一、概述

高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是上個世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來的一種新型電力傳動調(diào)速技術(shù)，主要用于交流電機的變頻調(diào)速，其技術(shù)和性能遠遠勝過以前采用的調(diào)速方式（如串級調(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)電機節(jié)電方式的首選方案。

江蘇森達沿海熱電有限公司現(xiàn)有三臺循環(huán)流化床鍋爐，三大風(fēng)機采用液力耦合器調(diào)速，三大風(fēng)機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)對正常生產(chǎn)至關(guān)重要，對設(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日我公司擴建一臺4#爐UG-130/5.3-M8采用了北京合康HIVERT-Y06/096高壓變頻器2臺和HIVERT-Y06/048高壓變頻器1臺在公司4#爐安裝調(diào)試，穩(wěn)定運行至今，為國產(chǎn)高壓變頻器贏得了榮譽。

二、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方式（流態(tài)化）運動，離開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)十分強烈，在爐膛內(nèi)的停留時間較長，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程采用爐內(nèi)加石灰石、低溫燃燒，可同時達到脫硫脫硝的目的，具有較好的環(huán)保特性。

燃料由給煤機送入爐膛;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入旋風(fēng)分離器，與煙氣分離;分離出來的顆粒經(jīng)回料閥回到燃燒室繼續(xù)燃燒;分離出來的煙氣則經(jīng)過除塵器除塵后，由引風(fēng)機引入煙囪排出。實際運行中，循環(huán)流化床的燃燒效率可高達97%～99%。

三、技術(shù)方案分析

由于其獨特的燃燒特性，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)濟性，當(dāng)燃料量改變時，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)機壓頭較高，目前調(diào)節(jié)風(fēng)量的主要是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門開啟度或采用變頻調(diào)速技術(shù)控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速。當(dāng)采用調(diào)節(jié)風(fēng)門開啟度的方式進行風(fēng)量控制時，容易出現(xiàn)這樣幾個問題：（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，自動投入率低，難以滿足實際要求;（3）執(zhí)行機構(gòu)易出問題，維修費用高;（4）電機啟動時會產(chǎn)生過電流，影響電機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題，正逐步在循環(huán)流化床機組中得以運用。

由于循環(huán)流化床鍋爐中的一次風(fēng)機、二次風(fēng)機、引風(fēng)機均屬于二次方轉(zhuǎn)矩負載，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)采用高壓變頻器對這些電機進行變頻調(diào)速控制時，僅通過相對小范圍內(nèi)的頻率改變，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，即可實現(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，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速降低時，由于軸功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比的對應(yīng)關(guān)系，電機的軸功率顯著下降，節(jié)能效果明顯。

四、高壓變頻裝置特點

高壓變頻技術(shù)的具體實現(xiàn)有多種方式，國內(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，只適合很小容量的高壓電動機;三電平-多電平方案存在控制復(fù)雜、需要加濾波器等缺點，只有少數(shù)國外廠家采用。電流源存在輸入功率因數(shù)低，維護成本高等缺點。

在實際運行中，性能優(yōu)良的高壓變頻器對電網(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，不會引起電機轉(zhuǎn)矩脈動，對電機沒有特殊要求。由于使用移相技術(shù)和二極管整流，在整個調(diào)速范圍內(nèi)功率因數(shù)達到95%以上，且整機效率≧97%，無需進行功率因數(shù)補償。電壓輸入范圍較大，輸入電壓在-20%～15%，頻率在45Hz～55Hz波動范圍內(nèi)設(shè)備均能正常工作。采用空間矢量PWM控制方式，單元疊波輸出，有效抑制輸出諧波含量，避免輸出共模電壓過大。采用雙電源切換技術(shù)，獨特的供電設(shè)計，特有的過電壓保護技術(shù)，保證高壓變頻器穩(wěn)定、可靠運行。實踐證明采用單元串聯(lián)、直接高-高方式的拓樸結(jié)構(gòu)的高壓變頻器在負載連續(xù)運轉(zhuǎn)要求嚴(yán)格的環(huán)境中應(yīng)用具有獨到的優(yōu)勢。

五、變頻前后耗電情況對比

我公司于2007年12月起開始將高壓變頻器應(yīng)用4#爐UG-130/5.3-M8的三大風(fēng)機（引風(fēng)機，一次風(fēng)機，二次風(fēng)機），目前高壓變頻運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，平均節(jié)電率達到20%以上，取得了顯著的經(jīng)濟效益。以下為我公司安裝高壓變頻前后數(shù)據(jù)對比：

節(jié)能計算：

工頻條件下：4#爐三臺風(fēng)機平均每小時耗電量為：1558.1kWh

變頻條件下：4#爐三臺風(fēng)機平均每小時耗電量為：1185.9kWh

平均每小時的節(jié)電量：1558.1-1185.9=372.2kWh

年節(jié)電量：372.2×6500=2419300kWh（按年運行6500小時計算）

年節(jié)電收益：2419300×0.45=108.8萬元（按每度電0.45元計算）

成本回收時間：4#爐三臺風(fēng)機年節(jié)電收益108.8萬元情況下，具有顯著的經(jīng)濟效益。短期內(nèi)就能回收成本。

除了明顯的節(jié)電效益，采用變頻器還有以下優(yōu)點：（1）高壓變頻器優(yōu)良的軟啟動/停止功能（可以零轉(zhuǎn)速啟動），啟動過程最大電流小于額定電流，大大減小了啟動沖擊電流對電動機合電網(wǎng)的沖擊，有效減少了電機故障，從而大大延長了電機的檢修周期和使用壽命，同時還可有效避免沖擊負荷對電網(wǎng)的不利影響;（2）使用變頻后，原調(diào)節(jié)風(fēng)門全開，大大減少其磨損，延長了風(fēng)門使用壽命，降低檢修維護費用，進一步降低了風(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費用;（4）高壓變頻器特有的平滑調(diào)節(jié)減少了風(fēng)機以及電機的機械磨損，同時降低了軸承、軸瓦的溫度，有效減少了檢修費用，延長了設(shè)備的使用壽命。