張衛(wèi)

變頻器在燃氣鍋爐引風機上的節(jié)能應(yīng)用

張衛(wèi)

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司 湖南婁底 417009）

隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，用電節(jié)能是大勢所趨，變頻器得到了非常廣泛的應(yīng)用。變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的控制設(shè)備。主要由整流、濾波、逆變、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元等組成。本文通過變頻器在發(fā)電廠引風機中的應(yīng)用，介紹變頻器的節(jié)能原理及實際應(yīng)用效果。

變頻器；節(jié)能原理；效果

1 引言

在鋼鐵行業(yè)去產(chǎn)能的背景下，節(jié)能降耗成為各企業(yè)的重點。采用變頻節(jié)能技術(shù)，為企業(yè)降低運行成本是首選。具有自主知識產(chǎn)權(quán)的變頻技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品穩(wěn)定性高，價格適中及售后等優(yōu)勢得到很多企業(yè)的采用。

漣鋼燃氣發(fā)電廠一臺150T/h鍋爐，采用二臺引風機、一臺送風機，風機配置功率為送風機電機400kW額定電流29.8A，引風機電機450kW額定電流33.5A，電壓均為10kV的三相交流異步電機。采用傳統(tǒng)擋板作為引風量的調(diào)節(jié)，這種配置缺點是擋板兩側(cè)風壓差造成節(jié)流損失，同時風機擋板執(zhí)行機構(gòu)為大力矩電機執(zhí)行器易出故障。漣鋼燃氣鍋爐引風機采用利德華福電氣技術(shù)有限公司變頻器調(diào)節(jié)，降低了能耗提高了效率。

HARSVERT-A10/035變頻器雖然單體尺寸比較大，但由于所有部件包括變壓器都安裝在柜體之中，集成為一個整體，不需要另辟變壓器安裝場地，現(xiàn)場安裝工作量小。變頻器投入運行后，由于電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，在各種負載情況下，和工頻運行相比，電網(wǎng)側(cè)的電流都大大下降。電機的無功電流都由變頻器直接補償，不需要無功補償裝置。

2 變頻調(diào)速降低能耗的原理

工況的變化是多樣的，電機拖動負載運行時會有短暫的過載，所以電動機的選型會考慮電機的最大功率大于負載，一般以10%作為參考有些特殊情況范圍更寬。假設(shè)電動機的功率選小了在拖動大負載時，出現(xiàn)小馬拉大車現(xiàn)象，將會使電機發(fā)熱，嚴重的會導致絕緣老化甚至擊穿燒毀電機，反之功率過大，電機的勵磁電流會增大，將造成過多的無功損耗，且功率因數(shù)降低，造成經(jīng)濟效益下降。電機長期工作在經(jīng)濟工況，即額定值的85%左右，這樣剩余功率就白白浪費了，為了解決這一問題，引進變頻技術(shù)，在不同工況下進行負荷的跟蹤匹配，實現(xiàn)了電機拖動的最優(yōu)自動控制。

冶金企業(yè)自備發(fā)電廠采用高爐產(chǎn)生的富余煤氣作為主燃料，風機的運行需要隨時根據(jù)燃料多少進行風量的調(diào)節(jié)，對于這類非恒轉(zhuǎn)矩設(shè)備，應(yīng)用變頻技術(shù)控制輸入功率，使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與負荷匹配達到最優(yōu)，從而大大降低風機因節(jié)流產(chǎn)生的損失，由于風機為大功率電機占廠用電的比重大，引進變頻器調(diào)節(jié)風量將使能耗得到顯著降低。

2.1 風機降耗的原理

根據(jù)負荷運行時控制風的大小方法如下：

（1）調(diào)節(jié)風門擋板的開度；

（2）調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速。

采用調(diào)速方法降耗的原理是基于風量、壓力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系這些關(guān)系是

式中：Q-風量；p-壓力；n-轉(zhuǎn)速；T-轉(zhuǎn)矩；P-軸功率。

風機的風量與轉(zhuǎn)速的1次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的2次方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，即能耗與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，如電機在80%額定轉(zhuǎn)速時，其功耗即可降≈50%軸功率的實際值（kW）由下式給出

式中：Q——風量；

p——壓力（n3/s）；

ηb——風扇或風機的效率；

ηc——傳動裝置效率，直接傳動時為1。

圖1所示為采用不同的調(diào)節(jié)方法時電動機輸入功率（既風機軸功率）與風量的關(guān)系曲線。

圖1 風機各種風量調(diào)節(jié)時的輸入功率比較

采用不同的調(diào)節(jié)方法電動機的輸入功率（既電源應(yīng)提供的功率）也不同，圖中比較了輸出端風門控制、輸入端風門控制、電磁轉(zhuǎn)差調(diào)速及液力耦合控制、和采用變頻調(diào)速控制的電動機的輸入功率與風量之間的相互關(guān)系。

圖2表示輸入端風門控制、電磁轉(zhuǎn)差或液力耦合調(diào)速控制以及變頻調(diào)速控制方法下將風量調(diào)到0.5（Pu）時的節(jié)電情況。

圖2 風門控制、電磁轉(zhuǎn)差、變頻調(diào)速控制節(jié)電情況

圖中劃斜線部分的面積表示風量調(diào)到0.5（Pu）時的節(jié)電量。變頻調(diào)速的情況下所需電源功率僅為全風量的12.5%，當然這是理想情況下得到的結(jié)果。

2.2 我廠兩臺引風機的節(jié)能估算

由于在相同條件下風壓和流量的大小與電機電流的大小成正比所以這里只用工頻運行檔板調(diào)節(jié)時的電機電流和變頻調(diào)節(jié)時變頻器的輸入電流作一比較從而說明節(jié)電效果

當鍋爐負荷為150t/h時見表1。

表1

根據(jù)P＝IU√3COSφ可得計算結(jié)果見表2。

表2

可得出2臺風機每小時可節(jié)能618.34kW·h。以上僅取電流的變化值做單一的比較，在實際中各種工況下運行的不同，節(jié)能降耗效果也不一樣。所以實際節(jié)能要比估算的結(jié)果有一定的出入，但節(jié)能效果是非常顯著的。

3 常見故障

變頻器運行期間，曾出現(xiàn)過變壓器線圈過熱、少數(shù)螺栓斷裂等現(xiàn)象，但這些問題在檢修過程中都得到徹底解決。變頻器使用至今，運行十分穩(wěn)定，盡管有時因為風壓反饋信號干擾引起風量小幅波動，但經(jīng)過對現(xiàn)場風壓信號加強濾波，這些小問題也都基本根除。

4 結(jié)束語

我廠變頻器于09年投入運行，從用電數(shù)據(jù)反饋能夠?qū)崿F(xiàn)較大的節(jié)能效益，與原來工頻運行相比，由于變頻器對電機實現(xiàn)柔性啟動，啟動電流大大減小，對機組沒有任何沖擊。HARSVERT-A10/035型變頻器性能良好，由于啟用了變頻器自動調(diào)節(jié)，減少了值班人員的工作量，同時減少了對電機、風機的啟動沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。

TK223.2

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1004-7344（2016）27-0245-02

2016-8-27

張衛(wèi)（1984-），男，助理工程師，本科，主要從事發(fā)電廠電氣方面工作。