变频技术'>变频技术的产生和发展解决了锅炉运行中控制的困难，不仅节约能源，降低运行本钱，同时使锅炉对大气的污染大大减轻，司炉工强度大大改善，也为实现自动化控制提供了良好的帮助。

    1、变频技术'>变频技术   

    变频技术是一种电子技术。变频器是在变频技术上产生的，它能够应用在大部分的电机拖动场合，由于它能提供精确的速度控制，因此可以方便地控制机械传动的升、降和变速运行。变频器经常被用于系统复杂、工作环境恶劣、高负荷、长时间运行的工况中。由于采用了通讯方式，可以通过PC机来方便地进行组态和系统维护，包括上传、下载、复制、监控、参数读写等。简单来讲变频器是由三绕组输人变压器、整流电路、合成母线、逆变电路、合成滤波电路、控制柜等组成。   

    多年来，国家经贸委一直会同国家相关部分致力于变频调速技术的开发及推广应用，并把推广应用变频调速技术作为风机、水泵节能技改专项的重点投资方向。
   
    2、变频器在风机控制系统中的应用

    如图1为变频器控制风机电动机系统框图。

图1 系统框图

    风压设定通过变频器的输人端子设定；压力传感器将压力信号传送给变频器；变频器通过预编程序进行运算，对应不同压力输出控制信号，从而控制电动机使风机改变转速来调节炉膛风压，炉膛内风压通过风压传感器将信号传送给变频器，实现自动控制。   

    在变频状态下，应用变频器改变风机电机输进电压的频率，从而控制电机的转速。电机的转速可以用下面公式表示：

    n为转速、f为频率、p为电机级数（2、4、6...）   

    风机的变速运动是利用改变风机转速来改变风机曲线这种变化关系可以用一组公式来表达：

    式中，n－风机转速；Q－风量；P－风压；N－功率。值得留意的是：将风量公式（1）与（2）相结合，其结果恰好符合系统曲线公式：

    一般使用的风机，其选用风量、风压通常都超过实际需要。（风量裕量5%－15%，压力裕量为10%－30%），传统控制裕量方法大多采用挡板式阀门来调节，用这些方法节流。固然方法简单，但实际上是通过人为增加阻力的办法来达到调节的目的。不仅造成了浪费，还增加了噪音污染。   
   
    经过对变频器的改造具有以下优点：   

    （1） 实现了自动控制，揭开了锅炉运行自动化的新篇章。使难以控制的燃烧过程实现了自动化，减少劳动强度。在网络化日益普及的今天，与普通的点对点硬线连接方式而言，通过高速通讯连接的变频器系统可以最大程度上降低系统维护时间、进步生产效率、减少运行本钱。   

    （2） 控制电机的启动电流。当电机通过工频直接启动时，它将会产生7到8倍的电机额定电流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。而变频调速则可以在零速零电压启动（当然可以适当加转矩提升）。一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照WF或矢量控制方式带动负载进行工作。使用变频调速能充分降低启动电流，进步绕组承受力，用户最直接的好处就是电机的维护本钱将进一步降低、电机的寿命则相应增加。   

    （3） 降低电力线路电压波动。在电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如咒机、传感器、接近开关和接触器等均会动作出错。而采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消除电压下降。   

    （4） 可对风机的风量作平滑的无级调速，风机工作在最佳工作点，工况曲线更符合系统，可进步风机效率，避免了“喘振”现象。稳定了炉膛压力，满足工作环境的要求。 
 
    （5） 低速运行可以减少磨损，降低噪音，有利于延长电机和风机的使用寿命。
   
    （6） 节能效果明显。由于终极的能耗是与电机的转速成立方比,车间通风，所以采用变频后，大大地节约了本钱，投资回报更快，用户也愿意接受。

    3、效益与回报

    哈尔滨工程大学02年新安装了四台02吨刨燃煤供热锅炉，其中保持二台锅炉天天24小时中断供热，每年供热期6个月，鼓风机功率37kw，引风机为110kw。在锅炉运行中，电力线路波动较大，经常损毁四周校舍电器，引风机风量偏大，使用档风插板调节风量，电机功耗基本不变，电能浪费大。根据以上缺点，决定安装变频器。安装变频调速装置后风机起动平稳无冲击电流，运行稳定。据区技术监视局委托哈尔滨红光锅炉总厂现场测定，为了便于对比分析，对引风机的两种调节方式进行了数据丈量如表1。

