變頻器在鍋爐引風機上的應用

摘要：交流變頻調速技術是現代電力傳動技術的重要發展方向。文中主要闡述和分析了熱電廠引風機控制系統的現狀及存在的一些問題，介紹了變頻器的優點。分析了采用變頻器控制引風機的方案，從而實現對引風機的優化控制，進而達到了節能及減少設備故障的目標。
關鍵詞：變頻器；節能；鍋爐
0 引言
引風機是熱電廠重要的輔助設備之一，鍋爐引風機是鍋爐助燃的主要部分，它是將鍋爐燃燒產生的高溫煙氣經水磨除塵、靜電除塵器，再經煙囪排出的動力設備。鍋爐燃燒時，負荷發生變化，為保證爐堂負壓，煙氣含氧量及相應氣溫、氣壓的相對穩定，需要及時的調整引風機的吸風量，并靠擋板的開度來調節風量的大小。
1 鍋爐引風機現狀分析
早期熱電廠在選擇鍋爐配套風機時，通常要考慮短期的超負荷能力，并加以適當裕量來確定機型。而在選定鍋爐時，又要根據工藝最大負荷和適當裕量來確定鍋爐容量。因此，在選定引風機時又受到產品規格分檔的限制，最后采用引風機容量往往偏大，加之對鍋爐引風機的調節是靠調節擋板來完成的，所以當風量變化時，引風機系統會浪費大量的電能。而采用擋板進行風量控制存在許多問題：
采用擋板控制風的流量時，大量的能量損耗在擋板的節流過程中，浪費了大量的能源。
煙氣中的灰塵等對擋板的沖擊比較大，易出現故障。由于煙氣中的灰塵經常在擋板上結垢，造成擋板卡死，增加了對擋板的檢修維護最，故障率較高。
因擋板動作遲緩，執行機構長時間運行會出現越來越大的空行程。擋板閥門的執行機構力矩大，易出現問題，而且不能長期頻繁調節，其線性度不好，動態性也不好，構成閉環自動控制較難。鍋爐調節擋板開度的執行機構由于擋板卡死經常將其拐臂或底座拉斷，以及開關不能到位等一系列問題，加大了對執行器的維護量。
2 變頻器的優點
國內現行的火電設計規程SDJ一79規定：燃煤鍋爐引風機的風量裕度為5％ ～10％ ，風壓裕度為10％ ～15％ 。根據《泵與風機》中的理論，在理想的狀況下：風量 轉數；動力 轉數。由轉速公式可知：
n=60f（1一S）／p （1）
式中：S為轉差率；n為轉子實際轉數，r／min為電源頻率；p為電機的磁極對數。
由式（1）可見，只要改變電機的電流頻率I廠，就可以改變電機的轉速n，從而也就實現對風量的調節。采用調節轉速控制風量的方法和常用的調節風門的方法相比，有著明顯的節電效果，其原理如圖1所示。

圖1中，曲線1為風機在恒速下的風壓一風量（H—Q）特性曲線；曲線2為恒速下的功率一風量（P 一Q）特性曲線；曲線3為管網風阻特性（風門全開）。
設風機在設計時工作在A點，效率最高，此時輸出風量Q為100％ ，軸功率為Ps1, Ps1與Q1、H1的乘積成正比, ，即Ps1 與AH1OQ1。所包圍的面積成正比。
當需要調節風量時，例如，所需風量從100％減少到額定風量的50％ ，即從Q，減少到 時，如采用調節風門的方法來調節風量，使管網阻力曲線由曲線3變為曲線4。就是說，減小風門開度，增加了管網阻力。此時，系統的工作點由原來的A點移至B點。可以看出，風量雖然降低了，但風壓增加了，軸功率Ps2與面積BH2OQ2：成正比，它與P 相比，減少不多。
如果采用調節轉速來調節風量的方法，風機轉速由原來的n1 降到n2：。根據風機參數的比例定律，可以畫出在轉速n2下的風壓一風量（H—p）特性曲線5，風機工作在C點。可見，在滿足同樣風量Q2的情況下，風壓將大幅度降低到 ，軸功率Ps2（與面積CH3OQ2成正比）也明顯降低。所節約的功率與面積AH1OQ1。和CH3OQ2之差成正比。由此可見，用調速的方法來減少風量的經濟效益是十分顯著的。
對于風機和泵類負載，如采用變頻調速的方法改變其流量，節電率達20％ 一60％ ，不僅節電效果顯著，而且易于滿足生產工藝的要求，經濟效益十分可觀。僅1995年～1997年間，國內風機、水泵變頻調速技術改造投入資金就達到35億元，改造總容量達100萬kW，平均回收期為2年。
隨著鍋爐負荷的調整，引風機風量也因鍋爐負荷變化而經常處于一種低效率狀態，大量的能量浪費在風道擋板上。從節能的觀點來看，應采用變頻調速技術控制風機轉速來控制實時變化的風量。采用交流變頻調速有許多特性：調速時平滑性好、效率高、穩定性好；調速范圍較大、精度高；可實現軟啟、制動功能，起動電流低，節電效果明顯；變頻器體積小，便于安裝、調試、維修；易于實現過程自動化；在恒轉矩調速時，低速段電動機的過載能力顯著降低。
3 采用變頻器控制方式
（1）采用變頻調速技術對引風機系統進行改造。鍋爐引風機變頻控制系統工藝圖如圖2所示。

（2）采用微差變送器（壓力變送器）、變頻器、控制器（PID調節器）、引風機組成的壓力閉環回路，自動控制引風機的轉速，使爐膛保持穩定的微負壓，這樣既提高了控制精度，又節約了能源，使引風機控制具有一定的合理性。引風機閉環控制原理框圖如圖3所示。

（3）為了使引風機在變頻器故障時也能夠運行，變頻器設置手動工頻旁路功能，即當變頻器故障時使電機脫離變頻器，將引風機轉到工頻旁路狀態繼續運行。如圖4所示。

（4）變頻器與原DCS操作系統接口時，因變頻器的各控制信號及故障信號的輸出是標準的數字信號（開關量）和標準模擬信號（4～20 mA或1～5 V信號），因此與DCS系統可直接連接，接口十分方便。
4 結束語
通過對鍋爐引風機節能控制系統的改造，可以解決擋板卡死及執行器拐臂拉斷的問題，但更為主要的是節能效果明顯。雖然改造前期投入比較大，但從長遠來看，其節約下來的電力成本遠遠大于投入。鍋爐引風機系統運行也得到有效合理控制。因此，大力推廣風機變頻調速節能運行，不僅是當前企業節能降耗的重要技術手段，而且也是實現經濟增長方式轉變的必然要求。
參考文獻：
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