袁 峰

（武鋼能源總廠熱力廠，湖北武漢 430083）

1 前言

熱力廠現(xiàn)有20多座鍋爐，鍋爐的引風機普遍采用330～2800k W大型電動機，且全部為定速電機，無論負載高低，電能消耗居高不下，造成了能源的極大浪費，以引風機電機最大的燒結(jié)電站為例：燒結(jié)電站3臺余熱鍋爐引風機目前采用擋板調(diào)節(jié)方式，配用電動機為2800k W，在鍋爐運行中，電功率基本不變，僅依靠引風機的擋板開度調(diào)節(jié)進風量，即通過爐膛壓力信號依靠D C S對擋板進行調(diào)節(jié)來達到生產(chǎn)所需風量及壓力，該風機電機功率高達2800k W，每年電費消耗很大。

2 問題的提出

鍋爐進風量的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式是調(diào)節(jié)引風機擋板，即僅僅改變引風通道的流通阻力，而驅(qū)動源的輸出功率并沒有改變，節(jié)流損失相當大，浪費了大量電能。致使耗電率高，發(fā)電成本不易降低。同時，電機啟動時會產(chǎn)生5～7倍的沖擊電流，對電機構(gòu)成損害。風機系統(tǒng)自動化水平低，不能及時調(diào)節(jié)，運行效率低。為此，我們采用變頻調(diào)節(jié)方式對風機系統(tǒng)進行改造，利用改變電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)鍋爐進風量的運行方式，以減少溢流和節(jié)流損失，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

此次變頻節(jié)能改造擬對上述3臺風機系統(tǒng)進行初步改造，計劃改造設(shè)備參數(shù)統(tǒng)計如下：

（1）電機額定數(shù)據(jù)：

型號：Y R k k 800-6

額定功率：2800k W

額定電壓：10k V

額定電流：195A

額定轉(zhuǎn)速：980r/m i n

功率因數(shù)：0.80

（2）負載額定數(shù)據(jù)：

型號：2700D IB B 80

額定流量：58萬m3/h

全壓：4750P a

軸功率：2580k W

（3）系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)：

閥門開度：55%

運行電流：172A啟動方式：水阻啟動年運行時間：8000h運行靠擋板調(diào)節(jié)風量風壓。此風機主要是輸送熱蒸汽用。

3.1 采用變頻調(diào)速的優(yōu)點

3.1.1 風機啟停頻繁，軸承容易彎曲變形的故障現(xiàn)象

由于燒結(jié)環(huán)冷機工況不穩(wěn)定，造成引風機啟停頻繁，沒有盤車裝置風機軸承在靜止狀態(tài)下容易產(chǎn)生彎曲變形。對此采用變頻器裝置，利用變頻器的變速功能，在環(huán)冷機停止工作時，可對引風機進行低速盤車避免軸承彎曲，大大減少此類故障的發(fā)生。

3.1.2 采用變頻啟動，棄用水阻啟動，可以確保職工人身安全

3臺引風機原采用水阻啟動，而水阻屬于20世紀70年代左右的產(chǎn)物，安全上存在很大隱患，已屬于漸被淘汰的產(chǎn)品。燒結(jié)余熱鍋爐引風機水阻同樣在設(shè)計上也存在缺陷，4燒、5燒引風機的水電阻曾于2008年、2011年兩次發(fā)生爆炸故障，險些造成人身事故，淘汰水電阻后，運行人員的人身安全得到可靠保障。

3.1.3 提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)

原電機直接由工頻驅(qū)動時，滿載時功率因數(shù)為0.8～0.9，實際運行功率因數(shù)遠低于額定值。采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.95以上，大大的減少無功功率的吸收，進一步節(jié)約上游設(shè)備的運行費用。

3.1.4 降低設(shè)備運行與維護費用

采用變頻調(diào)節(jié)后，通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能；轉(zhuǎn)速降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護周期、設(shè)備運行壽命延長；變頻改造后風門開度可達100%，運行中不承受壓力，可顯著減少風門的維護量。在使用變頻器過程中，只需定期對變頻器進行除灰清潔維護，不用停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。從實際改造情況看，采用變頻調(diào)速后，運行與維護費用大大降低。

3.1.5 軟啟軟停功能

采用高壓變頻改造后，電機實現(xiàn)軟啟軟停，啟動電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網(wǎng)無任何沖擊，電機使用壽命延長。在整個運行范圍內(nèi)，電機可保證運行平穩(wěn)，損耗減小，溫升正常，無任何附加的異常振動和噪音。

