脫硫磨機永磁直驅(qū)節(jié)能改造

邵憲饒 邵江琛

（1.國電菏澤發(fā)電有限公司，菏澤 274032；2.新疆大學，烏魯木齊 830049）

國電菏澤發(fā)電有限公司脫硫系統(tǒng)石灰石制漿設(shè)備使用的是濟南重工股份有限公司生產(chǎn)的FGDM2558型潤磨機，此類型磨機在脫硫中使用運行可靠、安全穩(wěn)定、經(jīng)濟高效。驅(qū)動電機為2007年前的產(chǎn)品，設(shè)備運行10年時間，耗能較高，無法適應(yīng)現(xiàn)階段節(jié)能環(huán)保的新標準要求。在各種節(jié)能新型設(shè)備的創(chuàng)新和改造中，永磁驅(qū)動電機直驅(qū)改造被廣泛應(yīng)用到電力行業(yè)，切實可行。脫硫磨機的永磁電機直驅(qū)改造以延長設(shè)備的使用壽命，節(jié)減一級減速設(shè)備，降低能耗，以提高脫硫設(shè)備的安全性和經(jīng)濟性為目的，同時減少檢修工作量和備件費用，以實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的新目標。根據(jù)國家節(jié)能文件的要求和節(jié)能方面的研究和建議，采用永磁電機直驅(qū)+變頻的改造方案，以利于設(shè)備的有效節(jié)能和安全運行。

1 脫硫磨機目前概況

目前，該磨機驅(qū)動采用的驅(qū)動部分為“繞線式異步電機+減速器”的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，工作現(xiàn)場驅(qū)動單元布置情況如圖1所示。

圖1 磨機驅(qū)動單元布置圖

設(shè)備驅(qū)動存在的問題如下。

（1）傳動系統(tǒng)組成較為復雜，由于主電機啟動性能受限（啟動轉(zhuǎn)矩偏小，啟動電流大），磨機正常啟動或設(shè)備檢修維護時須輔機電機進行預啟動，操作繁瑣。

（2）高耗能。所采用的繞線式異步電機為2007年前產(chǎn)品，該電動機功率因數(shù)、效率均較低；減速機單元傳動效率低，一般在86%～90%范圍，整套驅(qū)動系統(tǒng)的傳動效率約80%～83%。

（3）維護保養(yǎng)量極大。繞線式異步電機兩端軸瓦須獨立潤滑，主減速器須獨立潤滑，輔減速箱須定期更換油液，系統(tǒng)驅(qū)動部分配備有1套獨立泵站。

（4）自動化程度低。整套驅(qū)動占地面積很大，不利于維護保養(yǎng)和安全生產(chǎn)。

2 永磁直驅(qū)系統(tǒng)優(yōu)勢[1]

2.1 高效節(jié)能

永磁驅(qū)動系統(tǒng)的傳動效率在93%左右，與傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)相比，效率提高了10%～15%以上。

2.2 起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強

永磁直驅(qū)系統(tǒng)所使用的永磁直驅(qū)電機的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的200%，無需預啟動，且啟動電流小。

2.3 避免電網(wǎng)及機械沖擊

系統(tǒng)運用變頻起動，能實現(xiàn)系統(tǒng)傳動的緩慢勻速起動，起動轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)響應(yīng)快，過載能力強避免了電機起動瞬間的大電流給電網(wǎng)帶來的沖擊，以及轉(zhuǎn)矩波動給傳動系統(tǒng)帶來的機械沖擊，由此降低了系統(tǒng)的電網(wǎng)故障和機械故障。

上述最低能耗的軌跡研究，都是在軌跡周期T=0.35的條件下進行的實驗，但在工業(yè)現(xiàn)場因工作環(huán)境不同，要求的拾放操作周期也不同，因此了解不同軌跡在不同周期的最低能耗情況，對工業(yè)現(xiàn)場的操作更具意義。為計算不同時間周期軌跡的最低能耗軌跡，可以重復4.1節(jié)的步驟，進行實驗驗證。以電機輸入電能為驗證指標，實驗能耗趨勢如圖8所示；以機器人機械能耗為驗證指標，實驗能耗趨勢如圖9所示。

2.4 系統(tǒng)免維護

由于系統(tǒng)不需要減速器、機械軟啟裝置，因此，在實際應(yīng)用中無需更換齒輪油，檢修減速箱，節(jié)約了使用成本，減低了維護工作量，后期維護只需隔3～4個月給電機軸承注油1次。

此外，該系統(tǒng)還具有自動化程度高的特點。

3 永磁同步電動機選型[2]

