高压变频器在大型风机上的应用

李国贤　巩庆刚

【摘 要】山东山铝环境新材料有限公司前身是山东铝业公司水泥厂，熟料产能 220万吨/年，水泥330万吨/年。拥有循环风机、高温风机、窑尾风机等多台大型风机，设计采用6KV绕线电动机驱动、水电阻启动、风门调整流量。为了持续降低电耗，2017年7月对2#窑高温风机实施高压变频节能改造，取得良好效果。

【关键词】高压变频;高温风机;节能

一、高温风机高压变频改造方案

1、改造理由

电机在工频条件下运行，阀门＼挡板调整节流损失大，大量的能量消耗在阀门＼挡板上，出口压力高、管道磨损严重、系统效率低，造成能源的严重浪费。长期阀门调节，加速阀门自身磨损，导致阀门控制特性变差。

解决上述问题的重要手段之一是采用高压变频调速控制技术，利用高压变频器对风机电机进行转速控制，实现流量调节;消除了阀门造成的压力流量损失，改善了系统的经济性，节约能源。

2、系统方案

高压变频系统采用自动旁路方式，电动机可以变频运行也可以通过旁路方式工频运行。工频运行和变频运行可以根据现场需要手动切换;变频器异常不能正常运行时也可以自动切换到工频运行状态下运行，以保证生产的连续进行。根据负载的运行特点和与之配套的电动机参数，配置高压变频系统SBH-060-2000一套，其原理图如下：

二、实施

2#窑高温风机电机功率为2000kw，2017年7月11日至13日，停窑期间实施了高温风机的高压变频技改：

将原来的水电阻、进相机拆除，腾出安装空间3.5*6米;依据高压变频器的安装图纸尺寸制作了槽钢基础并安装到位;将变频单元柜、变压器柜、电源柜、控制柜依次安装到位;把原电机负荷电缆改接到变频器电源侧，自变频器输出侧至高温风机电机新敷设高压变频电缆一条，自附近低压室敷设备用控制电源电缆一条，连同本柜电源变压器提供的共构成两路控制电源以增加可靠性;自DCS室敷设控制电缆以完成中控开机停机调速控制。接线连接，送电调试;顺利投入运行。

工艺状况未变化，实施前后电耗对比：

风机原风门调节时，风门开度在70%（风量约80%）;技改后变频运行时运行频率为36Hz，节电546KW，节电率32.10%，效果显著。

随后对其他大型风机也进行了技改，多数改造只增加了高压变频器，用的依然是原来的绕线电机，只是将水电阻取消、电机转子绕组在滑环处短接。个别因低速运行导致散热不良、绕组温升偏高的电机，在电机的空气冷却器上加装了小型轴流风机强制冷却。为了进一步降低损耗，原来管路上装设的风门已经陆续取消，对启动基本没有影响。

改造以后，启动平稳，消除了大电流启动带来的电气故障（原来几乎所有的滑环都出现过电气故障，一般1-2次/年）;一般轴承温度降低10——20℃。节电效果明显，节电率一般在12%--32%;经济效益良好，三年即可收回投资。

三、高压变频调速系统的节能效果分析

1.风机、水泵工频运行时流量和压力富裕度大，可达20%～30%，存在较大浪费。

2.高压变频调速的基本节能原理

风机、水泵的流量Q、压头H、轴功率P与转速n之间有如下比例关系：

由式（1）可以看出，风机和水泵电动机的轴功率（功率输出）与转速的3次方成正比，在低速时，功率会有很大的下降。由于功率的大幅度降低，可获得显著的节能效果。

3.变频与工频的对比

A.基本计算公式：

（2）

式中：PW风机消耗的电功率;η风机效率;P压力;K系数;Q流量。

B.系统在工频情况下的功率消耗：

采用GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式，即：

PL=[0.45+0.55（Q/QN）2]Pe（3）

式中，Pe-額定流量时电机输入功率，QN-额定流量。

C.系统在变频情况下的功率消耗：

（4）

（5）

下表为变频运行、速度降低后对比工频的理论节能计算：

本次技改实际节能情况与计算较为相符。

四、结论

1.各风机改变频控制以后，节电率从32%到10%不等，具体效果与更换前设备与工艺用风的匹配情况相关。

2.大型风机即使节电率略低（比如低于10%），经计算经济上依然可行。

（作者单位：山东山铝环境新材料有限公司）