3.1.6 保護功能增加，提高電氣運行的可靠性

與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能，提高了電機運行的可靠性。

3.1.7 便于實現(xiàn)高度自動化

變頻改造后便于實現(xiàn)控制系統(tǒng)自動化。風機系統(tǒng)的風量經(jīng)常需要根據(jù)工藝的要求變化，在過去用擋板調(diào)節(jié)時，存在執(zhí)行機構(gòu)的開度與流量的關(guān)系曲線的線性問題。往往由于執(zhí)行機構(gòu)的磨損量過大，閥門特性發(fā)生變化，出現(xiàn)非線性問題，致使調(diào)節(jié)過程失誤，自動控制系統(tǒng)無法正常工作。而變頻調(diào)速始終保持在線性高精度0.1～0.01H z的范圍內(nèi)工作，為實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化創(chuàng)造了優(yōu)越條件。

3.1.8 增強系統(tǒng)運行的可靠性

智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動能力強，電壓工作范圍寬，電網(wǎng)電壓在-35%～+15%之間波動時，系統(tǒng)均可正常運行。

4 變頻調(diào)速方案的節(jié)能估算

燒結(jié)余熱鍋爐風機高壓變頻改造節(jié)能分析節(jié)能分析：

設(shè)備名稱：燒結(jié)余熱鍋爐 1#、4#、5#引風機電機

工頻運行功率（平均）：2383k W

變頻后運行功率（平均）：2050k W

節(jié)電率：14%

每小時節(jié)約電量：333k W

5 方案確定

采用手動一拖一旁路方式改造電氣原理如圖1。

圖1 改造電氣原理示意圖

系統(tǒng)母線電源經(jīng)變頻裝置刀閘K 1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)刀閘K 2送至電動機系統(tǒng)母線電源還可經(jīng)刀閘K 2切換至工頻側(cè)直接起動電動機。變頻裝置故障保護由變頻器故障節(jié)點與用戶開關(guān)連鎖，一旦變頻故障即可馬上斷開輸入側(cè)高壓開關(guān)及刀閘K 1，將變頻裝置隔離，切換刀閘K 2至工頻側(cè)，合高壓開關(guān)工頻起動電機運行。刀閘K 1、K 2之間具有閉鎖和防止誤操作功能。

2800k W風機系統(tǒng)原有軟啟動系統(tǒng)保留在工頻旁路回路中，以保證工頻旁路時可以成功軟啟動。

燒結(jié)余熱鍋爐引風機變頻器運行數(shù)據(jù)：

燒結(jié)余熱鍋爐引風機（3臺）：2800k W/10k V

系統(tǒng)配置型號：T t n v e r t-A 4 H 3500/03 Y，Ⅰout=200A

系統(tǒng)旁路及啟動方式：一拖一手動旁路

單元配置：T I N V U-210/17 B 1

系統(tǒng)尺寸及重量：6010×1200×2550（長×寬×高），8220k g

6 改造后燒結(jié)余熱鍋爐引風機變頻調(diào)速裝置試運行情況

2012年11月8日，燒結(jié)電站3臺余熱鍋爐引風機電機變頻改造全部完成，通過采用變頻啟動，解決了風機沒有盤車裝置的弊端，減少了風機震動的頻率及停爐的次數(shù)。同時又解決了水阻啟動在工藝上存在的缺陷，使維護量大幅減少。目前變頻器運行穩(wěn)定。

7 改造后的節(jié)能檢驗

7.1 經(jīng)濟效益計算

經(jīng)實測，現(xiàn)在余熱爐產(chǎn)汽量和改造前產(chǎn)汽量一樣的情況下，風機每小時耗電量要比原來減少200k W·h，3臺引風機每天節(jié)約成本：200×0.5×24×3=7200元每年節(jié)約成本：

7200元×200日=140萬元

即3臺引風機每年可節(jié)約電費140萬元。

7.2 社會效益

由于變頻器的安全性遠高于水電阻啟動方式，因此，本次改造不僅確保了職工的人身安全，也大大提高了引風機的工作可靠性（每年可增加30個工作日）。

8結(jié)論

變頻風量調(diào)節(jié)技術(shù)是一項新技術(shù)，該技術(shù)通過追蹤燒結(jié)余熱鍋爐的重要參數(shù)（爐膛負壓、煙溫、汽包水位等）自動調(diào)節(jié)引風機電機轉(zhuǎn)速，來達到進風量自動控制的效果，實現(xiàn)鍋爐引風機安全、節(jié)能、高效運行。