生产负压风机_ACT变频器在水泥厂立窑罗次风机上的节能应用工业自

         一、立窑罗次风机工作原理

             在水泥立窑煅烧生产过程中所需要的风量是经常随工艺及操纵的需要不同程度调节的，而传统的调节方案是通过放风阀来调节的，用来带动风机的电动机本身转速是不可调节的，因此大量的风量通过放风法放掉，也就是说，造成电能的大量的浪费，根据鼓风机风量和转速成正比关系。
    Q1/Q2=N1/N2 　　式中：Q1、Q2为转速快和慢的风量 米/分
    鼓风机的风压和转速的平方成正比。
    H1/H2=（N1/N2）
    式中：H1、H2为转速快和慢的风压
    鼓风机所需的功率与转速的立方成正比。
    N1/N2=（N1/N2）
    式中：N1、N2为转速快和慢所需功率KW。

             从上述关系可知，假如我们使用改变转速来实现改变风量的方法，就不至于把大量的风量白白放掉，从而节约了大量的电能，为此结合我国的实际情况，经多方论证，于2001年4月份起，着重致力于变频器调速在水泥行业的推广应用工作。在短短的两年中，推广应用达1500KW之多。从结果上看，均取得了明显的节电效果，不仅节电25～58%左右，同时还增加设备的使用寿命，进步电动机功率因数，改善了工人的操纵条件，降低了环境噪音等，深得各方面的好评。

         二、调速方案的选择

             改变鼓风机转速的方法目前使用调速型液力偶合器和电动机变频调速器等，现阶段在罗次鼓风机中应用较多的是使用调速型液力偶合器，而过往变频调速技术的应用，由于受技术条件的限制而极少有在这方面的报道，近年来随着改革开放深进发展，随着世界科学技术的进步，大功率的晶体管、电子技术的迅速的发展，大规模集成电路和微机技术的突飞猛进，变频调速已成为现实。变频调速在变频范围、动态响应、工作效率、调整精度、功率因数、输出特性保护功能及可靠性方面，都达到了较为完美的程度。因此得到了广泛的应用。

             变频调速的原理是根据异步电动机的转速：　　N=60F（1-S）/P
    式中F为电源频率，P为极对数，S为电机的转差率。
    从上式可知改变供电频率，即可改变电机的转速。

             无论是在电机与罗次鼓风机之间装设调速型液力偶合器或直接对电动机进行变频调速控制，都满足控制进窑风量的要求。根据每个厂的具体情况，应选用何设备，对此，我们根据大量的实际调查，作出如下分析：

             1、 一般立窑鼓风机选型余量比较大，电机约有10～30KW左右的余量。这就是说，一般用风量只有铭牌风量的70～90%，放风率高达10～30%，若对风机进行调速控制，则风机转速需调至额定转速的70～90%，即可满足立窑最大用风量的要求。假如选用与风机额定转速相一致的调速型液力偶合器，因其传动效率与转速成正比，将使偶合器在额定转速的70～90%以下运行，系统的传动效率较低，意味着电能的浪费；若改变电机的极对数，其系统的效率固然进步，但更换电机的设备投资则需增加更多，固然这两个方案都与目标存在一定的差距，但若使用变频调速器，因其直接改变电机的转速不存在滑差损失，效率高，在高、低转速时系统的效率不变，这就较为适合工厂的具体情况。

             2、 一般工厂电机的输出功率占电机额定功率的50%左右，故假如使用调速型液力偶合器，若不便换电机，则存在电机功率因数过低的缺陷，增加功率因数补偿设施也需另外投资，若选用变频调速器，因其能进步电机的功率因数接近于1，这就能较好地解决这个题目。

             3、 调速型液力偶合器是安装在风机与电机之间的，选用调速型液力偶合器必须重新出力原来的基础，其说需的施工工期较长，一般都要一个月左右，这对于不具有备用机组的立窑来说是较难安排这么长的停机时间的，而安装变频调速，则主要是线路的转换，可以不停机先做好预备工作，转接时只需一个班次即可，这样可基本不影响生产，较为有利。

             4、 在设备投资方面，液力偶合器固然比变频器价格低，但若更换电机，则不相上下，假如变频器不用供水供油,屋顶风机厂家，系统简单，运行用度低，则其投资用度较高的部分也可以得到补偿。

