胡安奎

（首都航天機(jī)械公司，北京100076）

我國(guó)82%的電力是用煤發(fā)出的，能耗偏高，而且大部分還是高硫、高灰分的煤，對(duì)環(huán)境的破壞非常嚴(yán)重。鍋爐房中，風(fēng)機(jī)、水泵用電量，占其用電的80%以上[2]。

某鍋爐房有3 臺(tái)熱水鍋爐，型號(hào)DHL29-1.6/150/90-AⅢ，1 臺(tái)飽和蒸汽鍋爐，型號(hào)SHL35-1.6-AⅢ，配套的引風(fēng)機(jī)為Y4-73-12 型12 D，電機(jī)功率185 kW，鼓風(fēng)機(jī)為G4-73-12 型14 D，電機(jī)功率90 kW。

風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中，存在以下問(wèn)題：選型不當(dāng)，富裕量過(guò)大，需用風(fēng)門擋板進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，引風(fēng)機(jī)風(fēng)門開(kāi)度在25%～70%之間，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)門開(kāi)度在20%～55%之間，風(fēng)量變化很大，實(shí)際工作負(fù)荷遠(yuǎn)離額定負(fù)荷，節(jié)流損失大，運(yùn)行效率偏低，進(jìn)行節(jié)電改造比較迫切。

1 風(fēng)機(jī)的運(yùn)行調(diào)節(jié)與特性

風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)，主要是依靠調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口的風(fēng)門擋板開(kāi)度，或改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1、圖2 中曲線R（風(fēng)道的阻力特性）為在某一風(fēng)門開(kāi)度下，管道的通風(fēng)阻力和風(fēng)量的關(guān)系，曲線R和風(fēng)壓曲線H 的交點(diǎn)A 即為風(fēng)機(jī)運(yùn)行的工作點(diǎn)。

如采用傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式，轉(zhuǎn)速不變，而改變風(fēng)門擋板的開(kāi)度（改變風(fēng)道阻力），曲線R 發(fā)生變化，Q 減為Q1或Q2，風(fēng)壓由H 變?yōu)镠1或H2，略有上升，而功率P 減小不明顯，大部分用來(lái)克服風(fēng)道阻力而浪費(fèi)。即使風(fēng)門完全關(guān)閉，軸功率也只能減少到全開(kāi)時(shí)的一半左右[1]。

根據(jù)流體力學(xué)原理，流量與轉(zhuǎn)速成正比即

風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即

所以軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，即

圖1 節(jié)流調(diào)節(jié)

通過(guò)改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量（如圖2），曲線R 不變，曲線H 平行下移，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。

圖2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

理論上，如流量為額定流量的75%，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的3/4 運(yùn)行，軸功率為額定功率的42%；如流量降到額定流量的50%，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的1/2 運(yùn)行，軸功率為額定功率的1/8。由于調(diào)速轉(zhuǎn)差功率損耗和控制裝置的附加功率損耗，都比調(diào)速減少的功率損耗小得多，實(shí)際節(jié)電效果相當(dāng)明顯。因此，調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在負(fù)載率偏低和流量變動(dòng)較大的風(fēng)機(jī)和水泵等流體設(shè)備的電力拖動(dòng)上，可獲得顯著的節(jié)電效益。

因此采用調(diào)速方式是電機(jī)節(jié)能的最佳方法。

2 電機(jī)調(diào)速方式

電機(jī)調(diào)速主要有：定子調(diào)壓調(diào)速，變極調(diào)速，滑差調(diào)速，電磁離合器調(diào)速，可控硅串級(jí)調(diào)速和液力耦合器調(diào)速等。

這些方法雖然有一定節(jié)電效果，但普遍存在調(diào)速范圍窄、損耗偏大、功率因數(shù)低、使用負(fù)載面窄等缺點(diǎn)。

變頻調(diào)速，比其他調(diào)速方法具有高效、高精度、能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，其調(diào)速比一般可達(dá)20:1；其啟動(dòng)能耗小，壽命長(zhǎng)，可靠性高，幾乎免維護(hù)，一機(jī)多控，保護(hù)功能多，節(jié)電率高[2]。