表1 鼓引风机丈量参数表

    对于刚投人运行的锅炉，一般因各种原因负荷未达到70%以上时，采用变频器控制效果更加明显。太平供热项目是哈尔滨市政府批准的新型项目，两台卯T锅炉鼓、引风机都采用变频器控制，引风机电动机3sokw，鼓风机电动机1印kw，两台锅炉鼓、引风机变频器一次投人50万元，结果2（X）5年，2（X巧年负荷分别为30%、印%，在此情况下，锅炉在低负荷运行，鼓、引风都在低负荷下运转，两个采热期下共用电613725k琪飞。假如不用变频器控制约用电18以X洲）k不飞，估计两个采热期节约1186275k从飞，按每度电0.7元计算，共计节约83万元。  
 
    下面是其锅炉系统两种方式实际运行用度对比：

表2 实际运行用度表

        一年共节省2万元，一次性投人控制系统共计40万元。两年收回本钱。

    4、结束语   

    产业锅炉风机'>锅炉风机采用变频器调速实现风量控制，稳定性和可靠性高，调节特性好。由于变频器可以非常平滑稳定地调整风量，运行职员可灵活地调控燃烧状况，进步了锅炉效率，减少工作强度。变频调速使电机运行明显改善，维护量明显减少，同时大大减少和机械系统变速机构和控制机构。使系统更加方便操纵，设备工作效率明显进步，系统采用过流、过压、瞬时断电、短路、欠压、缺相等多种保护，避免了因此赞成电机烧损而影响生产所带来的直接和间接经济损失，更为重要是它的节能效果取得了可观的经济效益。

山水厂高温风机变频器运行现场

         一、前言 

             高压交流变频调速技术是90年代迅速发展起来的一种新型电力传动调速技术，主要用于交流电机的变频调速，其技术和性能远远胜过以前采用的调速方式（如串级调速、液力耦合器调速、转子水阻调速等）。高压变频以其明显的节能效益、高的调速精度、宽的调速范围、完善的保护功能、方便的通讯功能，得到了广大用户的认可和市场的确认，成为企业电机节电方式的首选方案。山东水泥厂有限公司现有两条熟料生产线，高温风机的稳定运转对熟料生产至关重要，对设备要求特别苛刻，因此在高压变频器的选用上非常谨慎，2007年2月15日我公司采用北京合康HIVERT-Y06/173高压变频器在我公司2#3#窑安装调试，稳定运行至今，打破了洋品牌在高压变频安装上的垄断局面，为国产高压变频器赢得了荣誉。

         二、变频前后耗电情况对比

             我公司于2006年起开始将高压变频器应用窑头引风机、高温风机、生料磨循环风机的节能改造，目前高压变频运转稳定，均匀节电率达到20%以上，取得了明显的经济效益。以下为我公司安装高压变频前后数据对比：

         三、工况简述

             旋窑是一个有一定斜度的圆筒状物，预热机来的料从窑尾进进到窑中，借助窑的转动来促进料在旋窑内搅拌，使料互相混合、接触进行反应，物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动。窑内燃烧产生的余热废气，在窑尾高温风机的作用下，通过预热器对进进窑尾前的生料进行预热均化，降温后的余热废气再通过高温风机抽出进进废气处理（除尘及排出）。均化好的生料预热后在回转窑内煅烧成熟料，回转窑内需要合适的气压及温度，才能使煤粉有一定的悬浮时间进行充分燃烧，生料才能在窑内达到很好的热处理。窑内因物料的堆积变化很大，所以瞬时气压变化频繁。窑尾高温风机一方面用来调整窑内气压，另一方面回转窑内锻烧后的高温熟料出来有废气，废气带灰，通过窑尾高温风机引出由电收尘器将灰尘进行处理，再将废气排掉。

             我厂目前有二条干法悬窑生产线，日产为1700t、2300t，并拥有一台7.5MW中、低温余热发电机组，2条窑生产线，高温风机电机配置为6kV1250kW，在高温风机的电机与风机之间，配有液力耦合器对风机进行调速，整个工艺过程主要是通过DCS的控制来调节液力耦合器的速度从而调整风机的风量，达到控制窑内负压。在运行时仍靠风机挡板进行风量调节，当窑系统工况变化较大时，现场值班职员根据中控制室的指令对液力耦合器的勺杆进行手动调节，运行操纵非常不便。2006年7～8月，公司分别对1700t窑生产线的窑头引风机、2000t窑生料系统排风机进行了变频调速改造，目前运行情况良好。而高温风机变频调节的耗电量还少于原液力耦合器调节的耗电量。

             经过对原系统进行分析，对原系统的风压控制由原来的液力耦合器调节改为变频器调节，即取消原液力耦合器，将电机与液力耦合器之间用一连接轴取代液力耦合器连通，而由变频器对电机本身进行调速，调整窑尾预热器（高温风机进口）的压力为工况要求值。变频器设备接进用户侧高压开关和拟改造电机之间，变频器控制接进原有的DCS系统，由DCS系统来完成正常操纵。

