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1、高压变频技术在锦西石化4#炉风机节能改造中的应用及经济效益分析中国石油锦西炼油化工总厂热电公司有75吨锅炉3台，220吨锅炉3台。其中1、2、3#炉是75吨锅炉，4、5、6#炉是220吨锅炉。6台锅炉全部采用了引风、送风和二次风机，这些风机的驱动电机是按照最大额定负荷设计的，而锅炉一年中能在最大额定负荷段状态下运行的时间却很少，大部分时间运行在三分之二负荷段上。这样，锅炉对实际风的需要量却不是所设计的最大风量，而应该是随着负荷改变而改变的变化风量。为了满足锅炉对变化风量的要求，我们传统工艺一直采用调整风道档板开度的办法，这种办法能够改变和调整风量，却无法调整驱动电机的转速和按比例节能，造成了工
2、业生产中能源的大量浪费和生产成本的上升。2.改造目的 为了降低生产成本，降低能耗，适应我国关于能源节约与资源综合利用“十五”规划的要求，采用低消耗、低排放、高效率的持续发展理念的经济增长模式，应用变频节能技术来改造传统工艺的技术缺憾。我公司经过对低压变频技术的广泛成熟的应用，获取了较大的节能效果和维护经验。随着高压变频器技术产品的成熟与稳定应用，我们把这一节能成果又进一步扩大到了高压电机上，并于2006年5月份对4#炉三台风机的驱动电动机进行了高压变频器改造。3、4#炉风机工作额定参数 3.实实施的改造方方案 33.1 变频频器的选型方方案 由由于高压变频频改造所实施施的具体方案案与变频器的的
3、选型有直接接的关系,所所以我公司首首先进行了变变频器的选型型考察，经过过仔细认真地地比较和公开开招标，最后后国产产品北京利德德华福HARRSVERTT-A高压变变频器以其优优良的质量，齐齐全的技术性性能和周到的的售后服务一一举中标。 3.22 主回路方方案 根根据我公司风风机负荷的重重要性，我们们决定采用的的变频控制为为一拖一方案案，就是一台台变频器带一一台风机电机机。为了增加加运行的可靠靠性和安全性性，又增设了了工频旁路回回路。具体的的设计方案如如图1所示： 图1：一次次主回路接线线图QF为用户户的真空断路路器，QS11、QS2、QQS3为3台台高压隔离刀刀闸。在QSS1和QS22之间是高压
4、压变频器，QQS3为旁路路刀闸。当电电机需变频运运行时，应首首先将QS33拉开，然后后合QS1和和QS2刀闸闸，最后再合合真空断路器器QF使变频频器得电并启启动变频器以以驱动电机。当当电机需工频频运行时，应应将QS1和和QS2刀闸闸拉开，将QQS3旁路刀刀闸合入，最最后合真空断断路器QF以以直接驱动电电机工频运行行。此运行方方式为变频器器故障或检修修等特殊情况况下用工频来来保证设备运运行的备用工工作方式。 上述方方案为手动旁旁路的典型方方案，要求QQS2和QSS3不能同时时闭合，并在在机械上实现现安全互锁。 为了实现对故障变频器的保护，变频器故障状态下发出跳闸指令，对现场的高压真空断路器QF进
5、行连锁跳闸，以使变频器断开电源。同时三把刀闸都与断路器QF电气互锁，只有在断路器分离时才能操作刀闸，保证了安全操作。 3.3 控制方案 根据我公司的实际情况，我们对变频器采用三种控制方案，分别是远程DCS闭环自动控制、远程DCS开环手动控制和就地手动控制。 3.4 冷却方案 变频器的工作过程是将交流电整流成直流电，再将直流逆变成交流的过程。在这一过程中，电子功率器件自身要发出一定的热量（2%），这些热量会使设备的温度不断上升，并烧损设备本身。为了使变频器正常稳定工作，就必须将变频器发出的热量及时排散掉。因此变频器冷却问题对变频器运行的稳定十分重要。经过认真的研究，我们采用了最简单、最有效、最稳