             从上述的比较可知，结合工厂的实际情况，最理想的还是选用的变频调速器。

         三、应用情况

             变频器自2001年4月份起我公司在国内一些地区推广应用，并在立窑罗茨风机的电机上正式投进运行后，已有近两年时间，设备使用正常，取得了令人满足的效果。我公司在其中两个厂安装的3台变频器与变频器安装前的同期的运行数据作一比较。

             注：电度数据为该风机单独安装电度表计量所得。

             从以上两表实测数据可知，节电效果时十分明显，每吨熟料均匀节电25～60%，假如以综合电价0.5元计算，每台变频器价格均匀以20万计，大概一年半即可收回投资。

             用变频调速器调节鼓风机风量，在使用上也达到了十分理想的效果。

             1、 由于省往了放风阀，进窑风量的变化由变频调速来实现，使进窑空气进压及气流速度稳定。操纵更加简单，只要转动旋钮就可调节频率变速，频率用数字显示，由于频率与转速成正比关系，所以能精确地定量用风，避免了使用放风阀时引起风压及风量巨变的弊端，从而稳定了立窑煅烧的热工制度，为进步熟料产量质量打下基础，也减轻了工人的劳动强度。

             2、 有的工厂原来放风是使用循环放风的形式，这样虽能降低风机的噪声，但同时由于大量的过剩风量在风机的管道内循环，因而在放风量达时经常引起风机发热，这就极大地影响了风机的安全运转，用变频调速器控制风量，没有过剩风量循环，为风机的安全运转提供了有利的条件，由于风机经常处于减速运行，因而风机运行噪声也得到了大幅度的降低，并进步了风机的使用寿命，得到了工人的欢迎和赞赏。

             3、 风机采用变频调速可方便地从低速启动，启动平稳，启动电流小，对进步质量起到良好的作用。

             可见变频调速在水泥厂的立窑风机上的运用是成功的，达到了预期的效果，其经济效益是明显的，再加上良好的控制性能和改善工况后的效益，确实是企业技术改造的理想设备，得到领导及工人师傅的充分肯定，具有很高的推广应用价值。

         四、几点总结

             1、 工厂选型时除必须作好充分的实际调查之外，必须认真做好细致的可行性认证，节能效果的大小，除了设备本身的节电潜力外，更主要的是与实际工况有直接的关系，如风机选型余度过大，放风量大，时间长，则节电效果明显，反之节电效果就相对较低。

             2、 由于变频器一次性投资较高，考 到设备配套本身已有一定的安全系数，所以选用变频器容量也可按实际的运行工况出发，运行电流不超过变频器的额定电流，只要能满足启动要求就可以了。这样可以选用容量较小的变频器，以减少一次性投资。

             3、 变频器的使用要尽量保证其使用环境的要求，一般水泥厂环境比较恶劣，所以在使用过程中要密切留意变频器的冷却系统是否正常，否则要及时处理；同时，定期进行吹尘保养，万一出了故障，要弄清故障显示的内容，有时可能是某种保护功能动作，不一定是变频器的题目，要有的方失往排除切不可随意乱动必要时可与销售商取得联系确保变频器更好的为人们服务。 

    徐州某电厂135MW机组（厂内编号#4、5机组）采用的是WGF440/13.7-1型超温超高压、一次中间再热、自然循环、平衡透风、循环流化床（CFB）锅炉，每台机组配置两台一次风机'>风机，其风机'>风机与拖动电机采用连轴器联结，即未有任何节能'>节能措施，因而对一次风量的调节只能采进口叶片调节的方式实现。风机风门的开度常年工作在25%~42%之间，这导致风机运行效率较低，因此进步风机的运行效率，对节能'>节能降耗有着重要的作用。
    一、变频技术与其它调速节能技术的比较
    根据交流异步电动机的转速公式 ：