3.1 永磁同步電動機

根據(jù)設(shè)備選型的計算和驅(qū)動轉(zhuǎn)矩大于運行轉(zhuǎn)矩的選型原則，選擇永磁同步電動機型號為：TYPKK630-10/380kW（6kV）。對于啟動環(huán)節(jié)，依據(jù)相關(guān)設(shè)計標準，現(xiàn)采用的異步電動機啟動轉(zhuǎn)矩最大為額定轉(zhuǎn)矩1.4～1.6倍，能正常啟動球磨機。而此類型永磁電機的啟動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩2倍，可以滿足球磨機需求。

3.2 電機的參數(shù)配置說明和特點

3.2.1 參數(shù)說明

永磁同步電動機基本性能參數(shù)如表1所示。

3.2.2 永磁電機配置特點

電機定子測溫要求：帶繞組測溫。定子繞組預埋了2組PT100，1組PTC155，用于檢測各部位溫度，另配備2套軸承測溫元件。

定子線圈采用杜邦耐電暈扁銅線繞制，繞組端部線圈間墊適性材料，并采用VPI真空浸漆，以保證電動機具備良好的防塵、防潮功能。

電動機軸承要求：采用滾動軸承，軸承采用SKF進口軸承，軸端密封采用骨架密封。永磁材料采用高磁能級和高內(nèi)稟矯頑力的燒結(jié)釹鐵硼，牌號N38UH，耐溫180℃，失重特性滿足HAST標準要求，每年退磁率不高于0.1%。

永磁電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)均采用了內(nèi)嵌式架構(gòu)設(shè)計，永磁體不直接面對氣隙，永磁體受到的去磁磁場小，可以有效防止離心力、腐蝕以及其他過程中可能出現(xiàn)的對永磁體的損害。

電機安裝連接方式：永磁同步電動機，采用蛇形彈簧聯(lián)軸器與磨機小齒輪軸直接相連，型號JS21，電機軸與半聯(lián)軸器采用雙鍵連接。小齒軸連接選用原連接方式，從動端孔徑尺寸根據(jù)小齒輪軸確定（見圖2）。將現(xiàn)有電動機、減速箱水泥平臺拆除，重新澆筑水泥臺，澆灌地基高度加電動機+基座的總高度與磨機小齒輪的中心高度相同。

表1 永磁同步電動機基本性能參數(shù)

圖2 設(shè)備安裝連接方式

4 變頻器選型

根據(jù)現(xiàn)場情況和配套電機的運行特點選型ATV1200C變頻器。ATV1200C變頻器參數(shù)如表2所示。

表2 ATV1200C變頻器參數(shù)

ATV1200C變頻器的特點如下：（1）采用多重化PWM方式控制，輸出電壓波形接近正弦波；（2）整流電路的多重化，脈沖數(shù)多達36，功率因數(shù)高，輸入諧波?。唬?）模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，維護方便，增強了產(chǎn)品的互換性；（4）直接高壓輸出，無需輸出變壓器；（5）極低的dv/dt輸出，無需任何形式的濾波器；（6）采用光纖通訊技術(shù)，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力和可靠性；（7）功率單元自動旁通電路，能夠?qū)崿F(xiàn)故障不停機功能。

5 節(jié)能效益分析

傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)與永磁直驅(qū)系統(tǒng)的能耗和各種費用對比如表3所示。

表3 傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)與永磁直驅(qū)系統(tǒng)的能耗和各種費用對比表

6 結(jié)語

磨機永磁直驅(qū)改造是綠色技術(shù)創(chuàng)新體系的一部分，是節(jié)能環(huán)保、清潔生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)一個閃光點，解決了脫硫磨機運行傳動設(shè)備長期存在的設(shè)備傳動效率低、故障率高、運維成本高等難題和現(xiàn)有設(shè)備維護量大的缺陷，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。永磁電機直驅(qū)系統(tǒng)用變頻調(diào)速，高效、集成、可靠，工況適應(yīng)能力強，遇到突發(fā)事件，增加了速度調(diào)節(jié)以快速適應(yīng)系統(tǒng)工作環(huán)境，系統(tǒng)反應(yīng)速度更快。同時，永磁電動機直接驅(qū)動設(shè)備，去掉了高故障率的減速機，精簡了輔傳裝置、水電阻柜和冷卻風機、潤滑站等輔助系統(tǒng)，使系統(tǒng)傳動鏈短、傳動效率高、可靠性提高、維護成本低。同時，提高了脫硫制漿設(shè)備運行的安全性，保證了脫硫設(shè)備系統(tǒng)高效、經(jīng)濟地運行。