高压变频装置在热电厂引风机上的发展分析

　关键词：高压变频调速系统 引风机 节能降耗
　　一、引言
　　中国铝业广西分公司热电厂三期3台锅炉（6#、7#、8#炉）引风机共有6台，每台炉2台，电机容量为：900kw，目前均采用工频运行。通常情况下引风机根据生产需要要对风机的压力、流量、风量等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。目前最常用的控制手段是调节风门、挡板开度、阀门开度的大小来调整受控对象。这样，不论生产的需求大小，设备都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗。从而导致生产成本增加，设备使用寿命缩短，设备维护、维修费用高居不下。且目前引风机用异步电动机直接驱动运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命，且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备的现象。因此，对引风机进行节能改造十分必要。就目前的技术而言，采用高压变频技术已十分成熟、可靠，因此改造可行。
　　二、效益计算
　　三期引风机的参数如下：
　　引风机型号：LH-BR260SW 电机型号：YFKSS60—6 电机额定功率：900KW
　　额定电压：10KV 额定电流：62.9A 转 速：980 r/min 功率因数：0.87
　　实际电流：42A 阀门开度值：72% 现运行负压：-4536Pa
　　引风机长期在额定转速下运行。所以，根据运行电流可求出电动机工频运行时，实际消耗的有功功率为：
　　P1 = 1.732 I2 U2 cosφ= 1.732×42×10.5×0.87= 664.5（KW）
　　P1——实际运行轴功率
　　U——工作电压
　　I——实际电流
　　cosφ——功率因素
　　安装变频器后，将风门开度调整为100%。风机原先调节方式为通过调节入口风门开度的方式，现改为调节风机的电机运行频率，改变电机的速度来达到调节的目的。
　　根据流量、压力、轴功率与其转速的关系：流量与转速成正比、压力与转速的平方成正比、轴功率与转速的立方成正比。公式如下：
　　Q2/Q1 = n2/n1
　　H2/H1 = （n2/n1）2
　　P2/P1 = （n2/n1）3
　　节电率计算：
　　现阀门开度值为70.5%，根据风机特性，风机实际风量为额定风量的80%左右， 以此作为节能计算标准。
　　安装变频器后
　　根据风量与转速成正比的关系，变频全速运行时对应额定转速，根据流体学原理P2 = P1×（n2 /n1）3可以求出低速下单台引风机实际消耗的有功功率：
　　P2 = Pe ×（n2 /n1）3 = Pe ×（Q2/Q1）3 =900×（21.5/27.4）3=900×0.483=435（KW）
　　变频时单台合计消耗电能：
　　P3 = P2 /（λ1λ2λ3）=435 /（0.95*0.95*0.95）=507KW
　　λ1为变频效率，取0.95
　　λ2电机效率，取0.95
　　λ3风机效率，取0.95
　　单台变频器理论节电率：
　　η理论=（ P1-P3 ）/ P1=（664.5-507）/664.5 =23.7 %
　　三、锅炉引风机高压变频调速系统特点
　　风机调速是由电厂操作人员通过DCS系统的CRT上的模拟操作器，参照烟气温度、锅炉蒸汽温度、负压等参数，对DCS的输出值进行调节，此输出值为反馈给变频器的4～20mA标准信号，对应不同的频率（速度）给定值，变频器通过比较转速输出量与DCS速度给定之间的大小，自动调节电机的转速，实现风机转速控制，从而达到调节的目的。
　　在此基础上，经过一段时间的积累，可将不同负荷和温度下的给定值绘制成曲线，定出安全的上下限，制成风机调速专用算法，同时利用热工一次测量元件，将采集的负荷和温度参数及负压的变化值送到机组DCS系统中，在机组DCS系统中，进行控制运算，将计算结果形成4～20mA的速度给定指令信号，反馈给变频器，变频器通过比较转速输出量与DCS速度给定之间的大小，自动调节电机的转速，实现风机的转速自动控制。
　　锅炉引风机变频系统具有如下特点：锅炉引风机变频系统，既可以变频调速运行，也可以直接投工频运行；为变频器提供的交流220V控制电源掉电时，由于变频器的控制电源和主电源没有相位及同步要求，变频器可以使用UPS和直流供电继续运行，不会停机；在现场DCS速度给定信号掉线时，变频器提供报警的同时，可按原转速继续运行，维持机组的工况不变；变频器配置单元旁路功能，在局部故障时，变频器可将故障单元旁路，降额继续运行，减少突然停机造成的损失；保留原电机继续使用，不改变原有风机设备任何基础；和电厂的DCS系统实现无缝连接。
　　四、总结
　　对锅炉引风机采用变频调速后，具有节能降耗，调节特性好，能更好地满足生产要求。对原有系统改造工作量小。 锅炉运行中，根据用汽量的大小，可以对锅炉引风机都实现手动变频调速控制，结合对炉排的调整，保证煤的充分燃烧，既能保证锅炉处于良好的运行状态，又能避免冒黑烟现象，达到环保的要求。对锅炉风机电机采用变频调速，对原有设备无需改动，只对控制回路做些改造，投资较小，投资回报快，有推广价值。一台锅炉在选用与其配套的风机容量时，均是按锅炉的最大蒸发量予以考虑，且留有 20%风压和20%流量的裕量。这就是说，即使锅炉全载运行，其风门开度也不会是100%，最多仅能达到80%左右，在降低同样风量的条件下，采用变频调速调节风量时可大大降低电机的输入功率。而在采用挡板调节风量时电机的输入功率几乎没有什么变化。从实际运行报表可看出，当需要的风量减少到 70%时，变频调带电机的输入功率减少了几乎一半。此外，风机在选用其配套电动机时，也留有一定裕量。因而在锅炉的正常运行中，其电动机总是处于不全载情况下运行。上面两种情况，使得采用变频调速调节流量要节约更多的电能。自引风机安装变器频之后不久，送风机也安装变器频，从2003年到现在加装变频器以来，其节电平均在30%以上，节电效果显著，大约一年左右收回投资，还可以延长电动机寿命，减少事故地发生率。
　　参考文献：
　　[1]佟纯厚，近代变器调速技术 冶金工业出版社
　　[2]算启华，泵与风机的变速运行 水利电力出版社