    试中：f??电源频率（Hz）；p??电机的极对数；s??转差率
    由此可见，交流异步电动机的基本调速方法有三种：改变电机的极对数p、转差率s及电源频率f。为满足现场运行参数（流量、压力、转速等）的需要，除了传统的齿轮调速及液耦调速装置外，并针对不同的调速原理，从电机学的角度，目前市场上也推出了不同的调速装置：1）变极电机；2）高压斩波内溃调速装置；3）高压变频调速装置；4）电磁调速装置。所有这些调速方法，在产业上均得到了不同程度的应用。但由于节能降耗的客观要求，其中对节能降耗有重大意义的高压变频和斩波内溃装置近年来获得了长足的发展，其技术不断完善，节能效果也相当明显。拒统计，假如以调速传动代替原有的恒速传动，通过改变转速来调节流量和压力，取代传统的用风挡板和阀门调节的方法，均匀可节约电力30%左右，估计全国全年可节电数百亿度。根据目前市场上的应用普极程度及发展潜力，本文仅对高压变频及高压斩波内溃两种调速原理进行分析比较。
    1、高压变频调速节能原理
    高压变频器'>变频器是在低压变频器'>变频器已成功应用的基础上发展起来的，从功率控制角度来讲，高压变频调速是典型的控制定子电磁功率从而间接控制转子电磁功率的调速的调速，进而实现了异步机机械功率控制，达到调节转速的目的。其功率控制原理如图1所示。

    图1 变频调速的功率控制原理

    一言以概之，高压变频器的节能原理就是：改变风机的转速来实现对风机的风量调节。根据风机相似理论：

    
    式中：Q?风机流量； H?风机全压；n?转速；P? 轴功率。
    风量Q与电机转速n成正比，Q∝n；风压H与电机转速n的平方成正比，H∝n2；轴功率P与电机转速n的立方成正比，P∝n3。 可见电机转速对其轴功率的影响是相当大的。
    传统上对风机风量的调节，是通过改变管网特性即改变风门开度来实现，风机保持恒转速运转，通过调速风机档板的开度，管网的特性参数将发生变化，输出流量发生变化，这样就达到了在定速运行时调节风机输出流量的目标。由于在工程建设过程中，风机及其电机的选型要考虑到最大出力并留有一定的裕度，因而运行中风机的实际出力比起设计值来说偏小很多，调节风门的开度一般都小于40%，从而在档板上消耗了大量的无效轴功率，极大地降低了风机的转换效率，浪费了大量的能源。
    高压变频器则是通过改变风机的转速来实现对风机的风量调节从而达到节能的目标，这种方法不必对风机及其电机本身进行改造，转速由外部调节，风机档板可处于全开位置保持不变，并能实现无级线性调节风量，完全消除风机挡板造成的节流损失。
    2、高压斩波内溃调速的节能原理
    所谓内馈调速是一种将调速电机的部分转子功率（即电转差功率）移出来，以电能的形式反馈给电机内部的调节绕组的特殊调速方式，是转子电磁功率控制的调速。其功率控制原理如图2所示。

    图2 内馈调速的功率控制原理

    根据电机调速的P理论，内馈调速的实质在于将转子的部分电磁功率移出，使余下的转子功率转化为机械功率，因此移出的功率越多，转化的机械功率越少，电机转速则越低。因此，改变移出功率的多少，即可控制机械功率大小，电机转速便得以调节。当反馈绕组功率为零时，机械功率几乎和转子功率相等，电机转速最高。
    斩波实际是变流主电路的数字控制，从而使内馈调速摆脱了移相控制的束缚，形成斩波+内馈的优化组合。
    高压变频调速与斩波内馈调速最大的不同在于高压变频是立足于电机定子的功率控制，而斩波内馈调速则是立足于转子的功率控制。因此，高压变频最大的上风是适用于鼠笼型与绕线型异步机，而斩波内馈则仅适用于绕线型异步机。
    二、设备主要技术规范

    三、SH-HVF-Y6K/1250高压变频装置介绍
    SH-HVF-Y6K/1250高压变频器由湖北三环发展股份有限公司研制生产，该产品是采用直接高高变换方式，多电平串联倍压技术方案，优化的PWM控制算法，从而实现优质的可变频变压（VVVF）的正弦电压和正弦电流的输出的电压型变频器。通过对该型产品在该公司的两台一次风机上的节能效果测试，节能效果明显，是理想的节能装置。
    与同类产品相比，该产品除了满足当前高压变频器行业标准外，还具有以下技术特点：
    1、机械旁路设计（国内唯一）
    为了保证变频器和现场设备的正常运行，SH-HVF系列高压变频器为用户提供了功率单元机械旁路功能，当单元故障时，可在线实时自动将输出清除并同时触发旁路单元将其旁路，不需重新启动，不影响整个系统的正常工作，整个系统由原来的串联可靠性结构变成为并联可靠性结构。见图3

