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合康高压变频器在引风机改造上的应用

信息来源:gkong.biz  时间:2011-11-16  浏览次数:231

  本文介绍山西兆丰铝业公司自备电厂设计3台135MW循环硫化床机组,于2006年6月相继投产发电,投产以来,由于风机出力不满,风机等效使用效率不高,厂用电率举高不下,原风机采用液力耦合器调速方式,该调节方式在满负荷时相能对经济运行,但在低转速情况下,能量损失严重,因此电厂必须对有节能空间的辅机进行变频器调节改造,自备电厂首先选择引风机进行了技术改进。
  1、引风机改造前现状
  自备电厂为3×135WM循环硫化床发电机组。三台机组六台引风机全部采用液力耦合器调节方式,液力耦合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化,来传递电动机能量并改变输出转速的,电动机通过液力耦合器的输入轴拖动其主动工作轮,对工作油进行加速,被加速的工作油再带动液力耦合器的从动工作涡轮,把能量传递到输出轴和负载,这样,可以通过控制工作腔内的油压来控制输出轴的力矩,达到控制负载的转速的目的。液力耦合器调速范围在20%~95%之间,其效率基本上与转速成正比,随着输出转速的降低,效率基本上成正比下降。100%转速时效率95%,75%转速时效率约72%,20%转速时效率约19%,液力耦合器用于风机,其轴的输出功率与转速的三次方成正比,当转速下降时,虽然液力耦合器效率与转速成正比下降,但电动机综合轴功率还是随着转速的下降成二次方比例下降,因此低转速时,风机的综合效率很低,电机耗能相对较大。引风机电机设计参数如下:
  2、改造实施方案
  1、变频器选型配置方案
  按照引风机电机容量,选用北京合康亿盛变频科技股份有限公司生产的变频器HIVERT-Y06/220,额定输出电流为220A。保留现有的引风机电动机和高压开关,考虑6kV配电室位置情况,我们将除尘器配电室空余空间位置隔离设置为变频器间,变频器电缆用原引风机动力电缆,变频器至风机电缆重新布置。变频器控制电源采用380V控制,电源一路取源于变频器变压器变压交流380V,另一路取于机组380V系统,两路电源可以自动切换无需人工调整。变频器间电缆沟道在原电缆沟的基础上进行完善,保证满足施工要求。
  2、引风机改造:由于原引风机使用液力耦合器进行调节,变频改造后,电机由变频器拖动进行变频运行,必须将液力耦合器拆除。但是拆除液力耦合器后电机和风机间连接轴的空间距离太长,扭距大容易造成变形,造成系统停机,因此在原液力耦合器位置专门进行设计制作了连接轴,并考虑在轴中位置设计支撑联轴器,轴的设计考虑了在0~50Hz范围内没有共振点。
  3、控制回路改造
  变频器的控制与原来的DCS连接起来,控制电缆由变频器至DCS系统控制柜敷设,相关的控制信号引入到DCS控制系统,可以实现远控和就地控制,变频器的加减频率在DCS系统操作员站进行,调节频率范围为0~50Hz,变频的状态及控制信号在DCS系统进行显示,满足远方操作控制的要求。
  4、变频器的主要功能设置
  1)变频器改造时原电机及保护回路不加任何改动可直接应用。
  2)变频器内部通讯采用光纤连接,可以有效提高控制信号通讯速度和抗干扰能力,变频器内部强弱电信号分开布置,通过光电隔离、铁壳屏蔽技术消除了控制的谐波影响
  3)变频器冷却风扇一用一备冗余设计,单台冷却风机故障不影响系统正常运行,并可实现在线检修。
  4)6kV主电源故障时,变频器供电可保持3秒钟,一旦主电源重新受电,装置系统能自动恢复正常工作而无需运行人员的任何干预,以满足主电源母线系统快切需求。
  5)变频器设计有电动机所需的过载、过流、过压、欠压、过热、缺相保护以及进线变压器的保护和变频器过载,变频器过热等全部保护功能。
  6)变频器动力电源和控制电源分开供电,动力电源为变频调速系统内部供电,控制电源独立于动力电源系统,变频器自备UPS,可维持30min,控制电源故障时,变频器不能立即停机。
  7)变频器在0~50Hz范围内进行调整,调节范围广,输出电压稳定。
  3、改造中重点考虑的几个问题
  1、变频器做单独接地网,接地网与电气地网隔离,保证变频器投运后对其他设备不产生干扰。
  2、引风机原由电机非专用变频电机,改造后电机冷却风量不足,电机温升不能超标。
  3、考虑电机全压启动对厂用6KV母线的影响及对电机和风机的影响。
  4、现有的风机电机连接所用的液力偶合器拆除后,连接轴必须进行认真计算设计,要充分考虑在整个调频范围内风机的共振问题。
  5、变频器及变频控制室的散热通风设计。
  4、改造后经济效益分析
  1、节能分析
  机组在100%、80%两种负荷运行方式下电机状况统计
  Pg=1.732×6.3×I×cosφ
  1)机组在100%负荷运行方式下引风机电机变频改造前后能耗比较
  不使用变频器调节模式:Pg=1391kw
  使用变频器调节模式:
  风机效率:μf=0.63
  传动效率:μt=0.97
  电机效率:μd=0.95
  变频器效率:μb=0.965
  风机出口流量:Q=115m3/s
  风机出口压力:H=-5.4kPa
  Pb=Pd/μb=Pf/μt×μd×μb=QH/(μf×μt×μd×μb)=115×5.4/(0.63×0.97×0.95×0.965)=1108kW
  节能效果:μ=(Pg-Pb)/Pg=(1392-1108)/1392=20%
  2)机组在80%负荷运行方式下引风机电机变频改造前后能耗比较
  不使用变频器调节模式:Pg=1298kw
  使用变频器调节模式:
  风机效率:μf=0.63
  传动效率:μt=0.97
  电机效率:μd=0.95
  变频器效率:μb=0.965
  风机出口流量:Q=115m3/s
  风机出口压力:H=-4.3kPa
  Pb=Pd/μb=Pf/μt×μd×μb=QH/(μf×μt×μd×μb)=115×4.3/(0.63×0.97×0.95×0.965)=883kW
  节能效果:μ=(Pg-Pb)/Pg=(1298-883)/1298=30%
  3)单台引风机节能计算
  机组80%负荷运行,单台引风机年使用300天,共计7200小时,935万KW/h。
  经济效益计算:按照每度电0.3元计算,单台引风机每年节约88万元。
  5、结论
  变频器改造,不仅提高设备的安全可靠性,提高了工艺流程的自动化水平,减少事故率,更为企业节约降耗提高经济效益作出贡献,在国家大力倡导节能减排,减少环境污染政策的指引下,推广和使用变频器必将是降低能源消耗的有力措施。
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