1 引言
高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型電力傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)，主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速，其技術(shù)和性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)以前采用的調(diào)速方式（如串級(jí)調(diào)速、液力耦合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子水阻調(diào)速等）。高壓變頻以其顯著的節(jié)能效益、完善的保護(hù)功能、方便的通信功能以及高調(diào)速精度、寬調(diào)速范圍，得到了廣大用戶的認(rèn)可，成為企業(yè)電機(jī)節(jié)電方式的首選方案。江蘇森達(dá)沿海熱電有限公司現(xiàn)有三臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐，三大風(fēng)機(jī)采用液力耦合器調(diào)速，三大風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)正常生產(chǎn)至關(guān)重要，對(duì)設(shè)備要求特別苛刻，因此在高壓變頻器的選用上非常謹(jǐn)慎，2007年12月15日我公司擴(kuò)建一臺(tái)4#爐ug－130/5.3－m8采用北京合康hivert-y06/096高壓變頻器二臺(tái)和hivert-y06/048高壓變頻器一臺(tái)在公司4#爐安裝調(diào)試，穩(wěn)定運(yùn)行至今，為國(guó)產(chǎn)高壓變頻器贏得了榮譽(yù)。
2 循環(huán)流化床鍋爐工藝
循環(huán)流化床是一種適于固體燃料的清潔高效燃燒技術(shù)。固體顆粒（燃料、石灰石、砂粒、爐渣等）在爐膛內(nèi)以一種特殊的氣固流動(dòng)方式（流態(tài)化）運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)爐膛的顆粒又被分離并送回爐膛循環(huán)燃燒。爐膛內(nèi)固體顆粒的濃度高，燃燒、傳質(zhì)、傳熱、混合劇烈，溫度分布均勻，固體顆粒在爐膛內(nèi)的內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)十分強(qiáng)烈，在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間較長(zhǎng)，保證了較高的燃燒效率。
循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是近二十多年來(lái)發(fā)展的潔凈煤燃燒技術(shù)，其燃燒方式特別適用于高灰分低揮發(fā)的煤矸石、洗中煤等劣質(zhì)煤，具有較好的燃料適應(yīng)性，可變廢為寶，體現(xiàn)節(jié)能要求。另外，循環(huán)流化床鍋爐在燃燒過(guò)程采用爐內(nèi)加石灰石、低溫燃燒，可同時(shí)達(dá)到脫硫脫硝的目的，具有較好的環(huán)保特性。
燃料由給煤機(jī)送入爐膛；一次風(fēng)由鍋爐底部送入,主要用于維持燃料粒的流化；二次風(fēng)沿燃燒室側(cè)壁多點(diǎn)送入，主要用于增加燃燒室的氧量，提高燃燒效率；燃燒后的大量顆粒隨煙氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器，與煙氣分離；分離出來(lái)的顆粒經(jīng)回料閥回到燃燒室繼續(xù)燃燒；分離出來(lái)的煙氣則經(jīng)過(guò)除塵器除塵后，由引風(fēng)機(jī)引入煙囪排出。實(shí)際運(yùn)行中，循環(huán)流化床的燃燒效率可高達(dá)97%～99%。
3 技術(shù)方案分析
由于其獨(dú)特的燃燒特性，與傳統(tǒng)的煤粉爐相比，循環(huán)流化床鍋爐對(duì)風(fēng)量、風(fēng)壓的控制有更高的要求：為了保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)燃料量改變時(shí)，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使之與燃料量匹配；為了保證鍋爐運(yùn)行的安全性，必須使引風(fēng)量與一次風(fēng)量相配合以保證爐膛壓力在正常范圍內(nèi)；通過(guò)一次風(fēng)量及風(fēng)壓的調(diào)節(jié)以保證爐膛內(nèi)物料的正常流化。與常規(guī)煤粉爐相比，循環(huán)流化床鍋爐配置的風(fēng)機(jī)壓頭較高，目前調(diào)節(jié)風(fēng)量的主要是通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)啟度或采用變頻調(diào)速技術(shù)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)采用調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)開(kāi)啟度的方式進(jìn)行風(fēng)量控制時(shí)，容易出現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題：
(1)節(jié)流損失大；
(2)系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、調(diào)節(jié)品質(zhì)差，自動(dòng)投入率低，難以滿足實(shí)際要求;
(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)易出問(wèn)題，維修費(fèi)用高；
(4)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流，影響電機(jī)絕緣性能和使用壽命。變頻調(diào)速技術(shù)由于較好地解決了上述問(wèn)題，正逐步在循環(huán)流化床機(jī)組中得以運(yùn)用。
由于循環(huán)流化床鍋爐中的一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)均屬于二次方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在忽略風(fēng)道變化因素后，有風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比、風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速二次方成正比、機(jī)械軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比的關(guān)系。當(dāng)采用高壓變頻器對(duì)這些電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制時(shí)，僅通過(guò)相對(duì)小范圍內(nèi)的頻率改變，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的控制，而且調(diào)節(jié)精度及響應(yīng)速度有很大改善。同時(shí)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，由于軸功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比的對(duì)應(yīng)關(guān)系，電機(jī)的軸功率顯著下降，節(jié)能效果明顯。
