前 言
　　由于世界能源紧缺，煤、电、油等能源价格不断攀升，能耗高已严重制约企业的生存和可持续发展。近几年变频调速的优越性和节能效果已在低压变频器的运用中得到充分体现，同时高压变频技术的日趋成熟，并逐步在冶金、化工、电力、建材等众多行业中得到了推广和应用。我公司作为贵州省清洁生产的试点企业，节能降耗势在必行。公司各部门根据各自在操作、运行维护、设备可靠性、控制、节能和管理等方面对公司工艺控制复杂、设备维护量大、故障率高;电气控制复杂、耗电量较高、有较高的节能空间的设备进行了调研和可行性分析，确定将2号窑尾高温风机（1250kW/6kV）高压电机作为第一批变频节能改造设备。
    一、高温风机变频改造的可行性分析
　　1、高温风机的运行现状：
　　公司2号窑高温风机电机为1250kW/6kV高压电机。该设备原设计采用襄樊大力工业控制有限责任公司生产的液体电阻起动调速器进行调速（即水电阻调速），在应用水电阻调速控制的过程中，存在以下几个方面的问题：
　　1） 转子部分仍带有集电环、碳刷等配件，在运行过程中需对这些配件进行更换或处理，运行维护量大。
　　2） 转子部分未能完全切除，在转子部分有约160V左右的电压和380A左右的电流，导致大量的电能无功的消耗在水电阻上。
　　3） 由于大量的电能消耗在水电阻上而使水电阻温度不断升高，为给水电阻进行冷却，需大量的自来水供给，造成大量的水资源浪费。
　　4） 为给水电阻进行冷却，在水电阻外部使用了一台5.5kW和一台1.5kW的电机进行电解液和自来水的循环。
　　5） 在夏季或厂区供水压力低的情况下，常因高温风机调速柜内水电阻水温过高（高于60℃时）而切除水电阻，电机全速运行，从而导致风机转速失控，影响生产。
　　2、节能计算：
　　根据电机转速与频率和极数的关系，即n=60f（1-s）/p,
　　式中
　　n表示电机转速
　　f表示输入频率
　　s表示电机转差率
　　p表示电机磁极对数
　　可知，要改变电机的转速，可以通过改变电机极数和转差率，以及频率来实现。变频调速就是采用变频调速器直接通过改变频率来改变电动机的转速的。
　　由流体力学知道，风机的流体流量（Q）与转速（n）的一次方成正比，风机的压力（H）与转速（n）的二次方成正比，风机的功率（P）正比于风机的流量（Q）与压力（H）的乘积，即风机的功率（P）与转速（n）的三次方成正比。与转速三次方成正比。即
　　流量Q∝转速n
　　压力H∝转速n2
　　功率P∝流量Q*压力H∝转速n3
　　高温风机电机参数：
　　功率PN：1250kW,
　　额定电压：6kV,
　　额定电流：139.5A,
　　额定转速：1487r/min,
　　功率因数：0.896;
　　高温风机运行参数：
　　运行电流：110A,
　　风门开度：90%,
　　电机转速：1300 r/min。
　　工频运行时的轴功率消耗：
　　P1=1.732*U*I*COSφ=1.732*6000*110*0.896 =1024kW,
　　保守估算变频改造后的轴功率消耗：
　　假设改造后仍需1300r/min的转速，电机在额定转速下的功率消耗为1250kW。
　　由 式PN/P2=（nN/n2）3
　　得 P2=PN（n2/nN）3=1250*（1300/1487）3=827kW
　　变频改造后一小时的节电量
　　△P=（P1-P2）=1024-827=197kW
　　变频改造后的节电率：