    图3 功率单元机械旁路示意图

    传统的功率单元电子式旁路设计采用晶体管方式，其设计与功率单元采用一体化设计，其电子旁路能否动作取决于功率单元的故障状态；而该产品功率单元机械式旁路采用机械式接触器方式，并且专门为其设计了一套功率单元旁路控制系统，一旦功率单元故障，不管故障多么严重，旁路系统均能正确安全的旁路。
    变频装置功率单元采用冗余设计，每相1单元故障旁路后仍能不停机连续额定运行，每相2单元故障旁路后输出额定功率的76％。当故障单元数大于6后跳机处理，通过自动工频旁路柜切换至外部工频运行。当故障排除后，具备由工频运行方式切换到变频运行方式的功能。
    2、冗余单元设计
    根据现场需要，用户可采用一单元冗余配置方案，从而可以满足运行中最多三单元故障时，变频器仍可以50Hz,6KV输出，保证辅机出力不降低。
    3、无谐波设计
    采用多电平技术，通过多重叠加来降低谐波幅度和进步谐波次数，使谐波远小于国家要求。纯净的无谐波输进对电网不存在任何干扰； 保护各类电子设备免受谐波干扰；让用户无需考虑昂贵的谐波滤波器及由电网参数变化带来的相关的谐振题目。SH-HVF无谐波系列变频器能满足IEEE519-1992和GB/T14549-93对电压失真最严格的要求，完全符合供电部分最严格的要求。
    4、线电压均衡技术
    变频器某相有单元故障后，为了使电压平衡，传统的方法是使另外两相的电压也降至与故障相相同的电压，而线电压均衡技术通过调整相与相之间的夹角，在相电压输出最大且不相等的条件下保证最大的线电压均衡输出。因而常规方式该情况只能输出60%的电压，采用此技术后可以输出80%。
    四、项目实际节能测试
    因CFB锅炉一次风机风量随发电量的变化幅度不是很大，故将一次风机进行工/变频分别运行72小时，录取电度表读数，可以直观地看出变频器的节能效果。
    电表倍率：2400

    五、高压变频器的应用意义
    1、直接收益：节能降耗，两台高压变频器年节电约370万kwh，投资回收期小于1.5年。
    2、间接效益：
    （1）变频改造后，实现电机软启动，启动电流小于额定电流值，启动更平滑。
    （2）电机以及负载转速下降，系统效率得到进步，取得节能效果。大大减少了对设备的维护量，节约了人力物力资源。
    （3）由于电机以及负载采用转速调节后，工作特性改变，设备工况得到改善，延长设备使用寿命。
    （4）功率因数由原来的0.918左右进步到0.95以上，不仅省往了功率因数补偿装置，而且减少了线路损耗。
    （5）厂房通风设备噪声污染将降低。
    （6）能进步整个系统的自动化水平和工艺水平。
    （7）节能减排，减少了温室气体的排放，保护了环境。
    （8）负载改变频后，由于变频器采用单元串联移相技术，因此在理论上可以消除35次以下谐波。由于实际制造工艺的限制，网侧电压谐波总含量可以控制在2％以内，电流谐波总含量小于2％。延长了电机的使用寿命。
    （9）变频输出采用PWM技术控制，输出电压波形基本接近正弦波，谐波总含量小于1％，上述指标均满足IEEE-519国际电能质量谐波标准要求，延长了电机的使用寿命。
    七、结束语
    随着电力行业改革的不断深化，厂网分开、竞价上网等政策的不断实施，降低厂用电率，降低发电本钱进步电价的竞争力，成为各火力发电厂追求的目标，也为交流变频调速技术的推广应用提供了广阔的空间，湖北三环发展股份有限公司研发生产的SH-HVF系列高压变频器运行稳定，其独特的机械旁路、单元冗余设计及线电压均衡技术更符合国内生产企业的要求，相信在当前高压变频器百家争雄的时代，会有所建树。

