隨著現(xiàn)代化企業(yè)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，效益最大化是企業(yè)永恒的主題。利用高新技術(shù)來進(jìn)步企業(yè)生產(chǎn)裝置的治理水平和節(jié)能降耗已是各企業(yè)首選的手段之一。高壓變頻節(jié)能技術(shù)隨著國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家研制水平的不斷進(jìn)步已接近甚至超過世界同行的先進(jìn)水平，并以產(chǎn)品性能穩(wěn)定、價格適宜、售后服務(wù)及時等上風(fēng)深受國內(nèi)企業(yè)廣泛接受和應(yīng)用。

         　　泰達(dá)熱電公司五號熱源廠為三臺75T/H的硫化床鍋爐，采用單引風(fēng)、一次送風(fēng)、二次送風(fēng)的形式。風(fēng)機(jī)型號分別為 JLY75?15N025D左45°、JLG75?12N016D右90°、JLG75?22AN014D右90° 配置功率分別為560KW、315KW、250KW 電壓為10KV的三相交流異步電動機(jī)，風(fēng)門采用進(jìn)風(fēng)口擋板調(diào)節(jié)。這種配置的缺點是擋板兩側(cè)風(fēng)壓差造成節(jié)流損失，同時風(fēng)機(jī)擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)為大力矩電機(jī)執(zhí)行器易出故障 ，風(fēng)機(jī)自動率較低。為此我們對引風(fēng)量的調(diào)節(jié)、一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)、二次風(fēng)量的調(diào)節(jié)在全國首家大膽采用了10KV高?高變頻調(diào)速技術(shù)。以1#爐為例我們分別選擇了DFCVERT?MV?710/10B、DFCVERT?MV?450/10B、DFCVERT?MV?355/10B變頻器以達(dá)到節(jié)能降耗及進(jìn)步自動化水平。目前經(jīng)過對1#爐變頻器的調(diào)試運行驗證收到了預(yù)期效果，安裝工藝、操縱控制都有了突破性進(jìn)展。 

         　　2、采用變頻調(diào)速節(jié)能的基本原理

         　　 一般電氣拖動設(shè)備設(shè)計上考慮有短時過載運行的情況，在電動機(jī)的功率配置上往往要大于負(fù)載最大功率的10%左右甚至更大一些，電動機(jī)選小了大負(fù)載運行時電機(jī)發(fā)熱導(dǎo)致盡緣過早老化影響電機(jī)使用壽命，電機(jī)選大了勵磁電流增大，無功損耗大功率因數(shù)低而且不經(jīng)濟(jì)，另外電動拖動設(shè)備不是長期工作在滿負(fù)荷狀態(tài)，而是長期工作在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷狀態(tài)，即額定值得85%左右，這樣剩余功率和冗余功率就是一種浪費而采用變頻技術(shù)正是解決這一題目的最好辦法。它可以做到自動負(fù)荷匹配，在任何工況下電動機(jī)和負(fù)荷都可以實現(xiàn)最佳的負(fù)荷匹配。

         　　利用變頻器作為風(fēng)量的調(diào)節(jié)最直接的效益就是節(jié)能降耗。采用變頻調(diào)速的主要特點是消除或減少檔板的節(jié)流損失，可自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷匹配從而達(dá)到最佳的節(jié)能目的。一般情況下生產(chǎn)設(shè)備的節(jié)能可以通過兩種手段實現(xiàn)一是減少運行時間，二是在滿足運行工況的條件下削減輸進(jìn)功率，顯然第一種方法不適合連續(xù)運行的鍋爐風(fēng)機(jī)，那么利用變頻調(diào)速可以削減輸進(jìn)功率正適合不需要恒轉(zhuǎn)矩的風(fēng)機(jī)、水泵類的設(shè)備。下面就節(jié)能原理作一先容。

         　　2.1、風(fēng)機(jī)節(jié)能的基本原理
　　風(fēng)機(jī)典型的風(fēng)量??壓力特性曲線如圖2.1所示。

圖2.1風(fēng)機(jī)的風(fēng)量?壓力特性

         　　通常調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法有兩種：
　�。�1）、控制輸出或輸進(jìn)的風(fēng)門。
　�。�2）、控制旋轉(zhuǎn)速度。
　　圖2.2（a）為采用第一種方法時的特性 ，管路的節(jié)流阻力改變時，可以得到所需的送風(fēng)特性。圖2.2（b）為調(diào)速情況下風(fēng)機(jī)的運行特性圖中（pu）均采用標(biāo)么值。
　　