6、定的冷却方案自然风冷方案。就是在变频器顶部安装一个总风道，用这个风道将变频器自身顶部的冷却风机从室内吸入的自然空气所带的变频器内部热量不断地排放到室外。这种方案只做一个风道，不增加任何转动设备，因此简单可靠，故障因素少。经过在40室温条件下做满载散热能力试验，结果变频器的温度最高到68，与设计的最高温升140度相比，结果是非常理想的。4.变频器的工作原理与特性 4.1 系统结构 HARSVERT-A系列6kV高压变频调速系统的结构见图2，由移相变压器、功率单元和控制器组成。每台变频器有21个功率单元，每7个功率单元串联构成一相。 图2：高压压变频调速系系统结构图 4.2 功率单元结结构 每个功
7、率单单元结构上完完全一致，可可以互换，其其电路结构见见下图3，为为基本的交-直-交单相相逆变电路，整整流侧为二极极管三相全桥桥，通过对IIGBT逆变变桥进行正弦弦PWM控制制，可得如图图4所示的波波形。 4.3 输输入侧结构 输入侧侧由移相变压压器给每个单单元供电，移移相变压器的的副边绕组分分为三组，构构成42脉冲冲整流方式，这这种多级移相相叠加的整流流方式可以大大大改善网络络的电流波形形，使其负载载下网侧功率率因数接近11。 另另外，由于变变压器副边绕绕组的独立性性，使每个功功率单元的主主回路相对独独立，类似常常规低压变压压器，便于采采用现有的成成熟技术。 4.44 输出侧结结构 参参见图2
8、和图图3。输出侧侧由每个单元元的U、V输输出端子相互互串接而成星星型接法给电电机供电，通通过对每个单单元的PWMM波形进行重重组，可以得得到如图5所所示的阶梯PPWM波形。这这种波形正弦弦度好，dvv/dt小，可可减少对电缆缆和电机的绝绝缘损坏，无无须输出滤波波器就可以使使输出电缆长长度很长，电电机不需要降降额使用，可可直接用于旧旧设备的改造造。同时，电电机的谐波损损耗大大减少少，消除了由由此引起的机机械振动，减减小了轴承和和叶片的机械械应力。 当某一个个单元出现故故障时，通过过使图3中的的继电器K闭闭合，可以将将此单元旁路路出系统而不不影响其它单单元的运行，变变频器可持续续降额运行，如如此可
9、减少很很多场合下停停机造成的损损失。 图3：功率率单元电路结结构 图4：单元元输出的PWWM波形 图5：系统统输出的相电电压阶梯PWWM波形4.5 控控制器 控制器核心心由高速单片片机来实现，精精心设计的算算法可以保证证电机达到最最优的运行性性能。控制器器还包括一台台内置的PLLC，用于柜柜体内开关信信号的逻辑处处理，以及与与现场各种操操作信号和状状态信号的协协调。增强了了系统的灵活活性。 控制器结构构上采用VMME标准箱体体结构，各控控制单元板采采用FPGAA、CPLDD等大规模集集成电路和表表面焊接技术术，系统具有有极高的可靠靠性。另另外，控制器器与功率单元元之间采用光光纤通讯技术术，低压
10、部分分和高压部分分完全可靠隔隔离，系统具具有极高的安安全性，同时时具有很好的的抗电磁干扰扰性能。5.改造造效果 5.1 改改造后的工艺艺效果 4#炉引、送送、二次风机机高压变频改改造后，将原原风道中用开开度大小来调调整风道风量量的档板开到到了100%。这样大大大减小了风的的阻力损耗。另另外完全改变变了风在管道道中的振动频频率，由于风风机的驱动电电机在变频状状态下工作，工工作频率在不不断的变化中中，使风道的的固有共振频频率很难与工工作频率一致致，从而避免免了共振现象象的产生，解解决了风道在在工频状态下下振动大的问问题。这样风风道时常被振振开裂的难题题被自然解决决了，也是我我们此次改造造的意外收获
