曲 昊

（大同煤礦集團軒崗煤電有限責任公司梨園河煤礦， 山西 忻州 036701）

1 變頻調速節(jié)能原理

鍋爐風機主要包括鼓風機和引風機，以往的風機工作都是在人工操作的狀態(tài)下運行的，在應用中采用接觸器控制的方式。這樣的工作方式會導致風機的故障頻發(fā)，一旦出現(xiàn)問題，機械設備維修量也較大，對于工作人員的工作需求較高。變頻技術的應用，能夠幫助鍋爐風機調節(jié)電動機轉速以調節(jié)風量，在提高鍋爐熱效率、燃燒效率和節(jié)能方面也有著有顯著的效果。

1.1 變頻器控制風機電動機流程

變頻器控制風機電動機的隱性流程如圖1所示。風壓設定通過變頻控制器來完成，通過接受電子信號，對風壓進行判斷，對不同的風壓進行不同的風機調節(jié)，實現(xiàn)自動控制。

圖1 變頻器控制風機電動機運行圖

1.2 電動機轉速與電源頻率的關系

電磁感應技術是變頻調速技術主要依托的技術之一，其中，電源頻率與電動機轉速之間的關系為：

式中：f表示電源頻率；n表示電動機轉速；p表示電動機極對數(shù)。

如果改變電動機轉速，并且保持其他條件不變，由流量 -轉速（Q-n）、風壓 -轉速（H-n）、軸功率 -轉速（N-n） 關系式可知，通過改變風機轉速，并且保持其他條件時的風機性能參數(shù)，可以看出，流量與轉速、風壓與轉速平方、軸功率與轉速立方均成正比。當頻率降低時，電動機轉速、相應流量、風壓和軸功率等也會同時與之降低，反之，當頻率增加時，電動機轉速、相應流量、風壓和軸功率等也會同時與之上升。

2 引風機、鼓風機變頻控制

2.1 鼓風機

鼓風機主要是保持爐灶內部的空氣流暢，為爐灶內煤料的燃燒提供源源不斷的氧氣。加入變頻控制技術，能夠利用控制回路，對爐膛的內部溫度進行了解，從而進行變頻控制的調節(jié)。主要的工作方式，就是當控制感應裝置感受爐膛溫度上升時，將感應到的溫度以數(shù)據(jù)的形式傳遞送至變送器，再由變送器將數(shù)據(jù)轉化為電信號，通過PID控制算法的精確驗算，利用輸入測結構輸出，將電信號傳送至變頻器。這時，變頻器就要根據(jù)不同的電壓信息以及頻率對鼓風機的電動機進行控制，減小對風量的輸送，緩和爐膛的溫度。

2.2 引風機

引風機主要就是對爐膛燃燒中產(chǎn)生的濃煙進行排放。在使用中如果風量過大，就會造成不必要的浪費；如果風量較小，則排煙效果不明顯，影響鍋爐的效率。因此，利用變頻控制技術，控制感應裝置，采集爐膛負壓信號，將感應到的信號以數(shù)據(jù)的形式傳遞送至變送器，再由變送器轉化為電信號，通過PID控制算法的精確驗算，利用輸入測結構輸出，將電信號傳送至變頻器。這時，變頻器就要根據(jù)不同的電壓信息以及頻率對引風機的轉速進行控制，調節(jié)風速。

3 風機變頻控制的優(yōu)勢體現(xiàn)

1）以往在控制燃燒時，采用人工控制的方法，這就需要經(jīng)驗豐富的施工人員進行控制，所以經(jīng)常會出現(xiàn)誤差。但是自動化控制技術的應用，減少了擋板、調節(jié)閥機械等設備之間的磨損、卡死的故障，降低了工作人員的工作強度，減少了維修工作，避免由于維修設備導致工作停滯，提高了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率。

2）以往在啟動中，電流的突然加大會產(chǎn)生高于平時7倍左右的電流，使電機沒有緩沖的時間，導致對電動機產(chǎn)生負荷，電應力迅速上升，嚴重影響電動機的使用壽命，并在此過程中電流對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，電壓波動大，嚴重影響電網(wǎng)安全。使用變頻對啟動電流進行調速，能夠實現(xiàn)軟啟動，減少上述因素對電動機、電網(wǎng)的影響問題。

3）具有自動保護功能，能夠自動對風機中出現(xiàn)的一系列問題進行自動保護。

4）操作便利，變頻控制主要依托新技術，減少了對人工的依賴，系統(tǒng)能夠運行平穩(wěn)，根據(jù)實際運行狀況自行進行無級調速，而且調速范圍大。

4 節(jié)能效果

礦鍋爐房現(xiàn)有4臺10 t鍋爐的配置如下：4臺鼓風機，4臺引風機，頻率為50 Hz；電動機極對數(shù)為2；電壓為380V；轉速為 1480r/min；cosφ=0.85。其中鼓風機與引風機及的參數(shù)如表1所示。

式中：U表示電壓；P表示耗電量；cosφ為功率因數(shù)；I表示電流。

4.1 工頻條件下的耗電量

鼓風機與引風機在工頻條件下運行時，鼓風機運行電流為40 A，引風機運行電流為110 A?？梢杂嬎愠龉娘L機與引風機在工頻的條件下運行時耗電量。

表1 鼓風機與引風機及的參數(shù)

鼓風機耗電量 =3UIcosφ×24=1.732×380×40×0.85×24=537.06 kW·h。

引風機耗電量 =3UIcosφ×24=1.732×380×110×0.85×24=1 476 kW·h。

總耗電量為：引風機耗電量+鼓風機耗電量=1 476+537.06=2 013.06 kW·h。

4.2 變頻條件下的耗電量

鼓風機與引風機在變頻調速的條件下運行時，鼓風機功率為16 kW，電流為20 A，頻率為46 Hz，引風機功率為57 kW，電流為75 A，頻率為44 Hz。

鼓風機耗電量=3UIcosφ×24=242 kW·h。

引風機耗電量=3UIcosφ×24=980 kW·h。

總耗電量為：鼓風機耗電量+引風機耗電量=980+242=1 222 kW·h。

4.3 能耗對比

剛投入使用的鍋爐，會受到一些問題的影響，導致在實際的運行中，并為沒有完全達到負荷的70%，這樣就造成浪費資源，且效率降低。隨著變頻技術的使用，礦鍋爐房現(xiàn)有4臺10 t鍋爐，引風機電動機的功率為380 kW，鼓風機電動機的功率為170 kW，兩臺機器一共花費100萬元，在實際使用中，測得引風機的負荷為30%，鼓風機負荷為60%。因此，能夠看出在加入變頻技術后，引風機與鼓風機都處于低負荷的狀態(tài)運行。由上文計算的結果可知，1 772-1 222=550 kW，所以，可見使用變頻調速技術能夠每天節(jié)約550 kW的電量，以每度電0.8元計算，每天大約節(jié)約440元，一年能夠節(jié)約160 600元。

5 結語

分析了變頻技術的原理，以及變頻技術在多個礦用設備中的應用實踐，研究了電動機轉速與電源頻率的關系。在實際的應用中變頻控制技術優(yōu)勢明顯，節(jié)能效果顯著，有著廣泛的推廣應用價值。