690V变频器在氧化铝厂的节能应用

作者：bearingpower        发表时间：2010-12-12

690V变频器在氧化铝厂的节能应用关键字：变频器 　　1工程介绍　　如何解决设备运行中存在严重的能源浪费，不但是增强企业竞争力的要求，更是创建资源节约型社会的国策的要求。变频调速技术是风机、水泵等设备调速技术的首选，也是该类技术发展的必然方向。对设备进行变频改造后，可以大大降低企业的生产成本，降低生产设备的故障率，延长设备的使用寿命，产生较大的经济效益和社会、环境效益，提高企业的综合竞争力和发展后劲。用直接变频调速技术取代传统的风门挡板风量调节技术，改变风机的转速来调节排风量，风量调节的快速性和精确性更好，可以实现节约电能的目的。　　由于历史原因，中州分公司锅炉及熟料窑系统绝大部分风机的设计裕量较大，风机的额定流量远远大于生产系统实际所需的风量。为了满足正常生产需要，不得不根据生产系统的工作情况调节风门挡板的开度，控制空气流量。由于此类调节方式实际是电动机以额定转速运行，通过提高管道阻力来控制风量的大小，风机长期处于高管阻运行状态下，这样大大增加了系统的管阻，使风机的实际工作点远离了额定工作点，降低了系统的运行效率，再加上设计与实际运行情况相比有较大的设备动力储备，设备存在着“大马拉小车”的现象，造成了大量的能源浪费。不但影响了企业单位产品生产成本的降低，而且降低了企业产品的竞争力，限制了企业的长期发展。因此中州分公司决定对熟料窑5#、6#排烟机和锅炉5#、6#引风机先进行变频改造。　　2可行性分析　　风机泵类机械设备主要进行转速控制，以调节风量、阀门的开口度等方法完成工艺流程的要求。利用变频装置对风机进行转速控制属于有效的节电方法，它和一般常用的调节风门控制风量方法比较，有着明显的节能效果。　　变频调速技术近年在低压风机水泵类机械中得到广泛的应用，同时交流变频调速技术也正朝着大容量，高电压和高性能的方向发展。在氧化铝行业，大量的大功率风机和泵类设备目前仍采用通过挡板、阀门等方式调整供应流量，由于挡板、阀门等方式是通过提高管道阻力来达到降低流量的目的的，应用中造成了大量的能源浪费，这种工作方式已不能满足现代工业的发展需要。并且是影响企业竞争力的关键因素之一。　　用高压变频调速技术取代传统的风门挡板风量调节(阀门控制流量)技术，改变风机(泵类)的转速来调节风(流)量，调节的快速性和精确性更好，可以实现节约电能目的。本次改造的相关设备的参数见表1。 　　高压变频器一般主要有下列几种方案选择；　　一种为直接高压控制(高成本)，目前以采用美国罗宾康类似的无谐波变频技术，由低压模块串接起来成为高压输出；，其优点是极低的谐波，但是需要专用输入变压器装置，投入成本最高，低频运转时因为IGBT的饱和压降串联产生效率较低的问题。　　第一种为三电平(四电平)控制(中等成本)由于功率半导体的耐压较低，采用串联方案以提高输出电压，与低压变频器技术类似：差异性在于输出电压提高一倍，输出电流谐波较低等优点，比较适用于中压场合(690～3300v)，容量也属中等，由于也有使用IGCT高压功率模块，所以电压也可以提高到6000v，但是目前市场应用较少。三电平变频器的结构简单，但二极管的增多、线路增多，况且每个IGBT的驱动波形不一致，也必将导致箝位和开关性能的不一致。功率元件的导通和关断是由箝位二极管来保证的。箝位二极管的耐压要求高，快恢复性能好，主器件数量多，致使系统结构相对复杂，而且扩展能力有限。　　第三种为高低压控制(低成木)。高低压控制变频器指利用变压器将高压降为低压，再购买低压变频器装置驱动低压电机。此系统技术最成熟，可靠性最高，运行效率最高，投入成本最低，维修服务方便。中低容量电机(一般指2000kW以下)最适合使用。变压器+690V变频器+专用变频电机就属于此类。另外还有高一低一高方式，即采用降压变压器+低压变频器+特殊升压变压器+电机的配置，由于输出变压器需特殊制造，成本高，功率因数低，效率低，自损耗大，笨重。系统性能差，可用于一般工艺调速，不宜于调速节能的应用。　　本项目实施过程中，从节能效果上、较短的回收期、日常维护量和经济效益等多方面指标上来进行综合评价。根据综合评价决定采用降压变压器+690V变额器+专用690V变频电机的配置方式，此种配置运行效率高，投入成本低，维修服务方便，特别适用于改造项目。通过招标方式选用ABBACS800-04系列变频器。考虑到排烟机、引风机都是非常重要的生产设备，如果变频调速装置出现故障将造成整条熟料窑、锅炉系统的停产，造成重大经济损失，因此设计上还考虑了工频与变频切换回路，用以保证一旦变频器有故障时能够用工频状态起动设备。　　4项目实施及运行情况　　2006年7月15日，开始高压变频改造的调试和试运行。变频器运行至今状态良好。　　4.1节电分析　　5#排烟机电机额定功率475kW，额定电流58.2A，平均工作电流为33A，平均负载率为54%，排烟机的阀门平均开度为40%。根据系统运行情况，考虑到排烟机的调速范围和流量调整范围，系统进行变频改造节能计算分析如下：　　由于风机、水泵属平方转矩负载，即电机负载转矩与转速的平方成正比，流量与电机的转速成正比。而电动机输出功率的一般表达式为 　　也就是说电动机的轴功率与电动机转速的立方成正比,变频改造后排烟机耗电量计算如下：　　变频排烟机提供的实际风量Q2=40%Q0，排烟机的实际转速为N2=40%NO