圖2.2（a）風(fēng)門調(diào)速時的特性 （b）調(diào)速控制時的特性 r: 管路阻抗R+節(jié)流阻抗

         　　采用調(diào)速方法節(jié)能的原理是基于風(fēng)量、壓力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系這些關(guān)系是
　　 Q ∝ n
　　 p ∝ T ∝ n2
　　 P ∝ Tn ∝ n3
　　式中Q??風(fēng)量 p??壓力 n??轉(zhuǎn)速 T??轉(zhuǎn)矩 P??軸功率 
　　風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的1次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的2次方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，即能耗與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系如電機(jī)在80%額定轉(zhuǎn)速時，其功耗即可降至（0.8）3≈50%
　　軸功率的實際值（KW）由下式給出
　　
    式中 Q??風(fēng)量 
　　p??壓力（n3/s） 
　　ηb??風(fēng)扇或風(fēng)機(jī)的效率 
　　ηc??傳動裝置效率，直接傳動時為1
　　圖2.3所示為采用不同的調(diào)節(jié)方法時電動機(jī)輸進(jìn)功率（既風(fēng)機(jī)軸功率）與風(fēng)量的關(guān)系曲線。
　　

圖2.3風(fēng)機(jī)各種風(fēng)量調(diào)節(jié)時的輸進(jìn)功率比較

         　　1?輸出端風(fēng)門控制時的電動機(jī)輸進(jìn)功率2?輸進(jìn)端風(fēng)門控制的電動機(jī)輸進(jìn)功率3?轉(zhuǎn)差功率調(diào)速（滑差電動機(jī)、液力耦合器）時電動機(jī)的輸進(jìn)功率4?變頻器調(diào)速控制時的電動機(jī)輸進(jìn)功率5?理想輸進(jìn)功率
　　采用不同的調(diào)節(jié)方法電動機(jī)的輸進(jìn)功率（既電源應(yīng)提供的功率）也不同圖中比較了輸出端風(fēng)門控制、輸進(jìn)端風(fēng)門控制、電磁轉(zhuǎn)差調(diào)速及液力耦合控制、和采用變頻調(diào)速控制的電動機(jī)的輸進(jìn)功率（既電源提供的功率）與風(fēng)量之間的相互關(guān)系。
　　圖2.4表示輸進(jìn)端風(fēng)門控制、電磁轉(zhuǎn)差或液力耦合調(diào)速控制以及變頻調(diào)速控制方法下將風(fēng)量調(diào)到0.5（Pu）時的節(jié)電情況。
　　

圖2.4風(fēng)量為50%時節(jié)約的電能

         　　圖中劃斜線部分的面積表示風(fēng)量調(diào)到0.5（Pu）時的節(jié)電量。變頻調(diào)速的情況下所需電源功率僅為全風(fēng)量的12.5%當(dāng)然這是理想情況下得到的結(jié)果。
　　2.2、我廠1#爐三臺風(fēng)機(jī)的節(jié)能估算
　　由于在相同條件下風(fēng)壓和流量的大小與電機(jī)電流的大小成正比所以這里只用工頻運行檔板調(diào)節(jié)時的電機(jī)電流和變頻調(diào)節(jié)時變頻器的輸進(jìn)電流作一比較從而說明節(jié)電效果。
 

在蒸汽流量為48T/H時各自的電源側(cè)電流見表一 

             以下公式可估算出節(jié)電的結(jié)果
    

圖3.1功率單元電路結(jié)構(gòu)

         　　根據(jù)表二可得出1#爐每小時可節(jié)能421.2度電
　　以上只是利用電流的變化做一比較，在實際運用中各種運行工況的不同節(jié)能效果也不一樣。所以實際節(jié)能要比估算的結(jié)果有一定的出進(jìn)，但從結(jié)果上看節(jié)能還是非常明顯的。

         　　3、高壓變頻裝置的基本原理

         　　3.1、功率單元的基本結(jié)構(gòu)
　　DFCVERT?MV變頻器的功率單元是以交?直?交的形式組成的，它是先把工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的PWM波交流電。它由三部分組成既整流器、逆變器和中間環(huán)節(jié)如圖3.1所示：