　　N=（197/1024）×100%=19.2%，
　　年节约电费（按80%的运转率、单位电价为0.42元/kWh）计算：
　　年运行时间为365*24*80%=7008小时
　　年节约电量为197*7008=1380576KWh=138万度
　　年节约电费为：1380576*0.42=552230=57.98万元
　　3、改造后预计效果：
　　根据以上节能计算，很明显，当采用变频调速控制后，据保守估算，节电率约为15%，除以上明显的节能外，使用变频调速还具有如下优点：
　　1） 优良的调速性能，完全可以满足于生产工艺要求。
　　2） 甩开了转子部分的集电环、碳刷等配件，大大降低了运行中的维护量且运行可靠。
　　3） 没有了自来水的冷却这个环节，节约了水资源。以目前水电阻的水消耗来看，一天大约可节约30T左右用水。按80%的运转率（365*80%=292天），0.8元的单位水价计算，一年可节约水费：30*292*0.8=7008元。
　　4） 采用变频调速控制后，减少了以前用于外部循环的5.5kW和1.5kW（共7kW）的电机消耗。按70%的负载率（5kW），仍按80%的运转率（7000h）、0.40元的单位电价计算，一年可节约电费：5*7000*0.42=14700元。
　　5）实现了空载软启动，启动峰值电流和时间大大减少，避免了因大电流造成电机的绝缘老化及由于大力矩造成的机械冲击对电机寿命的影响，减少电机的维护工作量。
　　6）避免了大力矩造成的机械冲击，减少了机械的磨损，延长风机叶轮的使用寿命，降低了维护费用。
　　7） 系统安全、可靠，控制方便、灵活，自动化水平高。
　　因此，对2号窑尾高温风机进行高压变频节能改造是可行的。
　　二、高温风机高压 变频改造的选择
　　我公司与北京合康亿盛科技有限公司在2007年8月15日签署了一台1250kW/6kV的高压变频器购销合同，选用了一套该公司自主研发和生产的HIVERT-06/154 P变频器，用于公司2号窑高温风机的改造。变频器为电压源型，直接“高—高”方式，6kV电压直接输入，6kV电压直接输出，单元串联PWM叠波输出，每相5单元。功率单元和控制系统之间采用光纤通讯，实现强弱电的完全电气隔离，提高了整个系统的抗干扰能力。
　　变频器及其工频旁路开关由变频器整体配套提供，主要元器件均采用国际知名厂家产品，所有重要零部件均经过严格筛选和100%测试，整机进行空载高压负载试验。考虑到变频器因故障退出运行后不影响生产，确保系统正常工作，系统旁路选用手动旁路柜，当变频器发生重大故障无法运行时，变频器将立刻分断高压输入，并给出故障报警，此时可以通过手动旁路柜将电机投入工频电网运行。
　　2007年9月18日设备到货，28日变频器安装就位。10月1日利用2#窑停窑检修的机会，完成了高压柜到变频器的连接，柜内干式变压器与功率单元的连线，变频器与DCS的连接、DCS程序及操作界面和运行曲线的制作。10月4日先后对安全上电联锁、变频器控制柜、空电机、轻载和重载等进行了调试。
　　高压变频器调试正常后，合康公司技术人员还在现场对高压变频器的操作、日常维护以及易出现的故障等作了详细的讲解。
　　三、高温风机高压变频器的运行情况
　　2号窑尾高温风机变频器于10月5日正式投入运行。投运后运行状况稳定良好、故障率极低、运行电流和风机振动值均有下降，完全可以满足于生产工艺控制的要求，具体数据详见下表：