    风机盘管机组系统，就是将风机和盘管组成的机组直接置于空调房间内，风机吸进空气，过滤后再经盘管加热或冷却，就地进入空调房间，以达到空调的目的。房间所需的新鲜空气通常是将室外空气经新风处理机组集中处理后由管道送入。风机盘管所用冷媒集中供应，属半集中式空调系统。在此系统中，冷量(或热量)分别由空气和水带入空调房间，属空气－水系统。

    风机盘管机组因其布置灵活、各房间可以独立调节而广泛用于宾馆、公寓、医院和办公楼等高层多室小空间的建筑物。这种空调方式也较适用于旧建筑，因为它所占空间小，不需大拆大改，易于安装施工。

    2 系统简介

    风机盘管机组的风机一般为前倾镀锌叶片式、低噪声、大风量的离心风机或贯流风机。配有低噪声电机，通过调节电机的输入电压以改变风机转速，使之能变换成高、中、低3档风量。盘管为高效翅片式换热管，采用波纹、铝质翅片和优质紫铜管，经液压或机械胀管，确保翅片与铜管紧密接触，提高换热效率。盘管的承压强度好，有981kPa和1 715kPa两种。风机盘管一般容量范围为风量0.007～0.236m3/s(250～850m3/h)；冷量2.3～7kW(2 000～6 000kcal/h)；风机电机功率一般在30～100W范围内；水量约为0.14～0.22L/s(500～800L/h)；盘管水压损失10～35kPa(1～3.5mmH2O)。

    室内冷负荷主要由机组内盘管承担，所以盘管容量较大（排数为3～4排），同时通常考虑湿工况运行，所以必须敷设排凝水的管路。

    机组一般分为立式和卧式两种，可按室内安装位置选定。同时根据室内装修需要可做成明装或暗装。近年来由于风机盘管系统的广泛采用，进一步开发了多种形式，如立柱式、顶棚式等，分别专用于酒店客房、办公室和商业建筑中。

    3　风机盘管机组的控制（二管制系统）

    3.1　定流量水系统 常用于二管制系统，其控制方式有2种。一种为盘管中的水是常通的，水量依靠阀门一次性调整，室内温度的高低由手动选择风机的3档转速加以调节；另一种为盘管中的水是常通的，水量依靠阀门一次性调整，室内温度控制器控制风机启停，手动3档开关调节风机的转速。

    3.2　变流量水系统 其控制形式为：手动3档开关选择风机的转速；手动季节转换开关，风机和水路阀门联锁；由室内温度控制电动二通阀的启闭。当二通阀断电后，能自动切断水路。近年来由于功能要求和制造厂商产品不同，出现了许多其他控制方法。

    4　产生吊顶渗水的原因及解决办法

    风机盘管系统比较常见的问题就是吊顶渗水，既影响美观，又引起用户的不满，造成不必要的损失。

    4.1　保温材料的选择及施工 风机盘管系统是由冷水主机供给冷冻水，水温通常只有8℃左右，所以其冷冻水的供、回水管，冷凝管和凝水盘的温度都比较低，在夏季容易出现结露，必须进行保温，而且对保温的要求也比较高。但由于保温材料和施工的原因，未能将保温材料紧贴在管壁或管件上，以致保温材料与管壁之间存在一定的孔隙，当空气进入孔隙中碰到低温管壁时，便产生凝结水，凝结水越积越多，就会渗出，弄湿吊顶。例：因采用玻璃棉管壳保温，在阀门等不规则管件上不易将之紧贴，管件表面产生凝结水并吸入管壳内，整个玻璃棉管壳吸足水后冷凝水滴出，弄湿吊顶。还有的工程是凝水盘未做保温，从而在凝水盘下形成二次凝水，浸湿吊顶。

    随着建筑物档次的提高，许多建筑物的空调水系统采用橡塑保温材料。此种材料在材料结构、导热系数、表面放热系数、抗水汽渗透系数上具有很大的优越性，尤其是其在施工性能上大大优于玻璃棉，特别适合于不规则形状管道管件和阀门的保温，大大降低了因施工原因造成的凝结水滴落现象。