变频器在热电厂锅炉节能技改中的应用

摘 要 随着我国实行新的能源政策，发电企业采取种种措施节能降耗，利用变频器调速以其可观的节能效果而被广泛推广使用。本文从变频器的特点、现场改造方案、设备选型、运行效果等方面，介绍了变频器调速在热电厂锅炉节能技改中的应用。

关键词 热电厂；变频器；变频调节；节能改造

中图分类号TM621 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0121-02

0 概述

热电厂锅炉引风机、送风机是锅炉助燃的主要部分，将锅炉燃烧产生的高温烟气经过静电除尘器、脱硫装置、烟囱排出。在锅炉燃烧负荷变化时，为保证炉堂负压、烟气氧量及相应汽温、汽压，需要及时的调整引风量，送风量。原来锅炉引风量、送风量采用调整引风机、送风机档板来调节，那样会形成档板两侧风压差，造成节流损失。引风机、送风机在设计选型时要考虑留有各种裕量，选型结果普遍偏大，采用挡板节流调节，能量损失很大，特别是在机组低负荷运行时，其入口调节挡板开度很小，引风机、送风机所消耗的电功率大部分将被风门节流而消耗掉。同时风机档板执行机构为大力矩电动执行机构，故障较多。由于热电厂对外供热流量的波动性，白天和晚上供热流量相差很大，同时供电部门要求峰谷比例发电，这对锅炉流量的调节更为频繁，白天锅炉满负荷运行，晚上要减到最小流量，这就引起节能改造破在眉睫。随着热电厂DCS控制的普及，变频调速在热电厂的应用已相当普遍。

1 变频器调速系统介绍

调速是指在一定负载下，根据生产机械的需要，人为的改变电动机的转速，电动机转速性能的好坏，往往影响到生产机械的工作效率。特别是现在我国能源紧缺的情况下，利用科学技术提高能源利用效率，变频器调速在实际生产中得到了广泛的利用。异步电动机的转速为：

n = （1-s）·（ 60f/p）

式中 ：n-电动机转速rpm；

p-磁极对数、改变它只能有限的有级调速；

s-转差率，改变它只适用于绕线转子异步电机；

f-电源频率HZ；

交流电动机的调速可以通过改变极对数、控制电源频率以及通过改变某些参数如定子电压、转子电压等使电机转差率发生变化等几种方式来实现，其中变频调速适用于异步电动机，也适用于同步机，是一种高效率的交流调速方案，改变电源频率f可以得到平滑而且范围较广的调速。

变频器是通过改变频率来控制电机速度。其特点为1）变频器可实现无极调速、启动平稳；2）变频器速度平稳上升，停止平稳，速度平滑下降，没有冲击 ；3）变频器它具备多种信号输入输出端口，接收和输出模拟信号、数字信号，电流、电压信号。

2 热电厂辅机引风机、送风机的功能及现状

热电厂送风机是往锅炉送进一定的风量，提供燃烧所需的氧量，同时与引风机配合形成炉膛负压保证安全性。运行中需根据燃料特性，调节各风门的档板，以控制炉膛负压，同时要保持烟气中的氧量在4%～6%（控制燃烧程度）。负荷降低要关小送风机的出口风门档板，同时也要关小引风机的风门档板，负荷升高则相反，这就引起节能改造破在眉睫，节能的效果也将会非常明显。

3 变频器的节能技术改造方案

由于变频器的普及及节能改造的要求，引进变频器对电动机实现无级调速代替原来利用风门调节，实现既节能又满足无级调节的要求。同时热电厂实施了DCS系统控制，与变频器一起调节将非常方便。另外，添加了变频器调速和原来的档板调节也可同时使用，调节的精度又提高了。

安装变频调速后，能源利用效率将大大提高，同时减少了转差损耗，扩大了调速范围，调速精度进一步等到提高，而且可以实现调速的平稳性、达到无波动，加上DCS控制系统，可以闭环控制。原来使用的鼠笼式电动机也不要更换，完全可以满足条件，所以这项技术改造不要更换其他旧设备，利用原来电动机，既节约了投入，也更好的利用现有设备。

3.1 变频器如何选择

以型号为Y4-103-12NO18D的风机，配有Y335L1—6型电动机为例，白天负载在80%，晚上在50%左右，负载电流在265A～425A之间。选择变频器额定电流为470A，容量在350kw。同时校验变频器启动电流和过载电流，满足要求 。一般只要符合带动机械要求的情况下，变频器容量越选的小越经济。