　　四、高温风机高压变频器的节能情况
　　高温风机进行变频节能改造后，不但在运行方面取得良好的效果，作为节能项目，在节能方面，其节能效果非常显著，根据改造后一个月（10月份）的用电量与改造前一个月（1月份）的用电量进行比较，可以看到进行变频节能改造后，高温风机明显的节能效果，具体数据详见下表：
　　高温风机变频改造前后用电量对比表

　　从上表可以看出，改造前的1月份与改造后的10月份，其单月产量差不多（10月份比1月份多产熟量717T），停窑时间都是6天，但1月份的用电量为794060kWH，10月份的用电量为489120kWH，1月份比10月份多用电304940kWH;1月份日平均用电量为25614kWH，10月份日平均用电量为15778kWH，1月份日平均用电量比10月份多9836kWH;1月份（高温风机）平均单位熟料电耗为27.49kWH/T，10月份为16.52kWH/T，1月份（高温风机）平均单耗比10月份多10.97 kWH/T。
　　按以上数据进行计算，则：
　　高温风机日节约电费=0.42元/ kWH*9836KWH=4131.32元
　　高温风机月节约电费=4131.32元*30 =123933元
　　高温风机年节约电费=123933元*12 =1484203.2元
　　高压变频器投资回收期=1395000/1484203=0.94年，即1年就可收回成本。
　　五、小 结
　　目前，水泥行业的竞争非常激烈，但关键还是制造成本的竞争。电动机电耗占成本近30%，拖动风机用的高压电动机在电机中占有很大的比重，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。对高温风机进行高压变频节能改造不管从操作、运行维护，还是节能方面都取得了很好的效果，是成功的。国内高压变频调速器节能技术目前已经比较成熟，是水泥厂节能改造的理想设备，具有很高的推广价值。

　　济钢始建于1958年，是国内十大钢厂之一，是全国最大的中厚板生产出口龙头企业，产品出口比例、中厚板的产量、成本、市场占有率、出口量等多项指标位居全国前列。济钢烧结厂拥有4台烧结机，年产烧结矿580万吨。所有原料、成品都经由皮带运输机传送，在运送过程中会产生大量粉尘，这些粉尘会造成环境污染，根据国家法规，需要除尘处理。

　　济钢烧结厂的配料电除尘器负责对熔剂破碎系统和配料室的熔剂区的扬尘点进行除尘。由于熔剂破碎系统属于间歇工作制，配料除尘系统每天大约有70%的时间粉尘浓度高，需要的除尘风量大，另有30%的时间粉尘相对较少，不需要很大的风量。但是现有的系统采取调节风机入口的风门来进行调节风量，风机电机始终满载运行，这样就造成了不必要的能源浪费。

　　随着市场经济的不断加剧，节能降耗成为企业提高产品市场占有率、竞争力的有效手段之一。而高压大功率变频调速技术的日益成熟，使得该项技术广泛应用于冶金、石油、化工、电力、水泥、给排水、制药、造纸、污水处理等各个行业。济钢烧

　　结厂正是在这种形势下，对配料除尘系统进行高压变频技术研究改造，经多方考察比较，最终选用山东新风光电子科技发展有限公司生产的高压变频调速系统，对配料除尘风机进行调速节能改造。

　　2．设备概况

　　济钢烧结厂配料除尘风机电机为沈阳电机股份有限公司生产的200KW高压异步电机，机组的主要参数如下：

    除尘风机参数

    ,车间房顶通风设备;型号Y4-73

    风量145000m3/h

    风压4000Pa

    电机参数

    电机型号YKK3554-6

    额定功率200KW

    额定电压6000V

    额定电流24A

    额定转速985rpm

    3．高压变频调速系统

    改造采用山东新风光电子科技发展有限公司生产的风光牌JD-BP37-240F功率单元串联多电平高压大功率变频器，以下是对风光牌JD-BP37-240F高压变频器的一些介绍。

    3.1风光牌JD-BP37-240F高压变频器主要性能指标

    变频器功率240KW

    额定输出电流32A

    输入频率50HZ±5HZ

    额定输入电压6KV

    允许电压波动±20%

    输入功率因数≥0.98

    输出频率范围0～50HZ

    输出电压范围0～6KV

    频率分辨率0.01HZ

    加速时间可由用户生产工艺设定

    减速时间可由用户生产工艺设定

    变频器效率≥96%

    过载能力100%连续160%连续1min220%允许1.5S

    防护等级IP20

    3.2JD-BP37-240F高压变频调速器主要技术性能

    3.2.1高??高电压源型变频器，直接6KV输入，直接6KV输出，无须任何输出变压器或滤波器，适配于普通高压电动机，对电机、电缆绝缘无损害。

    3.2.2输入功率因数高，电流谐波小，无须功率因数补偿、谐波抑制装置。

    3.2.3单元电路模块化设计，维护简单，互换性好。

    3.2.4输出阶梯正弦PWM波形。

　　1 前言
 
　　离心风机是电厂的主要辅助设备之一，其耗电量约占
电厂发电量的1.5%～3.0%，由于锅炉排放的烟气或制粉系统气流中含有一定数量的尘粒，因而普遍存在引风机、排粉机磨损问题。其他还有很多场合，使风
机运行在含有固体颗粒的环境中。固体颗粒随着气流进入叶轮,六叶模压风机，会引起磨损、沉积等问题，进而影响机械性能，缩短寿命，甚至引发重大事故。因此，这类叶轮机械
的磨损核沉积是工程界亟待解决的问题。
 