調(diào)速變壓，主要有交?交變頻器和交?直?交變頻器兩種。

常用的是第二種，也稱為間接變頻器，整流電路先將工頻交流電路整流成直流電，逆變電路再將直流電逆變成頻率可調(diào)節(jié)的交流電。

3 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能改造

某鍋爐房采用矢量控制（VC）變頻器對(duì)其中的3#爐和4#爐的鼓引風(fēng)機(jī)，進(jìn)行變頻節(jié)能改造。

鼓引風(fēng)機(jī)分別安裝110 kW 和200 kW 的變頻器，及相關(guān)電器控制系統(tǒng)，加裝設(shè)工頻旁路，并附帶強(qiáng)電、弱電連鎖保護(hù)和故障停機(jī)報(bào)警、頻率狀態(tài)顯示、故障復(fù)位等功能。

4 風(fēng)機(jī)變頻改造后的效果

由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低后，其效率有所降低，而且變頻器也有一定的功耗，因此節(jié)能效果采用對(duì)比法，在變頻器之前的電路上，加裝電度表進(jìn)行計(jì)量，在同等鍋爐負(fù)荷條件下，3#、4#爐變頻與工頻進(jìn)行對(duì)比。

3# 爐在不同負(fù)荷下，引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行電流為200～300 A，變頻運(yùn)行電流為64～165 A；鼓風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行電流為80～95 A，變頻運(yùn)行電流為23～46 A；節(jié)電率為50%～66%。

4# 爐在不同負(fù)荷下，引風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行電流為160～250 A，變頻運(yùn)行電流為50～130 A；鼓風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行電流為75～90 A，變頻運(yùn)行電流為27～45 A；節(jié)電率為50%～69%。

根據(jù)3#、4#爐鼓引風(fēng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)工頻、變頻運(yùn)行狀態(tài)的耗電量，和不同負(fù)荷下運(yùn)行臺(tái)時(shí)長(zhǎng)短，3#爐節(jié)電率按55%計(jì)，4#爐按60%計(jì)。

3# 爐鼓引風(fēng)機(jī)全年變頻運(yùn)行計(jì)量耗電量252 126 kW·h，計(jì)算節(jié)電308 154 kW·h；4#爐計(jì)量耗電量451 760 kW·h，計(jì)算節(jié)電677 640 kW·h。

節(jié)電費(fèi)用為（308 154 +677 640）kW·h × 0.8 元/（kW·h）=788 635.2 元。

節(jié)電的同時(shí)，還減少了發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的塵埃及SO2、CO2，環(huán)保效益明顯。風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速，不僅節(jié)電、調(diào)速范圍大，而且因啟動(dòng)電流低，對(duì)電網(wǎng)的沖擊小，操作簡(jiǎn)便。轉(zhuǎn)速降低后，轉(zhuǎn)動(dòng)部件尤其是軸承磨損減少，壽命增加，維修量降低[1]。

5 仍存在的問(wèn)題

（1）高次諧波。雖然采取了相應(yīng)的措，抑制或進(jìn)行了屏蔽，但還是對(duì)其他電器儀表有一些干擾；

（2）變頻后，電機(jī)效率下降，損耗、熱量增加，轉(zhuǎn)速降低后，電機(jī)自帶的風(fēng)扇冷卻效果下降，影響電機(jī)散熱。

（3）因不是變頻專用電機(jī)，噪聲反倒增加。

[1]許振茂.森蘭變頻調(diào)速器在風(fēng)機(jī)水泵中的節(jié)能應(yīng)用[J].水泵技術(shù)，2003，（2）：44-47.

[2]何雪冰.風(fēng)機(jī)、水泵變頻調(diào)速及示范工程節(jié)能分析[J].區(qū)域供熱，1999，（2）：25-29.