[摘要]介绍了炭素厂焙烧烟气净化系统中采用的变频调速系统，神火集团炭素厂通过该系统的推广应用有效的节约了电能的损耗。
　　[关键词]风机　变频器　节能
　　中图分类号：TF8 文献标识码：B 文章编号：1002－6908（2007）0920033－01
　　
　　一、问题的提出
　　
　　神火集团炭素厂焙烧车间燃烧系统所采用的燃烧物质为重油，其烟气净化系统采用的为电除尘方式，配备2台250KW电机，一备一用，额定转速为1450r/m,电机通过联轴器连接风机，配套风机流量为12000-14000M3/h,工作负压 4000-5000Pa，电机采用自耦降压启动方式，启动时产生二次冲击电流高达1000A，危害厂区变压器及电网的安全。不仅影响国家节能政策，而且使生产成本增加，运行中存在以下几个问题：
　　（一）电机以额定频率运转，每月的电能消耗为 250×24×30=180，000Kw，按照电耗费用0.4元／KW结算，仅此电机全年电力能耗费用高达86.4万元。
　　（二）车间工艺要求负压在800-4000Pa , 而调节烟道负压采用调节入口挡板阀门开度，以此来调节压力，是一种经济效益差、能耗大、设备损坏严重、维修难度大、运行费用高的落后办法。
　　（三）因焙烧车间排放烟气中含有未充分燃烧的沥青烟气，经喷淋系统冷却后部分沥青及粉尘黏附在风机叶轮上，造成叶轮的动、静平衡失效，因而在运行中电机振动大，造成电机基座松动，存在较大的安全隐患。
　　（四）电机长期在额定转速下运转，电机转子轴承温度高易损，保养周期为一个月，维修费用居高不下。
　　
　　二、节能措施
　　
　　（一）对上述问题进行研究分析
　　
　　1．采用挡板阀门调节时，大量的能量损耗在挡板阀门的截流过程中。对风机而言，最有效的节能措施是采用调速来调节流量。由于风机大都为平方转矩负载，轴功率则与转速大致成立方关系，所以当风机转速下降时，消耗的功率大大下降。图1表示了风机采用各种调节方法时消耗功率与风量关系曲线。
　　其中曲线1为输出端风门控制时电机消耗的功率，2为输入端风门控制时电机消耗的功率，3为转差调速控制(采用滑差电机，液力耦合器)时电动机消耗的功率，4为变频调速控制时电动机消耗的功率，最下面一条曲线为调速控制时风机实际所需轴功率（即电机轴输出功率)。可见，在众多的调节方式中，节能效果最好的是变频调速。
　　2．介质对挡板阀门和管道冲击较大，设备损坏严重。
　　3．挡板阀门动作迟缓，手动时人员不易操作，且操作不当会造成风机震动。挡板阀门执行机构一般为大力矩的电动执行器，故障较多，不能适应长期频繁调节，调节线性度差，构成闭环自动控制较难，且动态性能不理想。
　　4．异步电动机在直接起动时起动电流一般达到电机额定电流的6-8倍，对电网冲击较大，会引起电机发热，强大的冲击转矩对电机和风机的机械寿命存在很多不利的影响。自动化程度低，不易控制，且电机以额定转速运转能耗高。
　　为此决定对烟气净化系统加装变频器，由于过去各种原因，如变频器的价格、质量、容量等因素的约束，没有得到广泛应用。近年来随着IC产业的迅猛发展，变频器的价格大幅下降，可靠性增强，容量增大（已达到400KW），为此采用富士FRN280P11S风机专用变频器。
　　
　　（二）主要采取如下的措施
　　安装变频器控制系统，其工作原理图如下：
　　
　　为电机配装变频器，在风机烟气入口处安装智能压力传感器，把压力信号反馈至变频器，利用变频器的PID控制功能可以保焙烧炉面负压的稳定，另外在变频器中安装手动调节变频器频率的电位器，可以根据工艺要求方便快捷的调节电机的转速，进而达到控制负压的要求，调节负压的范围在120-5000Pa 。
　　
　　（三）采用变频调速的优点
　　1．变频调速能节约原来损耗在挡板阀门截流过程中的大量能量，大大提高了经济效益。
　　2．采用变频调速后，可实现软起动，对电网的冲击和机械负载的冲击都不存在了，同时延长了电机和风机的寿命。同时，采用变频调速后，电机的无功功率通过变频器直流环节的滤波电容进行了瞬时补偿，变频器的输入功率因数可达0.95以上。相对电机直接工频运行而言，功率因数大大改善，对低速电机效果尤为明显。实现变频调速后，风机经常在额定转速以下运行，介质对风机的磨损，轴承的磨损，密封的损坏都大大降低。同时，烟气对烟道挡板的冲击磨损大大降低，延长了烟道挡板的检修周期，减少了维护工作量。电机运行的振动和噪声也明显降低，运行中电机基座振动减小，经实际测量运行中电机基座振动幅值为0.546mm,而以往电机基座震动幅值高达1.983mm，从而延长了电机及连轴器的寿命。
　　3．采用变频调速后，可以很方便地构成闭环控制，进行自动调节，调节器输出的4-20mA信号输到变频器(或通过通信接口进行控制)，通过变频器调节电机转速，可以平稳地调节风量，流量，且线形度较好，动态响应快，使机组在更经济的状态下安全稳定运行。
　　变频调速系统投入运行以来解决了生产中存在的诸多问题如：烟道压力不稳定，电机维修费用高，电机运行时空气动力性噪声大，启动电机时必须把部分设备停运避免电网及厂区变压器遭受大电流冲击等问题。
　　
　　三、能耗效果的比较
　　
　　变频调速系统于2005年1月份投入使用，为保证系统的平稳运转及实现预期节约能耗，要求对电机运行中的相关参数进行监测，并做好详细记录。下图为2005年3月12日变频器控制系统运行参数与2004年3月12日 系统未改进前的相关参数对比。
　　
　　从上表中可以看出，加装变频器后电机运行平稳，输出功率降低，全年电力能耗为121.9×24×30×12=1053216Kw,而未改进前的全年电力能耗为2160000Kw,全年节约电力能耗为1106784KW，按照电耗费用0.4元/KW 计算全年可节约费用为44.27136万元，扣除变频器购置费用8.8万元，维护费用节约1.3万元，当年可节约费用36.77136万元。
　　通过近一年的监测，该系统运行平稳，满足工艺要求。