　　据有关部门统计，1990～1992年，我国
100MW及以上机组中，因电站风机故障造成的非计划停运和非计划降低出力造成的电量损失，在机组各类部件中，按等效非计划停运小时占机组总等效非计划停
运小时的百分比大小排列的顺序、大小及平均年损失电量分别是：1990年：(1)200MW机组(统计台数101台)锅炉送风机和引风机分别排列第6位和
第7位，分别占总等效停运小时的5.09%和4.94%；平均每台损失电量8032.89MW?h和7794.61MW?h；(2)300MW机组(统计
台数25台)的锅炉引风机排列第5位，占总等效停运小时的4.17%，平均每台年损失电量8948.6MW?h；(3)600MW机组(统计台数2台)锅
炉引风机排列第10位，占总等效停运小时的3.17%，平均每台损失电量为35052MW?h。1991年和1992年统计的数据与此类似。由这些统计数
据可见，我国大容量电站风机故障所造成的电量损失是很大的。通过对这些风机故障的分析研究表明，其中50%以上都是由于风机的磨损而造成的。

2 离心风机叶轮磨损机理与磨损形式
 
2.1 磨损机理
 
　　磨损现象包含着许多复杂因素，它往往是多重机理综
合作用的结果。尘粒进入叶轮后与壁面相互作用，在离心流道的进口区域和整个轴向流道内，尘粒基本上是在气流的夹带及自身惯性的综合作用下，以非零攻角在碰
撞壁面，然后又反弹进入流道内，这样引起的壁面材料磨损是典型的冲蚀磨损。而在离心流道的出口区域内，尘粒在流道内运动了较长的一段距离，大部分和壁面发
生过多次碰撞，基本上沿着压力表面滑动或滚动，并对着壁面有一定的压力作用，这样造成的背面材料的磨损属于擦伤式尘粒磨损，尘粒在压力面附近区域的集中更
加剧了尘粒磨损的危害程度。
 
2.2 磨损形式
 
2.2.1 磨粒磨损
 
　　凸凹不平的接触表面，因相对运动下的锉削效应或界面间分散的固体颗粒的研磨作用所导致的磨损。它对叶轮磨损的程度影响最大。在风机中固体颗粒以一定的速度与零件表面作相对运动就会引起磨粒磨损。
2.2.2 吸附磨损
 
　　研究表明，在其它条件相同时，即使提高加工表面的加工精度等级和洁净度，使彼此贴合更好，但其磨损并不降低，反而因界面贴近，分子吸附作用显著，加重了界面的磨损，称此为吸附磨损。
 
2.2.3 冲刷磨损
 
　　因固体颗粒对金属表面的冲刷而引起的表面擦伤。
 
2.2.4 疲劳磨损
 
　　由于表面疲劳应力(或温度或冲击)引起表面裂纹或鳞屑脱落所致。
 
　　总之，从损坏的叶轮来看，各种形式的叶轮磨损的情况及部位不尽相同。但磨损形式主要为以上几种且都为局部磨损。磨损的部位主要在叶片的工作面和靠近后盘处。

3 防磨措施
 
　　针对不同的磨损形式，可以将防磨措施分为以下几种。
 
3.1 对叶片表面进行处理
 
　　对叶片表面可以进行渗碳、等离子堆焊、喷涂硬质合金、粘贴陶瓷片处理。
 
　　这些方法的共同优点是增加了叶片表面的硬度，从而
在一定程度上提高了叶片的耐磨性，但各种方法均存在各自的缺点。渗碳工艺难度大，实际渗碳时，渗碳层的部位和厚度要由叶片厚度和磨损情况以及渗碳工艺决
定；堆焊时叶片变形大，而且反复焊接会导致叶面产生裂缝，易产生事故；喷涂时涂层的厚度很难确定好；粘贴陶瓷片的效果比较好，但价格高。