鍋爐風機變頻調速節能改造分析

胡安奎

（首都航天機械公司，北京100076）

我國82%的電力是用煤發出的，能耗偏高，而且大部分還是高硫、高灰分的煤，對環境的破壞非常嚴重。鍋爐房中，風機、水泵用電量，占其用電的80%以上[2]。

某鍋爐房有3 臺熱水鍋爐，型號DHL29-1.6/150/90-AⅢ，1 臺飽和蒸汽鍋爐，型號SHL35-1.6-AⅢ，配套的引風機為Y4-73-12 型12 D，電機功率185 kW，鼓風機為G4-73-12 型14 D，電機功率90 kW。

風機在運行中，存在以下問題：選型不當，富裕量過大，需用風門擋板進行流量調節，引風機風門開度在25%～70%之間，鼓風機風門開度在20%～55%之間，風量變化很大，實際工作負荷遠離額定負荷，節流損失大，運行效率偏低，進行節電改造比較迫切。

1 風機的運行調節與特性

風機的風量調節，主要是依靠調節風機入口的風門擋板開度，或改變風機的轉速來實現。

圖1、圖2 中曲線R（風道的阻力特性）為在某一風門開度下，管道的通風阻力和風量的關系，曲線R和風壓曲線H 的交點A 即為風機運行的工作點。

如采用傳統的調節方式，轉速不變，而改變風門擋板的開度（改變風道阻力），曲線R 發生變化，Q 減為Q1或Q2，風壓由H 變為H1或H2，略有上升，而功率P 減小不明顯，大部分用來克服風道阻力而浪費。即使風門完全關閉，軸功率也只能減少到全開時的一半左右[1]。

根據流體力學原理，流量與轉速成正比即

風壓與轉速的平方成正比，即

所以軸功率與轉速的立方成正比，即

圖1 節流調節

通過改變風機的轉速，來調節風量（如圖2），曲線R 不變，曲線H 平行下移，達到調節風量的目的。

圖2 轉速調節

理論上，如流量為額定流量的75%，電機在額定轉速的3/4 運行，軸功率為額定功率的42%；如流量降到額定流量的50%，電機在額定轉速的1/2 運行，軸功率為額定功率的1/8。由于調速轉差功率損耗和控制裝置的附加功率損耗，都比調速減少的功率損耗小得多，實際節電效果相當明顯。因此，調速技術應用在負載率偏低和流量變動較大的風機和水泵等流體設備的電力拖動上，可獲得顯著的節電效益。

因此采用調速方式是電機節能的最佳方法。

2 電機調速方式

電機調速主要有：定子調壓調速，變極調速，滑差調速，電磁離合器調速，可控硅串級調速和液力耦合器調速等。

這些方法雖然有一定節電效果，但普遍存在調速范圍窄、損耗偏大、功率因數低、使用負載面窄等缺點。

變頻調速，比其他調速方法具有高效、高精度、能實現無級調速，其調速比一般可達20:1；其啟動能耗小，壽命長，可靠性高，幾乎免維護，一機多控，保護功能多，節電率高[2]。

調速變壓，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節的交流電。

3 風機變頻調速節能改造

某鍋爐房采用矢量控制（VC）變頻器對其中的3#爐和4#爐的鼓引風機，進行變頻節能改造。

鼓引風機分別安裝110 kW 和200 kW 的變頻器，及相關電器控制系統，加裝設工頻旁路，并附帶強電、弱電連鎖保護和故障停機報警、頻率狀態顯示、故障復位等功能。

4 風機變頻改造后的效果

由于風機轉速降低后，其效率有所降低，而且變頻器也有一定的功耗，因此節能效果采用對比法，在變頻器之前的電路上，加裝電度表進行計量，在同等鍋爐負荷條件下，3#、4#爐變頻與工頻進行對比。

3# 爐在不同負荷下，引風機工頻運行電流為200～300 A，變頻運行電流為64～165 A；鼓風機工頻運行電流為80～95 A，變頻運行電流為23～46 A；節電率為50%～66%。

4# 爐在不同負荷下，引風機工頻運行電流為160～250 A，變頻運行電流為50～130 A；鼓風機工頻運行電流為75～90 A，變頻運行電流為27～45 A；節電率為50%～69%。

根據3#、4#爐鼓引風機單位時間內工頻、變頻運行狀態的耗電量，和不同負荷下運行臺時長短，3#爐節電率按55%計，4#爐按60%計。

3# 爐鼓引風機全年變頻運行計量耗電量252 126 kW·h，計算節電308 154 kW·h；4#爐計量耗電量451 760 kW·h，計算節電677 640 kW·h。

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

節電的同時，還減少了發電時產生的塵埃及SO2、CO2，環保效益明顯。風機采用變頻調速，不僅節電、調速范圍大，而且因啟動電流低，對電網的沖擊小，操作簡便。轉速降低后，轉動部件尤其是軸承磨損減少，壽命增加，維修量降低[1]。

5 仍存在的問題

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

（2）變頻后，電機效率下降，損耗、熱量增加，轉速降低后，電機自帶的風扇冷卻效果下降，影響電機散熱。

（3）因不是變頻專用電機，噪聲反倒增加。

[1]許振茂.森蘭變頻調速器在風機水泵中的節能應用[J].水泵技術，2003，（2）：44-47.

[2]何雪冰.風機、水泵變頻調速及示范工程節能分析[J].區域供熱，1999，（2）：25-29.