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案例頻道一、概述
高壓交流變頻調速技術(shù)是上個(gè)世紀90年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型電力傳動(dòng)調速技術(shù)，主要用于交流電機的變頻調速，其技術(shù)和性能遠遠勝過(guò)以前采用的調速方式（如串級調速、液力耦合器調速、轉子水阻調速等）。高壓變頻以其顯著(zhù)的節能效益、完善的保護功能、方便的通信功能以及高調速精度、寬調速范圍，得到了廣大用戶(hù)的認可，成為企業(yè)電機節電方式的首選方案。
江蘇森達沿海熱電有限公司現有三臺循環(huán)流化床鍋爐，三大風(fēng)機采用液力耦合器調速，三大風(fēng)機的穩定運轉對正常生產(chǎn)至關(guān)重要，對設備要求特別苛刻，因此在高壓變頻器的選用上非常謹慎，2007年12月15日我公司擴建一臺4#爐UG－130/5.3－M8采用了北京合康HIVERT-Y06/096高壓變頻器2臺和HIVERT-Y06/048高壓變頻器1臺在公司4#爐安裝調試，穩定運行至今，為國產(chǎn)高壓變頻器贏(yíng)得了榮譽(yù)。
二、循環(huán)流化床鍋爐工藝
循環(huán)流化床是一種適于固體燃料的清潔高效燃燒技術(shù)。固體顆粒（燃料、石灰石、砂粒、爐渣等）在爐膛內以一種特殊的氣固流動(dòng)方式（流態(tài)化）運動(dòng)，離開(kāi)爐膛的顆粒又被分離并送回爐膛循環(huán)燃燒。爐膛內固體顆粒的濃度高，燃燒、傳質(zhì)、傳熱、混合劇烈，溫度分布均勻，固體顆粒在爐膛內的內循環(huán)和外循環(huán)十分強烈，在爐膛內的停留時(shí)間較長(cháng)，保證了較高的燃燒效率。
循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是近二十多年來(lái)發(fā)展的潔凈煤燃燒技術(shù)，其燃燒方式特別適用于高灰分低揮發(fā)的煤矸石、洗中煤等劣質(zhì)煤，具有較好的燃料適應性，可變廢為寶，體現節能要求。另外，循環(huán)流化床鍋爐在燃燒過(guò)程采用爐內加石灰石、低溫燃燒，可同時(shí)達到脫硫脫硝的目的，具有較好的環(huán)保特性。
燃料由給煤機送入爐膛；一次風(fēng)由鍋爐底部送入,主要用于維持燃料粒的流化；二次風(fēng)沿燃燒室側壁多點(diǎn)送入，主要用于增加燃燒室的氧量，提高燃燒效率；燃燒后的大量顆粒隨煙氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器，與煙氣分離；分離出來(lái)的顆粒經(jīng)回料閥回到燃燒室繼續燃燒；分離出來(lái)的煙氣則經(jīng)過(guò)除塵器除塵后，由引風(fēng)機引入煙囪排出。實(shí)際運行中，循環(huán)流化床的燃燒效率可高達97%～99%。
三、技術(shù)方案分析
由于其獨特的燃燒特性，與傳統的煤粉爐相比，循環(huán)流化床鍋爐對風(fēng)量、風(fēng)壓的控制有更高的要求：為了保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟性，當燃料量改變時(shí)，必須相應地調節送風(fēng)量，使之與燃料量匹配；為了保證鍋爐運行的安全性，必須使引風(fēng)量與一次風(fēng)量相配合以保證爐膛壓力在正常范圍內；通過(guò)一次風(fēng)量及風(fēng)壓的調節以保證爐膛內物料的正常流化。