4 高壓變頻裝置特點(diǎn)
高壓變頻技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)有多種方式，國(guó)內(nèi)外的高壓變頻器廠家目前主要采用如下一些解決方案：高－低－高方案、三電平－多電平方案、電流源方案、功率單元串聯(lián)方案等等。高－低－高方案需要輸入、輸出變壓器，存在中間低壓環(huán)節(jié)電流大、效率低、可靠性下降、體積大等缺點(diǎn)，只適合很小容量的高壓電動(dòng)機(jī)；三電平－多電平方案存在控制復(fù)雜、需要加濾波器等缺點(diǎn)，只有少數(shù)國(guó)外廠家采用。電流源存在輸入功率因數(shù)低，維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。
在實(shí)際運(yùn)行中，性能優(yōu)良的高壓變頻器對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，北京合康億盛科技有限公司采用多重化的脈寬調(diào)制技術(shù)，輸出波形為非常完美的正弦波。噪音低，發(fā)熱低，不會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，對(duì)電機(jī)沒(méi)有特殊要求。由于使用二極管整流，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)達(dá)到95％以上，且整機(jī)效率≧97％，無(wú)需進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償。電壓輸出范圍較大，輸入電壓在-20％～15％，頻率在45hz～55hz波動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)備均能正常工作。采用高頻pwm控制方式，符合國(guó)內(nèi)電網(wǎng)條件的冗余設(shè)計(jì)，保證設(shè)備輸出恒定，避免輸出和共模電壓過(guò)大。采用機(jī)械式旁路，旁路控制回路單獨(dú)供電，避免功率單元失電而后旁路無(wú)法動(dòng)作的情況發(fā)生。采用雙電源切換技術(shù)，獨(dú)特的供電設(shè)計(jì)，特有的過(guò)電壓保護(hù)技術(shù)，保證高壓變頻器穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。實(shí)踐證明采用單元串聯(lián)、直接高－高方式的拓樸結(jié)構(gòu)的高壓變頻器在負(fù)載連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)要求嚴(yán)格的環(huán)境中應(yīng)用具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。
5 變頻前后耗電情況對(duì)比
公司于2007年12月起開(kāi)始將高壓變頻器應(yīng)用4#爐ug－130/5.3－m8的三大風(fēng)機(jī)（引風(fēng)機(jī)，一次風(fēng)機(jī)，二次風(fēng)機(jī)），目前高壓變頻運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，平均節(jié)電率達(dá)到20%以上，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。附表為我公司安裝高壓變頻前后的技術(shù)數(shù)據(jù)對(duì)比。
節(jié)能計(jì)算：
工頻條件下：4#爐3臺(tái)風(fēng)機(jī)平均耗電量為：1558.1kwh/h
變頻條件下：4#爐3臺(tái)風(fēng)機(jī)平均耗電量為：1185.9kwh/h
平均節(jié)電量：1558.1－1185.9＝372.2kwh/h
年節(jié)電量：372.2×6500＝2419300kwh（按年運(yùn)行6500h計(jì)算）
年節(jié)電收益：2419300×0.45＝108.8萬(wàn)元（按0.45元/kwh計(jì)算）
4#爐3臺(tái)風(fēng)機(jī)年節(jié)電收益108.8萬(wàn)元情況下，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。短期內(nèi)就能回收成本。
除了明顯的節(jié)電，采用變頻器還有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)高壓變頻器優(yōu)良的軟啟動(dòng)/停止功能（可以零轉(zhuǎn)速啟動(dòng)），啟動(dòng)過(guò)程最大電流小于額定電流，大大減小了啟動(dòng)沖擊電流對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊，有效減小了電機(jī)故障，從而大大延長(zhǎng)了電機(jī)的檢修周期和使用壽命，同時(shí)還可有效避免沖擊負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的不利影響；
(2)使用變頻后，原調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)全開(kāi)，大大減少其磨損，延長(zhǎng)了風(fēng)門(mén)使用壽命，降低檢修維護(hù)費(fèi)用，進(jìn)一步降低了風(fēng)道阻力；
(3)使用變頻后，原液力耦合器取消，節(jié)省了液力耦合器的維護(hù)費(fèi)用；
(4)高壓變頻器特有的平滑調(diào)節(jié)減少了風(fēng)機(jī)以及電機(jī)的機(jī)械磨損，同時(shí)降低了軸承、軸瓦的溫度，有效減少了檢修費(fèi)用，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。
6 結(jié)束語(yǔ)
高壓變頻調(diào)速器已經(jīng)在多家電廠、水泥廠、化工廠、金屬冶煉廠的風(fēng)機(jī)和離心式水泵中得到實(shí)際應(yīng)用，并取得良好的運(yùn)行效果和節(jié)能效益。作為未來(lái)大型節(jié)能鍋爐的發(fā)展趨勢(shì)，循環(huán)流化床鍋爐中又包含大量能應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)的設(shè)備，由于循環(huán)流化床燃燒介質(zhì)多樣性，風(fēng)系統(tǒng)、水系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型時(shí)比煤粉爐偏大，實(shí)際節(jié)能效果比煤粉爐好。因此，將高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)和改造，對(duì)于降低損耗、節(jié)約能源、減少成本、提高自動(dòng)化控制水平，具有十分重要的意義和廣闊的前景。
