摘 要：原高溫風機的風壓控制由液力耦合器調節，改用高壓變頻器調節后，消除了機械、液壓較高故障的缺陷，運轉率提高，維護費用降低；電動機運行振動及噪聲明顯下降；電動機不需長期高速運行，節電效果顯著，節電率在20％以上。
關鍵詞：高溫風機；高壓變頻器；節電
0 引言
　　高壓交流變頻調速技術是20世紀90年代迅速發展起來的一種新型電力傳動調速技術，主要用于交流電機的變頻調速，其技術和性能遠遠勝過以前采用的調速方式（如串級調速、液力耦合器調速、轉子水阻調速等）。高壓變頻器以其顯著的節能效益、較高的調速精度、較寬的調速范圍、完善的保護功能、方便的通訊功能，得到了廣大用戶的認可，現在已經成為企業電機節能方式的首選方案。但在2000年前后，由于當時高壓變頻器是洋品牌占壟斷地位，且大都價格不菲，所以水泥企業采用高壓變頻器的用戶并不多。隨著國產高壓變頻調速技術的成熟，從2005年起，山水集團在所有新建生產線的大功率風機類設備全部采用高壓變頻器的同時，對原有生產線的大功率風機類設備，也全部實施了高壓變頻器改造，共有近百臺之多，取得了良好的經濟效益和社會效益。
　　在改造過程中，其中的高溫風機功率大，節電效果顯著，但工藝、設備狀況相對復雜一些，進行高壓變頻技術改造時，在技術方案的確定、設備選型、安裝調試等方面，我們都有一些成功的經驗，在此作一介紹，以供同行參考。
1變頻節能的技術原理
　　建設初期，在對通風機的應用設計中，風機的功率是根據最大需求量來選擇的，存在較大的富裕量。實際生產中，所需的風量是不可能長久處于最大狀態的，要經常變化，這樣就存在“大馬拉小車”的情況，需要進行調節，而調節的方式通常都是通過調節管道上擋板與閥門的開度來實現的。
　　對離心式風機而言，流體力學有以下原理：輸出風量Q與轉速n成正比；輸出壓力H與轉速n的平方正比：輸出軸功率P與轉速，z的立方正比；即：
　　Q1/Q2=n1/n2 （1）
　　H1/H2= （n1/n2）2 （2）
　　P1/P2 = （n1/n2）3 （3）
　　當風機風量需要改變時，如采用調節風門開度的方式，則會使大量電能白白消耗在閥門阻力上。如采用變頻調速調節風量，可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調速時，當風機低于額定轉速時，理論節電為：
　　E=〔1-（n′／n）3〕×P×T（kWh） （4）
式中： n-額定轉速；
n′ -實際轉速；
P-額定轉速時電機功率；
T-工作時間。
　　可見，如果通過變頻對風機進行改造，調節風量改為通過調節速度來實現，具有較大的節能潛力。以上公式為變頻節能提供了充分的理論依據。
2 工況簡介
　　回轉窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，均化好的生料預熱后由窯尾進入到窯中，借助窯的轉動來促進料在旋窯內攪拌，使料互相混合、接觸進行反應，物料依靠窯簡體的斜度及窯的轉動在窯內向前運動，同時需要合適的氣壓及溫度，才能使煤粉有一定的懸浮時間進行充分的燃燒，生料才能在窯內得到很好的煅燒，形成高質量的熟料產品。窯內因物料的堆積變化很大，所以瞬時氣壓變化頻繁。窯尾高溫風機一方面用來調整窯內氣壓，另一方面將回轉窯內煅燒時產生的廢氣（含塵）引出，進入收塵器將灰塵進行處理后，再將廢氣排到大氣中。我集團的山東水泥廠目前有兩條新型干法生產線，日產量分別為1700t、2300t，并擁有一臺7．5MW中、低溫余熱發電機組，高溫風機電機配置為6kV、1250kW。在高溫風機的電機與風機之間，配有液力耦合器對風機進行調速，整個工藝過程主要是通過DCS的控制來調節液力耦合器的速度，從而調整風機的風量，達到控制窯內負壓。在生產中依靠風機擋板進行風量調節。
　　液力耦合器是通過控制工作腔內工作油液的動量矩變化，來傳遞電動機能量并改變輸出轉速的，電動機通過液力耦合器的輸入軸拖動其主動工作輪，對工作油進行加速，被加速的工作油再帶動液力耦合器的從動工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負載，這樣，可以通過控制工作腔內參與能量傳遞的工作油多少來控制輸出軸的力矩，達到控制負載的轉速的目地。因此液力耦合器也可以實現負載轉速無級調節。但由于液力耦合器在調節過程中產生的轉差功率損耗、容積損耗、機械損耗高達10％以上，所產生的熱量需要油泵及冷卻水等輔助運行，故障率較高，特別是在夏季因耦合器產生熱量較大，需要加入四組冷油器，用循環水強降溫，水消耗量大，資源浪費嚴重。
