变频器在35T/h循环流化床锅炉风机中的应用分析

摘 要：风机作为热电厂循环流化床锅炉安全运行的重要辅助设备，目前大部分风机风量的调节都采用改变挡板开度的方式，耗费了大量的能源。通过对风机应用变频节能的工作原理，对风机应用变频器进行了直接和间接的经济效益分析，风机应用变频器改造之后节能效果十分明显。

关键词：35T/HCFB锅炉风机；变频器；节能应用

引言

随着近几年我国经济持续高速的发展，能源问题越来越成为各行业发展的掣肘，并且随着能源价格的快速上涨和国内市场的激烈竞争，节能成为许多行业发展面临的主要问题。循环流行化床锅炉技术则是近十几年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧枝术，具有燃料适应性广、燃烧效率高、燃烧污染排放量低等优点。，其耗电量直接决定着电厂厂用电量的多少。目前，大部分热电厂锅炉风机系统中流量的调节常采用改变挡板开度的方式，而挡板这种调节方式则是以增加管网损耗，耗费大量能量源为代价的，因此，不可避免的造成电能的浪费；而且由于设计时，系统是按最大的负载来设计的，在实际运行当中，绝大部分时间系统是不可能运行在满负荷状态下，存在较大的富余，所以就存在较大的节能潜力。采用变频器控制装置，通过改变风机转速，从而改变风机风量适应锅炉运行的需要，它既可以实现风机的无级调速，还可以方便地组成闭环控制系统、实现恒压或恒流量的控制。

1.风机风量调节现状

风机在锅炉运行中主要是用于锅炉的燃烧系统，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度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就是调节挡板开度的大小来调整风机风量。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以挡板的节流损失消耗掉了。且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；并在选用其配套电动机时，也留有一定裕量。这样在生产过程中，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，从而导致生产成本在幅度增加，设备使用寿命严重缩短，设备维护、维修费用高居不下。风机多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点，不仅严重影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现负载损坏的同时电机也被烧毁的现象。而变频器存在着易操作、免维护、控制精度高且可以实现高功能化等优点，因此在风机运行中采用变频器调速，可以节约能源，使系统运行更加合理可靠。

2.风机采用变频调速的节能原理

采用变频器对风机进行控制，属于减少空气动力的节电方法，它和常用的调节风门控制风量的方法比较，具有明显的节电效果。从而下面的风机运行曲线图就可以充分地说明其节电原理。

风机运行曲线图如下：

图中：曲线（1）为风机在恒定转速n1下的风压一风量（H-Q）特性；曲线（2）为管网风阻特性（风门全开）。曲线（4）为变频运行特性（风门全开）。假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。从图中可以看出，风压反而增加，轴功率与面积BH1OQ2成正比。显然，轴功率下降不大。如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（Q-H）特性，如曲线（4）所示。可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3随着显著减少，用面积CH3OQ2表示。节省的功率N=（H1-H3）×Q2，用面积BH1H3C表示。显然，用变频调速的方式节能效果十分明显。

3.变频器在锅炉风机中的应用方案

3.1风机技术性能

我厂目前安装有两台35t/h循环流化床锅炉锅炉，每台锅炉配备有引风机、一次风机、二次风机各一台，且每台风机的技术参数如下：

3.2变频器组成及调速原理

（1）变频器的组成

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。它的主电路都采用交—直—交电路，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

（2）变频器调速原理

从理论上我们可知电机的转速N与供电频率f有以下关系：n=60f（1-s）/p，其中，n是异步电动机的转速；f是异步电动机的频率；s是电动机转差率；p是电动机极对数。由公式可知，转速n与频率f成正比，如果不改变电动机的极数，只要改变频率即可改变电动机的转速，当频率f在0～50HZ的范围内变化时，电动机转速调节范围就会非常宽。变频器调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。

3.3变频器在锅炉风机中的应用方案

根据我厂目前风机的配置状况，对所有风机均采用一对一（即一台变频器配一台电机）的配置方式，且保留原工频系统且与变频系统互为备用，一般情况下的调节方式均为开环调节。风机采用变频器应用方案如下：

（1）风机上装设变频系统；

（2）设置远程控制和就地控制两种方式；

（3）保留原工频系统及其联动方式，且和变频器系统互为备用。

风机采用变频器应用方案示意图如下：

4.变频器在锅炉风机中的应用效益分析

4.1直接经济效益

根据风机类平方转矩负载关系式：P/P0=（n/n0）3计算，式中为P0额定转速n0时的功率；P为转速n时的功率。

（1）200KW引风机

运行工况以24小时连续运行，其中每天11小时运行在90%负荷（频率按46Hz计算，挡板调节时电机功耗按98%计算），13小时运行在50%负荷（频率按20Hz计算，挡板调节时电机功耗按70%计算）；全年运行时间在300天为计算依据。

变频调速时每年的节电量为：

W1=200×11×[1-（46/50）3]×300=146066kW·h，

W2=200×13×[1-（20/50）3]×300=730080kW·h，

Wb=W1+W2=146066+730080=876146kW·h；

风门挡板调节时每年的节电量为：

W1=200×（1-98%）×11×300=13200kW·h，

W2=200×（1-70%）×11×300=234000kW·h，

Wd=W1+W2=13200+23400=247200kW·h；

变频调速与风门挡板调节相比较每年可节省电量为：

W=Wb-Wd=876146-247200=628946kW·h。

（2）160KW一次风机

同引风机计算，采用变频调速比风门挡板调节每年可节省电量503157kW·h。

（3）110KW二次风机

同引风机计算，采用变频调速比风门挡板调节每年可节省电量345920kW·h。

三台风机每年共节省电量1478023kW·h，每度电按0.5元计算，采用变频调速每年可节约电费73.9万元。

4.2间接经济效益

（1）采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，有效地降低了设备的故障率，节电效果显著；

（2）采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿命，避免了对电网的冲击；

（3）电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响；

（4）具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能；

（5）变频具有工/变频切换功能，能够保证生产的连续性。

5.结论

在电厂锅炉风机中进行变频改造，节能效果十分明显，具有很好的直接经济效益和间接经济效益，可以节约大量的厂用电，降低厂用电率。因此，变频调速技术在风机泵类的节能改造上将有很大的推广应用前景。

参考文献：

[1]李芳芹、任建兴，变频技术在电厂泵与风机系统中应用的节能分析【J】，能源工程，2004.

[2]徐国华，10kV高压变频器在75t/h循环流化床锅炉引风机上的应用【J】，自动化博览，2010，01.