11、获。 55.2 改造造后对电网的的冲击效果 当电电机通过工频频直接启动时时，它将会产产生7-8倍倍的电机额定定电流。这个个电流值将大大大增加电机机绕组的电应应力并产生热热量，从而降降低电机的寿寿命。而采用用变频后，电电机实现了软软启动，可以以在零速零电电压启动（当当然可以适当当加转矩提升升），直到达达到工作电流流为止。一旦旦频率和电压压的关系建立立，变频器就就可以按照VV/f或矢量量控制方式带带动负载进行行工作，对电电网几乎没有有冲击。 5.3 改造后的维维护强度效果果 采用用变频调速后后，驱动电动动机基本工作作在30Hzz到40Hzz的频率范围围内，与工频频50Hz相相比，降低了了风机的转速
12、速。另外启动动时的缓慢升升速过程也使使整套风机机机械设备的零零部件、密封封和轴承等的的使用寿命大大大延长。不不用档板调风风，调风档板板的使用寿命命大大延长，使使检修维护工工作量减少，更更降低了检修修工作强度和和费用。 5.4 改造后的节节能效果 我公司44#炉3台风风机进行变频频调速改造后后，在收到上上述诸多改造造工艺效果的的同时，更获获得了重大的的节能效果。详详见下列改造造前后生产参参数对照表，此此表数据来源源于改造前后后的生产报表表： 44#炉变频改改造前后节能能对照表 注：改造前前功率因数为为0.85；改造后功率率因数为0.97。 从从上表中数据据可知，2220吨锅炉在在从140吨吨到2
13、00吨吨运行过程中中，三台风机机的节电效果果随锅炉负荷荷的增加而下下降，随锅炉炉负荷的减小小而上升。而而我公司锅炉炉每年中运行行在140吨吨到150吨吨大约有8个个月，运行在在200吨大大约有2个月月，运行在1180吨大约约有1个月，检检修时间大约约有1个月。改改造前4#炉炉每年三台风风机用总电量量约为18663.133387万度（kkWh），改改造后每年三三台风机总用用电量约为9941.155169万度度（kWhh），故4#炉变频改造造后比改造前前每年可节约约电能约9221.982219万度（kkWh），节节电率约为449.5%。也也就是说，我我们只用改造造前50.55%的用电量量就能完成改
14、改造前的生产产任务。如果果每度电销售售价格以0.45元计，那那么我公司44#炉三台风风机变频改造造后每年可节节约的92119821.9度(kWWh)厂用用电，相当于于节支4144.891998万元。在在当年超额收收回了投资成成本，之后可可每年为我厂厂节支4144.9万元。6.结束语 4#炉三台风机的高压变频节能改造，是我们总厂2006年的一项重要改造项目。是我们企业领导经济管理意识的前瞻性体现，是企业由粗放型管理向资源节约型管理过渡的具体举措，是我厂在高压变频节能改造方面迈出的又一具有实质性意义的一步。其改造后的工艺效果和节能效果极大地鼓舞了公司全体职工的工作积极性，有效激发了职工对节能工作重要性的认识。其经济效果之显著，已经成为我们企业增效的新亮点。同时说明我们企业生产节能的潜力是巨大的，我们在变频节能改造的道路上还有很长的路要走，还有很多的工作要做。参考文献：北京利德华福电气技术有限公司 高压变频调速系统HARSVERT-A系列技术手册作者简介：张文鸿，男，1966年10月出生，1990年毕业于沈阳高等电力专科学校。在中国石油锦西炼油化工总厂热电公司电气车间工作，电气工程师。技术成果有高压静电除尘器顶部振打监控系统的开发与应用等。负责4#炉高压变频器的整套控制和现场安装设计，施工安装及调试的全部工作。