3 高溫風機變頻改造方案
　　經過對原系統進行統計，在生產過程中，風機擋板開度大都在80％左右，根據公式（4）可見，節電空間較大，我們決定對原系統進行變頻改造，將風壓控制由原來的液力耦合器調節改為變頻器調節：取消原液力耦合器，將電機與液力耦合器之間用一連接軸取代液力耦合器連通，而由變頻器對電機本身進行調速，最后達到調整窯尾預熱器（高溫風機人口）的壓力為工況要求值；變頻器設備接人風機側高壓開關和擬改造電機之間，變頻器控制接入原有的DCS系統。電機、高壓斷路仍采用原有設備。為了充分保證系統的可靠性，變頻器加裝了工頻旁路裝置，保留了原有管道上的擋板（閥門）。這樣，當變頻器發生故障時，可將電機切換至工頻狀態下運行，仍舊利用風門進行風量調節。
　　根據負載參數及運行工況，我們為高溫風機配置了HIVERT系列高壓變頻器，其主要參數為：變頻器型號HIVERT-Y06／173，隔離變壓器容量1 800kVA，旁路開關柜容量400A。
4 改造過程
　　為了安裝變頻器，必須重新設計變頻器專用房。根據現場環境，我們選擇在高壓配電室旁另建一變頻器專用房，此地方距高壓室較近，動力電纜敷設方便。
　　由于現場灰塵較大，而變頻器為強迫風冷，設備內空氣流通量較大，為保障變頻器盡量少受外界灰塵的影響，在房間通風設計上，設計了兩扇大面積專用進風窗，房間不另設其它窗口，基本上是密閉設計。通風窗采用專用過濾棉濾網，這樣使進入變頻器室內的空氣經過通風窗濾灰，進入變頻器室內的灰塵大大減小。
　　由于本變頻器功率較大，為保證足夠的通風冷卻效果，在變壓器柜頂和功率柜頂分別獨立安裝了一整體風罩，與各自的出風口連成整體，形成所謂的“風道”，保證變頻器整體冷卻通風要求，即使在夏季高溫季節也不需要開空調進行降溫。
　　為減小安裝成本，動力電纜保留了原高壓柜至電機的電纜，將電纜原接線由高壓柜牽至變頻器，再重新由高壓柜到變頻器敷設一根動力電纜，由于變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長度較短。
　　變頻改造后，由于需要取消原液力耦合器，我們按照液力耦合器的連接尺寸設計制作了一套直接連接軸來代替之。連接軸的基座安裝尺寸、軸連接中心尺寸、軸徑尺寸、軸與電機及風機側的連接靠背輪均與原液力耦合器一致。安裝時，僅需將原液力耦合器拆除，將連接軸代替液力耦合器，現場僅作少量調整即可達到安裝要求，而不用對風機及電機作任何調整，安裝方便快捷。
　　安裝高壓變頻器，原繞線電機對滑環進行短接，廢除原水阻啟動器，每年對碳刷及水阻啟動器和電機的維護減少，綜合成本大幅度下降，且高壓變頻器啟動時間任意可調，實現平滑啟動，對設備運行起到良好的保護。
5 變頻改造效果
　　我公司于2006年開始將高壓變頻器應用于窯頭引風機、高溫風機、生料磨循環風機等大功率風機電機上，平均節電20％以上，取得了顯著的經濟效益。表1為兩高溫風機安裝高壓變頻器前后的數據對比。

6 結束語
　　我們對水泥熟料生產線高溫風機等大功率風機進 行高壓變頻技改，在技術方案的制訂、設備選型、安 裝調試等方面，有以下幾點經驗和體會：
　?。?）制定方案前，要充分了解生產工藝和操作過 程，了解風量、風壓的調節方式，做好改造前各種工 藝參數（臺時、風量、風壓等）、設備參數（閥門開 度、運行電流等）的統計工作，為節能效果的估算、技術方案的制訂提供基礎數據。
　?。?）了解運行負荷狀況和特點，確定變頻器的選 型。對于水泥熟料線的高溫風機等設備，建議變頻器 選用電壓源型、高一高結構，可免除輸出升壓變壓 器；對于容量選擇，可適當放大一級。
　?。?）由于水泥行業的粉塵相對而言較大，通風窗專用過濾棉濾網需要經常清理，所以建議變頻器的冷卻方式采用風一水冷方式，這樣可大大減少室內與室外的空氣流通，既可保證室內空氣的潔凈，又可保證變頻器所需的運行溫度。
　　4）實踐證明，變頻器需要工頻旁路運行的機會很少，完全可以去掉旁路裝置，節省電力室空間，減少投資，從而可進一步去掉管道內的閥門支架，減小管道阻力。
　?。?）采用變頻器后，系統穩定可靠，取消了液力耦合器調速，消除了機械、液壓較高故障率的缺陷，運轉率提高、維護費用降低；電動機運行振動及噪聲明顯下降；電動機不需長期高速運行，工作電流大幅度下降，節電效果顯著。