脱硫磨机永磁直驱节能改造

邵宪饶 邵江琛

（1.国电菏泽发电有限公司，菏泽 274032；2.新疆大学，乌鲁木齐 830049）

国电菏泽发电有限公司脱硫系统石灰石制浆设备使用的是济南重工股份有限公司生产的FGDM2558型润磨机，此类型磨机在脱硫中使用运行可靠、安全稳定、经济高效。驱动电机为2007年前的产品，设备运行10年时间，耗能较高，无法适应现阶段节能环保的新标准要求。在各种节能新型设备的创新和改造中，永磁驱动电机直驱改造被广泛应用到电力行业，切实可行。脱硫磨机的永磁电机直驱改造以延长设备的使用寿命，节减一级减速设备，降低能耗，以提高脱硫设备的安全性和经济性为目的，同时减少检修工作量和备件费用，以实现节能环保的新目标。根据国家节能文件的要求和节能方面的研究和建议，采用永磁电机直驱+变频的改造方案，以利于设备的有效节能和安全运行。

1 脱硫磨机目前概况

目前，该磨机驱动采用的驱动部分为“绕线式异步电机+减速器”的传统结构，工作现场驱动单元布置情况如图1所示。

图1 磨机驱动单元布置图

设备驱动存在的问题如下。

（1）传动系统组成较为复杂，由于主电机启动性能受限（启动转矩偏小，启动电流大），磨机正常启动或设备检修维护时须辅机电机进行预启动，操作繁琐。

（2）高耗能。所采用的绕线式异步电机为2007年前产品，该电动机功率因数、效率均较低；减速机单元传动效率低，一般在86%～90%范围，整套驱动系统的传动效率约80%～83%。

（3）维护保养量极大。绕线式异步电机两端轴瓦须独立润滑，主减速器须独立润滑，辅减速箱须定期更换油液，系统驱动部分配备有1套独立泵站。

（4）自动化程度低。整套驱动占地面积很大，不利于维护保养和安全生产。

2 永磁直驱系统优势[1]

2.1 高效节能

永磁驱动系统的传动效率在93%左右，与传统驱动系统相比，效率提高了10%～15%以上。

2.2 起动转矩大，过载能力强

永磁直驱系统所使用的永磁直驱电机的起动转矩为额定转矩的200%，无需预启动，且启动电流小。

2.3 避免电网及机械冲击

系统运用变频起动，能实现系统传动的缓慢匀速起动，起动转矩大，动态响应快，过载能力强避免了电机起动瞬间的大电流给电网带来的冲击，以及转矩波动给传动系统带来的机械冲击，由此降低了系统的电网故障和机械故障。

上述最低能耗的轨迹研究，都是在轨迹周期T=0.35的条件下进行的实验，但在工业现场因工作环境不同，要求的拾放操作周期也不同，因此了解不同轨迹在不同周期的最低能耗情况，对工业现场的操作更具意义。为计算不同时间周期轨迹的最低能耗轨迹，可以重复4.1节的步骤，进行实验验证。以电机输入电能为验证指标，实验能耗趋势如图8所示；以机器人机械能耗为验证指标，实验能耗趋势如图9所示。

2.4 系统免维护

由于系统不需要减速器、机械软启装置，因此，在实际应用中无需更换齿轮油，检修减速箱，节约了使用成本，减低了维护工作量，后期维护只需隔3～4个月给电机轴承注油1次。

此外，该系统还具有自动化程度高的特点。

3 永磁同步电动机选型[2]

3.1 永磁同步电动机

根据设备选型的计算和驱动转矩大于运行转矩的选型原则，选择永磁同步电动机型号为：TYPKK630-10/380kW（6kV）。对于启动环节，依据相关设计标准，现采用的异步电动机启动转矩最大为额定转矩1.4～1.6倍，能正常启动球磨机。而此类型永磁电机的启动转矩为额定转矩2倍，可以满足球磨机需求。

3.2 电机的参数配置说明和特点

3.2.1 参数说明

永磁同步电动机基本性能参数如表1所示。

3.2.2 永磁电机配置特点

电机定子测温要求：带绕组测温。定子绕组预埋了2组PT100，1组PTC155，用于检测各部位温度，另配备2套轴承测温元件。

定子线圈采用杜邦耐电晕扁铜线绕制，绕组端部线圈间垫适性材料，并采用VPI真空浸漆，以保证电动机具备良好的防尘、防潮功能。

电动机轴承要求：采用滚动轴承，轴承采用SKF进口轴承，轴端密封采用骨架密封。永磁材料采用高磁能级和高内禀矫顽力的烧结钕铁硼，牌号N38UH，耐温180℃，失重特性满足HAST标准要求，每年退磁率不高于0.1%。

永磁电机转子结构均采用了内嵌式架构设计，永磁体不直接面对气隙，永磁体受到的去磁磁场小，可以有效防止离心力、腐蚀以及其他过程中可能出现的对永磁体的损害。

电机安装连接方式：永磁同步电动机，采用蛇形弹簧联轴器与磨机小齿轮轴直接相连，型号JS21，电机轴与半联轴器采用双键连接。小齿轴连接选用原连接方式，从动端孔径尺寸根据小齿轮轴确定（见图2）。将现有电动机、减速箱水泥平台拆除，重新浇筑水泥台，浇灌地基高度加电动机+基座的总高度与磨机小齿轮的中心高度相同。

表1 永磁同步电动机基本性能参数

图2 设备安装连接方式

4 变频器选型

根据现场情况和配套电机的运行特点选型ATV1200C变频器。ATV1200C变频器参数如表2所示。

表2 ATV1200C变频器参数

ATV1200C变频器的特点如下：（1）采用多重化PWM方式控制，输出电压波形接近正弦波；（2）整流电路的多重化，脉冲数多达36，功率因数高，输入谐波小；（3）模块化设计，结构紧凑，维护方便，增强了产品的互换性；（4）直接高压输出，无需输出变压器；（5）极低的dv/dt输出，无需任何形式的滤波器；（6）采用光纤通讯技术，提高了产品的抗干扰能力和可靠性；（7）功率单元自动旁通电路，能够实现故障不停机功能。

5 节能效益分析

传统驱动系统与永磁直驱系统的能耗和各种费用对比如表3所示。

表3 传统驱动系统与永磁直驱系统的能耗和各种费用对比表

6 结语

磨机永磁直驱改造是绿色技术创新体系的一部分，是节能环保、清洁生产产业一个闪光点，解决了脱硫磨机运行传动设备长期存在的设备传动效率低、故障率高、运维成本高等难题和现有设备维护量大的缺陷，取得了良好的社会效益和经济效益。永磁电机直驱系统用变频调速，高效、集成、可靠，工况适应能力强，遇到突发事件，增加了速度调节以快速适应系统工作环境，系统反应速度更快。同时，永磁电动机直接驱动设备，去掉了高故障率的减速机，精简了辅传装置、水电阻柜和冷却风机、润滑站等辅助系统，使系统传动链短、传动效率高、可靠性提高、维护成本低。同时，提高了脱硫制浆设备运行的安全性，保证了脱硫设备系统高效、经济地运行。