热电厂锅炉的送、引风机负载是连续运行制，电动机留有一定裕量，且一般转速是往下调，送、引风机启动时具有低频率、低电压、小启动电流的特征，而变频调速的任务由变频器来完成，所以参考电动机实际运行时的最大电流，适当放大即可确定变频器的额定电流。

3.2 变频器改造现行系统的可行性分析

改造后新系统的安全与经济效益分析，新系统与热电厂要求送、引风机平稳调节进出风量及节能降耗的指标完全满足，加装变频器后调节更稳定了，节能效果明显。该任务的人员配备，质量方面情况由于该热电厂现有五台锅炉，在每年7、8、9三个月只有三台锅炉运行，这给实施改造创造了可能，有充足的时间，能保质保量完成改造任务。技术上的关键向题及难点一方面可以参照其他同类企业改造的经验，另一方面可依托变频器厂家的技术优势和经验，实施应无大碍。同时现行DCS的系统软硬件方面都能与改造的变频系统匹配，能实现自动控制。

3.3 变频器投入运行后的情况分析

经过运行实践表明，送引风机变频调速系统调节范围宽，灵敏度高，电气控制回路简单、可靠，具有欠压、过压及电机过流自动保护功能，变频调速功率因素高，效率高，节电显著。同时可与DCS系统组成自动调节功能，当锅炉炉膛负压波动、炉膛负压降低时与给定负压值偏差值增大，通过PID调节增大输出值，使电机转速加快引风量上升，负压就上去了，反之，亦然。

4 节能分析

热电厂的送风机、引风机负载类型为风机类，它的转矩正比于转速的二次方，也即转速下降到原来的90%，转矩是原转矩的81%。而功率是正比于转速的三次方。各种风机属于典型的流体类负载。流体类负载通过变频器调速来调节风量流量，可以大幅度节约电能。原来设计风机的额定风量时都考虑了裕量，结果实际风量往往大大高于需要的风量，同时随着生产负荷的波动，风量会根据实际调节，调节风量的传统方式是用风门档板来实现，这种节流调节会造成电能的大大浪费，引进变频调速可以让这项损耗减少。

当实际风量要减少时，可利用变频的控制装置来实现转速的下降，从而降低风量，此时电动机实际输入功率也同时减少。例：当风量减到额定的70%，即转速通过变频器调节到额定转速的70%，其实际轴功率是额定功率的34%；如果实际风量下降为额定风量的50%，此时轴功率是额定功率的12.5%，可见其节能效果十分显著，因此在实际应用中风量调节（一般往下调）幅度较大的风机，可以由风门调节改为用变频来调节，这是最佳节能方式。

对于风机类设备采用变频调速后的节能效果，通常采用以下两种方式进行计算：

例：100t锅炉的引风机电机功率为350kw，实际工况以年运行时间7500小时计，4500小时风机运行在88%的负荷，原运行功率为300kw；3000小时风机带60%的负荷，原运行功率为280kw；可根据变频器调速实现的节能量扣除档板调节减少负荷引起的功率下降节能量，计算出实际投运变频器后的节能量。

则利用变频调速时每年的节电量为：

W1=350×4500×[1-（44/50）3]=501681kwh

W2=350×3000×[1-（30/50）3] =823200kwh

Wb = W1+W2=501681+823200=1324881kwh

减小挡板开度时的节电量为：

W1=（350-300）×4500=225000kwh

W2=（350-280）×3000=210000kwh

Wd=W1+W2=225000+210000=435000kwh

相比较节电量为：

W=Wb-Wd=1324881-435000=889881kwh， 折算到标准煤量为109tce。

每度电按0.45元计算，则引风机采用变频调速每年可节约电费40万元。引风机变频器投资38万计，一年不到既可收回投资。 同样送风机利用变频调速也可大大节约电量。

同时也可根据实际情况，热电厂的送、引风机功率较大，每台电动机装有电度表，另外每台锅炉装有流量表，把锅炉每吨蒸汽送、引风机所用的耗电量作为技术经济指标统计。因此也可以用统计法来比较变频技术应用前、后的单位流量耗电值的变化情况，并计算出节电量和节电率，用这种方法来分析节电效果，既合实际，又较精确，也不难做到。根据实际运行一个月统计数据，利用变频器后节电率可达到30%左右。

总之，在现阶段变频器在热电厂锅炉送、引风机中的应用，节能效果非常显著，值得在同行业推广。

参考文献

[1]应崇实.主编，电机及拖动基础.机械工业出版社，1986，12.

[2]许大中.贺益康编著，电机控制.浙江大学出版社，2002，1.

[3]李方园.变频节能技术在风机、泵等通用机械中的应用.通用机械，2008，6.