高压变频器在焦炉除尘风机中的应用

河北旭阳焦化有限公司 李晓明 白利鹏

高压变频器在焦炉除尘风机中的应用

河北旭阳焦化有限公司 李晓明 白利鹏

本文着重介绍国产高压变频器在河北旭阳焦化公司的应用情况，变频器现场运行情况表明焦化行业采用国产高压变频器对焦炉除尘风机进行调速节能，改造是成功的，节能效果明显。节电率在70%以上，全年节省电费在80万左右。

高压变频器；除尘风机；节能

1.前言

河北旭阳焦化公司1#2#3#炉原配有一套除尘系统，设备运行参数为：630KW/10KV离心引风机，风机型号为DAY-1A-210。额定风量250000m3/h，额定风压5500Pa，额定转速960r/min；电动机型号YKK5004-6电机额定功率是630KW电机额定电流是46.1A额定转速是960r/min，功率因数0.86，系统为液力耦合器控制。

1.1 液力耦合器的工作原理

液力耦合器是一种以液体为工作介质，利用液体传递能量的传动装置，通过改变液力耦合器工作腔内的充满度，就可以改变液力耦合器所传递的转矩和输出轴的转速，使液力耦合器电机端和风机端转速不一致，从而再电机不改变速度的条件下对风机进行调速，实现调节风量的目的。

1.2 液力耦合器调速的不足

由于液力耦合器在调节过程中要产生转擦功率损耗，容积损耗，机械损耗，这些损耗所产生的热量需要大量的冷却介质来冷却，而液力耦合器的传动效率等于转速，速度越低效率越低，液力耦合器的节能效果不理想，以上因素决定液力耦合器效率低损耗大，调速精度低，速度响应慢，转速不稳定，需配备相应的油系统调节系统，浪费能源。

2.高压变频器节电原理，技术要求及改造方案

2.1 节电原理

所谓节能不仅是节省能耗，还包括不浪费能源，通过流体力学的定律可知，风机、泵类、设备均属于平方转矩负载，其转速n及流量Q压力H以及轴功率P具有以下关系：

Q∝n，H∝n2，P∝n3，在实际生产中，往往利用调节风机的转速来调节系统的风量，而随着转速的降低，风机在维持效率不变的状况下，轴功率则转速的立方关系下降，电机消耗的电能急剧减小，例如风量下降到80%，转速也下降到80%，轴功率则下降到额定功率的51%，风量下降到50%，轴功率则下降到额定功率的13%，其节电潜力非常大。

2.2 技术要求

除尘风机室除尘净化系统的动力中枢，一旦除尘不能正常进行，不但影响生产，造成巨大的经济损失，还污染环境，另外调速系统工作环境比较恶劣，同时焦炉又不定时装煤和推焦，所以和除尘风机配套的调速系统要求极高的可靠性，基于以上工作特点，对变频调速系统的主要要求如下：

(1)要求变频器要有高的可靠性

(2)要求变频器要有旁路功能

(3)调速范围大，效率要高

(4)具有逻辑控制能力

2.3 改造方案

针对原有设备运行情况，根据电机额定参数选有北京乐普四方方圆科技股份公司自主研发和生产适合驱动高压异步电机的变频设备LPH-10-650，额定输出电流47A，适配电机功率650KW，配备一台手动旁路柜，当变频器出现故障或需要检修时，手动切换到旁路，保证系统正常运行，旁路与上级高压断路器有连锁关系，旁路柜隔离开关未合到位，不允许上级高压断路器合闸，上级高压断路器合闸时，绝对不允许操作隔离开关，防止拉弧现象，确保安全。

