熱電廠風(fēng)機(jī)節(jié)能改造方案

鍋爐在選用與其配套的風(fēng)機(jī)容量時(shí)，均是按鍋爐的最大蒸發(fā)量予以考慮，且留有20%風(fēng)壓和20%流量的裕量。這就是說(shuō)，即使鍋爐全載運(yùn)行，其風(fēng)門開度也不會(huì)是100%，最多僅能達(dá)到80%左右，并且鍋爐根據(jù)季節(jié)不同負(fù)荷量也會(huì)相應(yīng)變化。此外，風(fēng)機(jī)在選用其配套電動(dòng)機(jī)時(shí)，也留有一定裕量。因而在鍋爐的正常運(yùn)行中，其電動(dòng)機(jī)總是處于不全載情況下運(yùn)行。因此，對(duì)鍋爐風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中流量的調(diào)節(jié)常采用改變擋板開度的方式，因而在擋板上產(chǎn)生了附加的壓力損失。浪費(fèi)了大量能源。采用變頻調(diào)速技術(shù)改造風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，不僅可以節(jié)約能源，而且使系統(tǒng)運(yùn)行更加合理可靠。

1、變頻器原理介紹

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。低壓變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。通過(guò)變頻器可以自由調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。如圖1為變頻器內(nèi)的控制電路框圖。

圖1 變頻器內(nèi)的控制電路框圖

2、變頻器技術(shù)規(guī)范

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）；通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。通過(guò)流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。如下圖示為壓力H-流量Q曲線特性圖:風(fēng)機(jī)、泵類在管路特性曲線R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時(shí)風(fēng)機(jī)、泵類所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小流量到Q2，實(shí)際上通過(guò)增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)、泵類的工作點(diǎn)移到R2上的B點(diǎn)，壓力增大到H2，這時(shí)風(fēng)機(jī)、泵類所需的功率正比于H2與Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機(jī)、泵類所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡(jiǎn)單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運(yùn)行成本換取簡(jiǎn)單控制方式。

n1-代表電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)的特性；

n2-代表電機(jī)降速運(yùn)行在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的特性；

R1-代表風(fēng)機(jī)、泵類管路阻力最小時(shí)的阻力特性；

R2-代表風(fēng)機(jī)、泵類管路阻力增大到某一數(shù)組時(shí)的阻力特性。

若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，通常采用以下兩種方式進(jìn)行計(jì)算：若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時(shí)變頻調(diào)速后風(fēng)機(jī)所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。

下表為貴公司鍋爐風(fēng)機(jī)的具體運(yùn)行參數(shù)情況：

節(jié)能效果計(jì)算

對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，根據(jù)風(fēng)機(jī)平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載關(guān)系式：P / P0=（n / n0）³計(jì)算（P0額定轉(zhuǎn)速n0時(shí)的功率；P為轉(zhuǎn)速n時(shí)的功率） 。

1#爐一次風(fēng)機(jī)90KW，風(fēng)門開度46.8%，運(yùn)行電流100A，則節(jié)電率為1-（0.468）³-(170-100）/ 170=47%，在除去變頻器本身?yè)p耗節(jié)電率保守值可達(dá)到40%，則年節(jié)約電費(fèi)（風(fēng)機(jī)效率以0.8，每年運(yùn)行7000小時(shí)，電費(fèi)0.445元計(jì)算）90*40%*0.8*7000*0.445=89700元。

1#爐二次風(fēng)機(jī)75KW，風(fēng)門開度51.5%，運(yùn)行電流90A，則節(jié)電率為1-（0.515）³-(150-90）/ 150=46%，在除去變頻器本身?yè)p耗節(jié)電率保守值可達(dá)到40%，則年節(jié)約電費(fèi)（風(fēng)機(jī)效率以0.8，每年運(yùn)行7000小時(shí)，電費(fèi)0.445元計(jì)算）75*40%*0.8*7000*0.445=74760元。

同樣的計(jì)算方法可得

2#爐一次風(fēng)機(jī)節(jié)電率為35%，年節(jié)約電費(fèi)218050元。

2#爐二次風(fēng)機(jī)節(jié)電率為33%，年節(jié)約電費(fèi)61670元。

3#爐一次風(fēng)機(jī)節(jié)電率為40%，年節(jié)約電費(fèi)89700元。

3#爐二次風(fēng)機(jī)節(jié)電率為34%，年節(jié)約電費(fèi)63540元。

4#爐一次風(fēng)機(jī)節(jié)電率為50%，年節(jié)約電費(fèi)230500元。

4#爐二次風(fēng)機(jī)節(jié)電率為45%，年節(jié)約電費(fèi)123300元。

總計(jì)：89700+74760+218050+61670+89700+63540+230500+123300=951220

貴公司設(shè)備是通過(guò)調(diào)節(jié)擋風(fēng)板和閥門的開啟角度的機(jī)械調(diào)節(jié)方法來(lái)滿足不同的用風(fēng)量，這種操作方式的缺點(diǎn)是:（1）電機(jī)及風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷強(qiáng)度重，電能浪費(fèi)嚴(yán)重；（2）調(diào)節(jié)精度差，控制不精確；（3）電氣控制直接起動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊大，需要的電源（電網(wǎng)）容量大，功率因素較低；（4）起動(dòng)時(shí)機(jī)械沖擊大,設(shè)備使用壽命低；（5）電氣保護(hù)特性差，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備等。采用變頻器可實(shí)現(xiàn)大的電動(dòng)機(jī)的軟停、軟起，避免了啟動(dòng)時(shí)的電壓沖擊，減少電動(dòng)機(jī)故障率，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)也降低了對(duì)電網(wǎng)的容量要求和無(wú)功損耗。

變頻柜具有工/變頻切換功能，系統(tǒng)各臺(tái)電機(jī)均由相應(yīng)變頻器驅(qū)動(dòng)，在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)可選擇工頻啟動(dòng)，以保證生產(chǎn)的連續(xù)性。變頻可以通過(guò)DCS(4-20mA)信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，也可以采用電位器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還可以在DCS中顯示電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速和電流運(yùn)行的電流。變頻柜控制電氣圖如下：

圖3 工/變頻切換圖

采用變頻器控制將有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：

(1)、采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，取消擋板調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障 率，節(jié)電效果顯著；

(2)、采用變頻器控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽 命，避免了對(duì)電網(wǎng)的沖擊；
(3)、電機(jī)將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，減少了噪聲對(duì)環(huán)境的影響；
(4)、具有過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護(hù)功能；
(5)、變頻具有工/變頻切換功能，能夠保證生產(chǎn)的連續(xù)性。

實(shí)踐證明，變頻改造具有顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且還大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，另外當(dāng)采用變頻調(diào)速時(shí)，由于變頻裝置內(nèi)的直流電抗器能很好的改善功率因數(shù)，也可以為電網(wǎng)節(jié)約容量。直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。