圖3.2逆變器原理

         　　3.2、逆變器的基本原理
　　交?直?交變頻器的交??直變換一般采用二極管來實現(xiàn)。而把直流變?yōu)樗�需要頻率的交流電時一般采用逆變的方法來實現(xiàn)，所以也叫逆變器。由圖3.2簡單地說明了逆變器的工做原理
　　

圖3.3（a）電壓疊加原理圖

         　　當(dāng)兩組開關(guān)K1、K1’和K2、K2’輪流切換時，負(fù)載R上便得到了交變電壓uR。假如這兩組開關(guān)利用四只電子開關(guān)器件來代替并輪流導(dǎo)通與關(guān)斷就實現(xiàn)了由四只電子開關(guān)器件控制的直流??交流逆變。

         　　3.3單元串聯(lián)多電平變頻器原理
　　單元串聯(lián)多電平PWM電壓型變頻器采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出。該變頻用具有對電網(wǎng)諧波污染小，輸進(jìn)功率因數(shù)高，輸出波形好，不存在由諧波引起的電動機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪聲、共模電壓等題目，可以使用普通的異步電機(jī)。取名為完美無諧波變頻器。
　　單元串聯(lián)多電平變頻器采用若干個獨立的低壓功率單元串聯(lián)的方式來實現(xiàn)高壓輸出其原理如圖3.3所示

        ,水簾生產(chǎn)廠家;

　　
圖3.3（b）主電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

         　　供率單元與主控系統(tǒng)之間通過光纖進(jìn)行通訊，以解決強(qiáng)弱電之間的隔離和干擾題目。功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，所有的功率單元可以互換，維修也比較方便每個單元只有三個輸進(jìn)、兩個輸出電源連接和一個光釬插頭與系統(tǒng)連接，所以功率單元的更換十分方便。1#爐變頻器還采用了冗余功率單元設(shè)計方案及功率單元自動旁路技術(shù)即使在功率單元損壞的條件下還能滿載運行。

         　　4、DCS控制系統(tǒng)及工頻旁通
　　變頻器的調(diào)速控制系統(tǒng)可由遠(yuǎn)程/本地控制，遠(yuǎn)程時操縱職員通過DCS系統(tǒng)在CRT上的模擬器對DCS的輸出值進(jìn)行調(diào)節(jié)，此輸出值為反饋給變頻器的4??20MA標(biāo)準(zhǔn)信號，對應(yīng)不同的頻率給定值，變頻器通過DCS的給定調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制從而達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。
　　利用變頻器調(diào)節(jié)技術(shù)無疑要在原有的回路中加裝一套變頻調(diào)節(jié)設(shè)備，這將增加一個設(shè)備故障點，影響機(jī)爐系統(tǒng)的安全運行， 
　　為了充分保證系統(tǒng)的可靠性為變頻器加裝了工頻旁路裝置，當(dāng)變頻器故障時變頻器停止運行電機(jī)可以直接手動切換到工頻運行同時不會影響對變頻器的檢驗如圖4.1所示。
　　

         　　5、結(jié)束語
　　我廠1#爐變頻器自2003年安裝調(diào)試，2004年3月正式投進(jìn)運行。在調(diào)試及運行中變頻器經(jīng)歷了多種方式的考驗，突破了變頻器與相關(guān)設(shè)備相匹配的各種難點實踐證實高壓變頻裝置節(jié)能效果明顯，實現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，也減少了風(fēng)道的震動與磨損�？傊瓺FCVERT?MV型變頻器在1#爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用是很成功的。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展作為大容量傳動的高壓變頻調(diào)速技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用，在電力行業(yè)對于很多高壓大功率的輔機(jī)設(shè)備推廣和采用變頻技術(shù)不僅可以取得相當(dāng)明顯的節(jié)能效果，而且也得到了國家產(chǎn)業(yè)政策的支持，代表了今后更多行業(yè)節(jié)能技術(shù)的方向。目前很多行業(yè)越來越多的職員對此都形成廣泛的共叫。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 吳忠智 吳加林 變頻器應(yīng)用手冊 機(jī)械產(chǎn)業(yè)出版社
　　[2] 韓安榮 通用變頻器及其應(yīng)用 機(jī)械產(chǎn)業(yè)出版社
　　[3] 東方凱奇 用戶手冊 東方凱奇電氣有限責(zé)任公司

             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)運行更加公道可靠。

             哈爾濱市華能集中供熱有限公司在建的熱源廠，設(shè)計規(guī)模為6臺116MW（160t）循環(huán)硫化床熱水鍋爐，3臺75t/h循環(huán)硫化床蒸汽鍋爐，2臺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。