K0为变频器供电的高压真空断路器，K1，K2为高压变频器控制真空断路器，K3为工频旁路断路器，K4为水阻柜控制断路器，M为保留原异步电机，K5为水阻控制断路器。

2.4 除尘风机工艺要求

A点为推焦时给定信号；

A到B为风机升速时间，定为5s可以调节；

C到D为推焦时间，定为20s，可以调节；

F点回到低速运行，完成一个工作周期。

假如两个炉推焦重叠，在高速1的基础上跳转到高速2。

高速1的转速为780转/分，高速2的转速为840转/分，低速时的转速为290转/分。

2.5 施工注意事项

施工图设计时需要注意以下几个方面：在提出土建资料时，必须参考产品的详细资料，根据变频器的安装尺寸、荷载、电缆路径等提出合适、合理的土建资料，隔离变压器，应尽量靠经变频器布置，同时在布置室内外电缆沟或桥架时，尽量让变频器的进出线电缆使用单独的路径，特别是要避开控制及信号电缆，这样可尽量减少变频器工作时产生的电磁干扰。在进行电气室布置时，必须考虑高压变频器的工作环境问题。由于变频器是电子装置，内含电解电容、电路板、芯片等电子元件，如果环境温度太高或含尘量太大都会影响其寿命及稳定性。所以尽可能设置单独的变频器室，同时进行散热及防尘处理。

2.6 保护功能

变频装置有过电压，过电流，欠电压，缺相，变频器过载，变频器过热，电机过载等保护功能。

(1)过载保护。电机额定电流的120%，每10min允许1min，超过则保护。

(2)过流保护。电机额定电流的150%，超过则立即保护。变频器输出电流超过电机额定电流的200%，在10μs内保护。

(3)过压保护。检测每个功率模块的直流母线电压，如果超过额定电压的115%，则变频器保护。

(4)欠压保护：检测每个功率模块的直流母线电压。

(5)过热保护：包括两重保护：在变频调速系统，如果低于设定的数值，则变频器先降压再保护。另外，在主要的发热元件，即整流变压器和电力电子功率器件上放置温度检测，一旦超过极限温度就保护。

(6)缺相保护：缺相保护设置在每一个功率模块上。当变频器输入侧掉相或功率模块的保险熔芯熔化时，会发出报警信号并保护。

3.具体实现过程

采用高压变频调速系统对除尘风机进行高压变频改造具体实现过程如下：变频器操作采用自动控制，风机电机提速信号取自五大车连锁的推焦信号，电机空载时290转/分，加载时780转/分，如果两座焦炉同时推焦速度跳转到840转/分，由原来的980转/分降到空载时290转/分，推焦时780转/分，实现全自动化。

4.设备运行情况

(1)运行稳定，安全可靠。

(2)节能效果显著，大大降低了吨焦电耗。

(3)电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，降低了电机的故障次数。

(4)变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，大大加强了对电机的保护。

(5)变频器同现场信号无缝接口，满足生产的需要，现场信号接入灵活，变频器按照节点的状态自动高速、低速往复运行。

(6)适应电网电压波动能力强，有时电网电压高达10.7KV，变频器仍能正常运行。

(7)同液力偶合器比较，在加速期间大大减少了噪声，削弱了噪声污染。

5.节能分析

5.1 正常生产时1#2#3#炉每天出炉186炉，推焦时间为：40S

加载功耗时：40*186=7440S

所占时间比为：7440/（24*3600）*100%=8.6%

空载时间比为：1-8.6%=91.4%

5.2 改造前(根据改造前记录的数据，空载电流为：16A，推焦时为：23A，功率因数为：0.86，计算收费为：0.5371元/千瓦时)

P1=1.732*10*0.86*(23*8.6%+16*91.4%)=247.3KW，

全年电费为：

247.3*24*365*0.5371=1163545元

5.3 改造后(根据改造后记录的数据，空载电流为：3A，推焦时为：9A，功率因数为：0.96，计算收费为：0.5371元/千瓦时)：P变=1.732*10*0.96*(9*8.6%+3*91.4%)=58.5KW

节能装置本身损耗为：4KW

共计为：58.5KW+4KW=62.5KW

全年电费为：

62.5*24*365*0.5371=294062元

5.4 节电率

(P1-P变)/P1=(247.3-62.5)/247.3*100%=74%

年节约电费为：

1163545-294062=869483

6.结论

综上所述，河北旭阳焦化公司的节能的潜力还比较大，特别是在某些环保节能设备的应用，改变了过去粉尘虽然减排了，但耗能和运行费用浪费了太多，造成企业的减排负担过重的现象，为以后企业的下一步节能工作，提供了思路。