與常規煤粉爐相比，循環(huán)流化床鍋爐配置的風(fēng)機壓頭較高，目前調節風(fēng)量的主要是通過(guò)調節風(fēng)門(mén)開(kāi)啟度或采用變頻調速技術(shù)控制風(fēng)機轉速。當采用調節風(fēng)門(mén)開(kāi)啟度的方式進(jìn)行風(fēng)量控制時(shí)，容易出現這樣幾個(gè)問(wèn)題：(1)節流損失大；(2)系統響應速度慢、調節品質(zhì)差，自動(dòng)投入率低，難以滿(mǎn)足實(shí)際要求；(3)執行機構易出問(wèn)題，維修費用高；(4)電機啟動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生過(guò)電流，影響電機絕緣性能和使用壽命。變頻調速技術(shù)由于較好地解決了上述問(wèn)題，正逐步在循環(huán)流化床機組中得以運用。
由于循環(huán)流化床鍋爐中的一次風(fēng)機、二次風(fēng)機、引風(fēng)機均屬于二次方轉矩負載，在忽略風(fēng)道變化因素后，有風(fēng)量與轉速成正比、風(fēng)壓與轉速二次方成正比、機械軸功率與轉速立方成正比的關(guān)系。當采用高壓變頻器對這些電機進(jìn)行變頻調速控制時(shí)，僅通過(guò)相對小范圍內的頻率改變，調節電機轉速，即可實(shí)現風(fēng)量的控制，而且調節精度及響應速度有很大改善。同時(shí)，當電機轉速降低時(shí)，由于軸功率與轉速三次方成正比的對應關(guān)系，電機的軸功率顯著(zhù)下降，節能效果明顯。
四、高壓變頻裝置特點(diǎn)
高壓變頻技術(shù)的具體實(shí)現有多種方式，國內外的高壓變頻器廠(chǎng)家目前主要采用如下一些解決方案：高－低－高方案、三電平－多電平方案、電流源方案、功率單元串聯(lián)方案等等。高－低－高方案需要輸入、輸出變壓器，存在中間低壓環(huán)節電流大、效率低、可靠性下降、體積大等缺點(diǎn)，只適合很小容量的高壓電動(dòng)機；三電平－多電平方案存在控制復雜、需要加濾波器等缺點(diǎn)，只有少數國外廠(chǎng)家采用。電流源存在輸入功率因數低，維護成本高等缺點(diǎn)。
在實(shí)際運行中，性能優(yōu)良的高壓變頻器對電網(wǎng)諧波污染小，北京合康億盛科技有限公司采用多重化的脈寬調制技術(shù)，輸出波形為非常完美的正弦波。噪音低，發(fā)熱低，不會(huì )引起電機轉矩脈動(dòng)，對電機沒(méi)有特殊要求。由于使用移相技術(shù)和二極管整流，在整個(gè)調速范圍內功率因數達到95％以上，且整機效率≧97％，無(wú)需進(jìn)行功率因數補償。電壓輸入范圍較大，輸入電壓在-20％～15％，頻率在45Hz～55Hz波動(dòng)范圍內設備均能正常工作。采用空間矢量PWM控制方式，單元疊波輸出，有效抑制輸出諧波含量，避免輸出共模電壓過(guò)大。采用雙電源切換技術(shù)，獨特的供電設計，特有的過(guò)電壓保護技術(shù)，保證高壓變頻器穩定、可靠運行。實(shí)踐證明采用單元串聯(lián)、直接高－高方式的拓樸結構的高壓變頻器在負載連續運轉要求嚴格的環(huán)境中應用具有獨到的優(yōu)勢。
五、變頻前后耗電情況對比
我公司于2007年12月起開(kāi)始將高壓變頻器應用4#爐UG－130/5.3－M8的三大風(fēng)機（引風(fēng)機，一次風(fēng)機，二次風(fēng)機），目前高壓變頻運轉穩定，平均節電率達到20%以上，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。以下為我公司安裝高壓變頻前后數據對比：
|
序號 |
設備名稱(chēng) |
電機型號 |
額定功率 |
工頻運行 |
變頻運行 |
節約電量 (kWh) |
節電率 | ||||
|
額定
電流 |
運行電流 |
單位
電耗 |
運行頻率 |
運行電流 |
單位
電耗 | ||||||
|
(kW) |
(kW) |
(A) |
(kWh) |
(Hz) |
(A) |
(kWh) | |||||
|
1 |
引風(fēng)機 |
YSPKK500-4 |
800 |
95.5 |
67.0 |
621.4 |
40.2 |
44.5 |
469.1 |
152.3 |
24.5% |
|
2 |
一次風(fēng)機 |
YSPKK500-4 |
800 |
95.5 |
