高壓變頻器在鍋爐引風機上的應用

崔社明，趙國鋒，紀田宇

（萊蕪鋼鐵集團設備檢修中心，山東萊蕪 271104）

1 引言

萊鋼型鋼區域擁有J G-130型中溫中壓混燃高爐、焦爐煤氣鍋爐，長期處于滿負荷運行。鍋爐主要輔機設備包括引風機、送風機、給水泵，均由10k V電動機驅動。

眾所周知，風機系統的節電率為30%～50%，泵類系統的節電率為20%～30%，因此選擇功率較大的引風機進行節能改造，意義較大。

隨著高壓變頻技術的日趨成熟，應用越來越廣泛，引風機的變頻節能改造更加可靠有效。

2 煤氣鍋爐引風機工藝介紹

2.1 煤氣鍋爐風煙系統工藝流程

J G-130型全燃煤氣鍋爐風煙系統擁有兩套引、送風機，引風機轉動后，將煙氣通過煙囪排向空中，同時使爐膛內產生負壓，送風機把大氣中的空氣送至空氣預熱器，經尾部煙氣加熱后送至爐膛，空氣中的氧氣與煤氣作用產生燃燒，對省煤器中的除鹽水進行加熱，生成的汽水混合物，經汽包分離出蒸汽再經過熱器加熱形成所需要的蒸汽。

2.2 設備參數

（1）引風機：

型號：Y 4-73-11 N o 21 D

流量：315000m3/h

壓力：3600P a

轉速：980r/m i n

（2）電動機：

型號：Y K K 500-6

額定功率：450k W

額定電壓：10000V

額定電流：32.2A

圖1 運行工況示意圖

轉速：991r/m i n

2.3 引風機調節方式

引風機屬于后向型葉輪離心風機，由電動機直接驅動，電動機采用工頻運行，流量的調節主要是通過改變風機進口導流葉片的角度來實現。

由于設計時，考慮最大流量及部分余量，實際運行中電動機遠達不到額定功率，通過5#風機運行統計數據可知并沒有超過額定功率的60%，而調節閥門的開度低于50%。因此，當導流葉片調節時，在葉片上造成了大量的能量損耗，而葉片受沖擊影響容易損壞，調節相對遲緩。電動機直接啟動，電流較大，對風機及電動機都產生一定沖擊。

通過風機的特性曲線可知，流量與轉速存在線性關系，改變電動機的轉速，即可實現流量的改變。因此采用變頻調速，閥門可以全開，減少了葉片上的能量損耗，避免了工頻啟動中的大電流沖擊，并實現了流量的平滑調節，延長了設備壽命。

3 變頻調速原理

根據轉速公式：

n=60fs（1-s）/np=60ωs（1-s）/2 πnp式中，fs——供電頻率；

np——極對數；s——轉差率；

ωs——供電角頻率。

可知均勻改變異步電動機的定子供電頻率，就可平滑地調節電動機的轉速。

LP-10型高壓變頻器采用電壓空間矢量PWN技術，又稱磁鏈軌跡控制法，是將逆變器和交流電機視為一個整體，數學模型是建立在電機統一理論和電機坐標軸系變換理論基礎之上的，物理意義直觀，數學模型簡單，便于微機實現實時控制，并具有轉矩脈動小、噪聲低、電壓利用率高的優點。

4 變頻改造方案及運行效果

變頻器控制方式，在啟動時優于工頻，但是在運行中的抗干擾性要低于工頻運行，因此改造時，充分吸取工頻運行的優勢，采用變頻加旁路運行的控制方式（見圖2），均由引風機值班室后臺監控電腦實現遠程控制。

鑒于高壓配電室空間不足，在配電室與電機之間選取一塊空地增改一座變頻器，變頻器與電機之間增加一段電纜。

變頻運行方式為：合上1QS、2QS，將QF搖至工作位置，微機遠程變頻啟動：閉合1QF開關、2KM接觸器閉合，電動機變頻運行。

圖2 改造后運行示意圖

當變頻器故障或因其他原因退出后，3 KM接觸器自動閉合，電動機轉入工頻運行模式。

改造工作已完成，投入運行，原斷路器柜上的綜合保護裝置顯示運行電流為4.77A、有功功率為86.37kW、功率因數為0.98，相比工頻運行電流17.83A、有功功率219.3kW要小得多，功率因數提高較多。變頻器面板顯示運行頻率為31.32Hz、輸出電流15.4A。調節閥門，由工頻的44%變為99.7%，基本實現了全開。

5 節能分析及應用效果

5.1 節能分析

參見其中一個月每天的消耗電量統計表及運行參數圖，可以看出變頻改造后的引風機比工頻運行的引風機消耗電能大大減少。日均功率見圖3，日均節電率見圖4。

圖3 日均功率統計數據圖

圖4 節電統計數據圖

通過統計報表，可以算出工頻運行功率平均為212.67kW，變頻運行功率平均為110.16kW，節電率平均為48.14%，即減少102.51kW。

作為主力鍋爐，除去定修及設備檢修，引風機每年要運行330天，即7920h。

通過計算可得，每年減少電量：

P=102.51kW×7920h=811879.2kW·h

按平均電價0.55元/kW·h，可得年節約成本：811879.2kW·h×0.55元/kW·h=446533.6元

5.2 其他效果

改善了功率因數，減少了無功功率消耗，在一定程度上減輕了無功補償設備的負擔。

由于降低了電動機的運行電壓，延長了使用壽命。

6 結束語

本文通過大量的實際運行數據，分析了引風機變頻節能改造的顯著效果；通過改造減少了電費支出，降低了鍋爐運行成本。

[1]李華德.現代交流電機變頻調速系統[M].北京：石油工業出版社，1996.

[2]韓安榮.通用變頻器及其應用[M].北京：機械工業出版社，2000.