             項目建成后可以承擔(dān)起哈爾濱市道里、道外兩個區(qū)大部分的冬季取熱任務(wù)。項目03年開始建設(shè)，04年投產(chǎn)2臺116MW熱水爐，05年底已有4臺116MW熱水爐、三臺75t/h蒸汽爐和兩臺12MW背壓機(jī)組投進(jìn)運行。九臺循環(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，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)送進(jìn)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)由爐床下部送進(jìn)爐膛，主要保證料層流化：二次風(fēng)沿燃燒室分級多點送進(jìn)，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)進(jìn)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進(jìn)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。
2  系統(tǒng)技術(shù)方案分析   
    對循環(huán)硫化床鍋爐調(diào)節(jié)主要就是對風(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)實際上為轉(zhuǎn)子串級調(diào)速的升級，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)了很多題目。比如，調(diào)節(jié)范圍�。�30Hz～50 Hz）、故障率高、諧波大、不能實現(xiàn)真正的軟啟動等，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，均勻一個月就要停爐換滑環(huán)、碳刷。對供熱穩(wěn)定、平時的日常使用維護(hù)帶來很多題目。

             在二期工程中根據(jù)現(xiàn)場的工藝情況和前一年的使用情況，我們選用了6臺東方日立（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）。

         3   裝置原理特點
 

                              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級變頻器為例，每相由8個PWM變頻功率單元串聯(lián)實現(xiàn)直接高壓輸出，三相24個。每個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，所對應(yīng)的線電壓為6000 V。經(jīng)疊加后線電壓波形具有33門路電平，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。

             它對電網(wǎng)諧波污染小，輸進(jìn)電流諧波畸變小于3％，電網(wǎng)輸進(jìn)電壓諧波畸變小于3％，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，輸進(jìn)功率因數(shù)達(dá)0.95以上，不必采用輸進(jìn)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、噪聲、輸出dv/dt、共模電壓等題目，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，刀閘具有防誤操縱的機(jī)械閉鎖功能，并帶有電磁鎖，以作為電氣連鎖的保護(hù)，防止誤操縱。變頻器、斷路器、刀閘和電纜的一次電路。

         4    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)實際運行均勻在45 Hz；
一次風(fēng)機(jī)均勻42 Hz；
二次風(fēng)機(jī)均勻35 Hz。
    假如在工頻下使用風(fēng)們擋板控制一臺爐一個月使用電量：
   （1250＋250＋800）×24×30=1656000kwh，以均勻電價0.7元/度計算，需1159200元�，F(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，一臺爐一個月使用電量：〔（45/50）3×1250＋（42/50）3×250＋（35/50）3×800）〕×24×30=960354.72kwh，需672248.304元�？梢钥闯鲆慌_爐（一臺250KW/6000V變頻器  一臺1250KW/6000V變頻器  一臺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個月），節(jié)電率為42％。

         5  采用變頻器的優(yōu)越性
   ,整體廠房降溫通風(fēng); 變頻調(diào)速系統(tǒng)從2005年11月投進(jìn)生產(chǎn)運行至今，充分體現(xiàn)出該裝置的先進(jìn)性，主要特點如下：
（1）由于變頻器可以非常平穩(wěn)的調(diào)整風(fēng)量，運行中可以任意調(diào)整鍋爐負(fù)荷，鍋爐運行參數(shù)得到改善，進(jìn)步了鍋爐效率。
（2）使用變頻后，由于啟動和停止時間都可以設(shè)定，減少了對煙道、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，有效的進(jìn)步了相應(yīng)設(shè)備的檢驗周期，節(jié)約了大量維護(hù)用度。
（3）由于有變頻調(diào)節(jié)，系統(tǒng)實現(xiàn)了軟啟動，風(fēng)機(jī)在低頻下啟動，啟動電流很小，啟動時間延長，避免了原來在較大慣性負(fù)荷情況下，數(shù)倍于額定起動電流對電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊，有效延長了電機(jī)壽命。
（4）進(jìn)步了功率因數(shù)，功率因數(shù)在0.95以上。
6  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)荷時更為明顯，采用變頻調(diào)速后實現(xiàn)了電機(jī)軟啟動，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)門的使用和檢驗周期，也減少了風(fēng)管道的振動和摩擦。良好的性能會越來越為各行各業(yè)所應(yīng)用，具有極好的使用價值。