成分低。實測輸入電流總諧波成分小于4%。

　　控制器核心由高速 32 位 DSP 芯片和嵌入式工控機(jī)協(xié)同運(yùn)算來實現(xiàn)，精心設(shè)計的算法可以保證電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能。嵌入式工控機(jī)提供友好的全中文 WINDOWS 監(jiān)控和操作人機(jī)界面，同時可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制?？删幊炭刂破?PLC)用于柜體內(nèi)開關(guān)信號的邏輯處理，以及與現(xiàn)場各種操作信號和狀態(tài)信號的協(xié)調(diào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　功率單元電路采用交—直—交逆變電路，整流側(cè)為六支二極管實現(xiàn)三相全波整流，逆變側(cè)由四支IGBT組成全橋逆變電路，通過SVPWM控制方法，控制兩路IGBT 逆變橋?qū)崿F(xiàn)直流到交流的逆變過程。電路結(jié)構(gòu)如圖 3 示。

圖3 功率單元主電路結(jié)構(gòu)圖

　　功率單元的結(jié)構(gòu)都如上圖所示，完全一樣，可以互換。這不但調(diào)試、維修方便，而且備份也十分經(jīng)濟(jì)。假如一單元發(fā)生故障，該單元的輸出端能自動通過可控硅旁路而整機(jī)可以暫時降額工作，直到緩慢停止運(yùn)行。

　　每個單元的 U 、V 輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過對每個單元的 PWM 波形進(jìn)行重組，可得到如圖 4 所示的階梯 PWM 波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造;同時，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。

圖4 變頻器輸出的相電壓階梯PWM波形圖

5 節(jié)電率計算

　　通過調(diào)節(jié)風(fēng)門的出口擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量來滿足生產(chǎn)工藝要求，大量電能白白浪費(fèi)在閥門上。采用變頻器拖動電機(jī)的方式，閥門調(diào)到全開的位置，通過改變電機(jī)輸入電壓的頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，消除了消耗在閥門上的能量。

　　電廠用電率是發(fā)電廠重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一, 降低電廠用電率可以降低發(fā)電成本, 提高發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益, 引風(fēng)機(jī)電動機(jī)這類大功率高壓電氣設(shè)備,往往能耗大, 效率低, 直接影響廠用電率的高低。

　　根據(jù)其生產(chǎn)工藝實際運(yùn)行情況調(diào)節(jié)閥門后，工頻時電機(jī)運(yùn)行的平均電流在 59A左右，電機(jī)本身的功率因數(shù)是0.82。

　　工頻運(yùn)行的平均功率計算：

　　P工 =1.732×6×59×0.82=502.76KW

　　W工=451.64×24=12066.36 KW·h 。

　　變頻方式拖動電機(jī)時，將風(fēng)門全部打開，變頻器運(yùn)行在輸出頻率30Hz已經(jīng)達(dá)到同樣的工藝要求。變頻器的輸入電流平均值為 35A 左右。變頻器的功率因數(shù)是0.98。

　　變頻運(yùn)行的平均功率計算：

　　P變 =1.732×6×35×0.98=356.45KW

　　W變=356.45×24=8554.69 KW·h

　　節(jié)電率計算：

　　( P工 -P 變 ) / P 工 =29.1% 。

6 結(jié)束語

　　近4個月的運(yùn)行情況來看，山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的 JD-BP37 -710F 高壓大功率變頻器性能優(yōu)越，可靠性高，節(jié)能效果顯著，變頻系統(tǒng)滿足了連續(xù)生產(chǎn)的需要，并展現(xiàn)了其性能具有無可比擬的優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 山東新風(fēng)光電子使用手冊 [Z]. 山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。

　　[2] 山東新風(fēng)光電子 JD-BP37-710F 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試大綱。