69.0 |
639.9 |
40.4 |
46.9 |
495.1 |
144.8 |
22.7% |
|
3 |
二次風(fēng)機 |
YSPKK400-4 |
355 |
42.9 |
32.0 |
296.8 |
30.1 |
22.1 |
221.7 |
75.1 |
25.3% |
|
合計 |
|
1955 |
|
|
1558.1 |
|
|
1185.9 |
372.2 |
23.89% | |
節能計算：
工頻條件下：4#爐三臺風(fēng)機平均每小時(shí)耗電量為：1558.1 kWh
變頻條件下：4#爐三臺風(fēng)機平均每小時(shí)耗電量為：1185.9 kWh
平均每小時(shí)的節電量：1558.1－1185.9＝372.2kWh
年節電量：372.2×6500＝2419300kWh（按年運行6500小時(shí)計算）
年節電收益：2419300×0.45＝108.8萬(wàn)元（按每度電0.45元計算）
成本回收時(shí)間： 4#爐三臺風(fēng)機年節電收益108.8萬(wàn)元情況下，具有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。短期內就能回收成本。
除了明顯的節電效益，采用變頻器還有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）高壓變頻器優(yōu)良的軟啟動(dòng)/停止功能（可以零轉速啟動(dòng)），啟動(dòng)過(guò)程最大電流小于額定電流，大大減小了啟動(dòng)沖擊電流對電動(dòng)機合電網(wǎng)的沖擊，有效減少了電機故障，從而大大延長(cháng)了電機的檢修周期和使用壽命，同時(shí)還可有效避免沖擊負荷對電網(wǎng)的不利影響；（2）使用變頻后，原調節風(fēng)門(mén)全開(kāi)，大大減少其磨損，延長(cháng)了風(fēng)門(mén)使用壽命，降低檢修維護費用，進(jìn)一步降低了風(fēng)道阻力；（3）使用變頻后，原液力耦合器取消，節省了液力耦合器的維護費用；（4）高壓變頻器特有的平滑調節減少了風(fēng)機以及電機的機械磨損，同時(shí)降低了軸承、軸瓦的溫度，有效減少了檢修費用，延長(cháng)了設備的使用壽命。
六、結論
高壓變頻調速器已經(jīng)在多家電廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)、化工廠(chǎng)、金屬冶煉廠(chǎng)的風(fēng)機和離心式水泵中得到實(shí)際應用，并取得良好的運行效果和節能效益。作為未來(lái)大型節能鍋爐的發(fā)展趨勢，循環(huán)流化床鍋爐中包含大量能應用高壓變頻調速技術(shù)的設備，由于循環(huán)流化床燃燒介質(zhì)多樣性，風(fēng)系統、水系統設計選型時(shí)比煤粉爐偏大，實(shí)際節能效果比煤粉爐明顯。因此，將高壓變頻調速技術(shù)應用于循環(huán)流化床鍋爐的設計和改造，對于降低損耗、節約能源、減少成本、提高自動(dòng)化控制水平，具有十分重要的意義和廣闊的前景。
高壓變頻調速器已經(jīng)在多家電廠(chǎng)、水泥廠(chǎng)、化工廠(chǎng)、金屬冶煉廠(chǎng)的風(fēng)機和離心式水泵中得到實(shí)際應用，并取得良好的運行效果和節能效益。作為未來(lái)大型節能鍋爐的發(fā)展趨勢，循環(huán)流化床鍋爐中包含大量能應用高壓變頻調速技術(shù)的設備，由于循環(huán)流化床燃燒介質(zhì)多樣性，風(fēng)系統、水系統設計選型時(shí)比煤粉爐偏大，實(shí)際節能效果比煤粉爐明顯。因此，將高壓變頻調速技術(shù)應用于循環(huán)流化床鍋爐的設計和改造，對于降低損耗、節約能源、減少成本、提高自動(dòng)化控制水平，具有十分重要的意義和廣闊的前景。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號