         四、可靠性

             经过对原系统进行分析，对原系统的风压控制由原来的液力耦合器调节改为变频器调节，即取消原液力耦合器，将电机与液力耦合器之间用一连接轴取代液力耦合器连通，而由变频器对电机本身进行调速，最后达到调整窑尾预热器（高温风机进口）的压力为工况要求值。液力耦合器本身能耗达10%以上，而且需要油泵及冷却水来辅助运行，故障率较高，特别是在夏季因耦合器产生热量较大，需加进四组冷油器，用循环水强降温，水消耗量大，资源浪费严重。
 

油站及冷油器

             变频器设备接进用户侧高压开关和拟改造电机之间，变频器控制接进原有的DCS系统，由DCS系统来完成正常操纵。为了充分保证系统的可靠性，变频器同时加装工频旁路装置，可在变频回路故障时将电机切换至工频状态下运行，且切换方式为自动切换。变频器故障时，电机自动切换到工频运行，这时风机转速会升高，风压会发生很大变化，影响窑内物料的煅烧质量，故此时应及时在DCS上对高温风机的风门进行及时调节，降低风机输出风量至工况要求值。变频器及其工频旁路开关由变频器整体配套提供。电机、高压断路保存了用户原有设备。负载参数及运行工况，高温风机配合康HIVERT系列高压变频器，其主要参数为：变频器型号HIVERT-Y06/173，隔离变压器容量1800KVA，旁路开关柜容量400A。

         五、改造过程简述

             由于原电机控制为液力耦合器调速，为了安装变频器，必须重新设计变频器专用房。根据现场环境，我们选择在高压配电室旁另建一变频器专用房，此地方距高压室较近，动力电缆敷设方便。由于现场灰尘较大，而变频器为强迫风冷，设备内空气流通量较大，为保障变频器尽量少受外界灰尘的影响，在房间透风设计上，设计了大面积专用进风窗，房间不另设其它窗口，基本上是密闭设计。透风窗采用专用过滤棉滤网，这样使进进变频器室内的空气经过透风窗滤灰，进进变频器室内的灰尘大大减小。

专用进风窗一           专用进风窗二        专用进风窗三

             由于本变频器功率较大，为保证足够的透风冷却效果，在变压器柜顶和功率柜顶分别独立安装了一整体风罩，与各自的出风口连成整体，保证变频器整体冷却透风要求，即使在夏季高温季节也不需开空调进行降温。

      
3#窑变频及风道                    2#窑变频及风道

             为减小安装本钱，动力电缆保存了原高压柜至电机的电缆，将电缆原接线由高压柜牵至变频器，再重新由高压柜到变频器敷设一根动力电缆，由于变频器房紧邻高压室，此电缆长度较短。变频改造后，由于需要取消原液力耦合器，我们按照液力耦合器的联接尺寸设计制作了一套直接连接轴来代替液耦。连接轴的基座安装尺寸、轴连接中心尺寸、轴径尺寸、轴与电机及风机侧的连接靠背轮均与原液耦一致，安装时，仅需将原液耦拆除，将连接轴代替液力耦合器，现场仅作少量调整即可达到安装要求，而不用对风机及电机作任何调整，安装方便快捷。

 
液力耦合器拆除后的连轴器

             安装高压变频后，原绕线电机对滑环进行短接，废除了原水电阻启动器，每年对碳刷及水阻启动器和电机的维护减少，综合运行本钱大幅度下降，且高压变频启动时间任意可调，实现平滑启动，对设备运行起了良好的保护。

         六、变频改造总结

             根据我公司对水泥厂高温风机的高压变频器的安装及使用情况，总结变频器改造有以下优点。
    （1）安装简单，即将原高压开关柜与电动机之间插进安装变频器，对原有接线改动不大。
    （2）操纵使用方便，变频器操纵只有简单的开机、停机和频率调整。
    （3）能进行无级调速，调速范围广，且调速精度高，适用性强。
    （4）保护功能完善，故障率低，排风机启动平稳，启动电流小，可靠性高。
    （5）电动机不需长期高速运行，工作电流大幅度下降，节电效果明显。
    （6）由于变频器取代了液耦调速，消除了机械及液压高故障率的缺陷，设备维护用度降低。
    （7）电动机运行振动及噪声明显下降，轴承温度也有很大的下降。

             交流变频调速器，以适用性强、可靠性高、操纵使用方便等性能，受到用户的欢迎。它应用在调速、节电、软启动方面，对企业有很大的实用价值。合康公司高压变频器在我厂对两条生产线的五台电机进行了成功的改造，不仅节能效果明显，进步了整个系统的工艺性能，同时也使两条生产线大大进步了产量，得到车间降温设备的好评，并在我省水泥行业中产生了很大的影响。