高壓變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐引風(fēng)機(jī)改造中的節(jié)能運(yùn)用＊

陳笑梅，楊亞洲

（1.國(guó)家電網(wǎng)甘肅送變電工程公司甘肅誠(chéng)信電力機(jī)具制造有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730050；2.大型電氣傳動(dòng)系統(tǒng)與裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅天水741020；3.天水電氣傳動(dòng)研究所有限責(zé)任公司，甘肅天水741020）

高壓變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐引風(fēng)機(jī)改造中的節(jié)能運(yùn)用＊

陳笑梅1，楊亞洲2，3

（1.國(guó)家電網(wǎng)甘肅送變電工程公司甘肅誠(chéng)信電力機(jī)具制造有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730050；2.大型電氣傳動(dòng)系統(tǒng)與裝備技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅天水741020；3.天水電氣傳動(dòng)研究所有限責(zé)任公司，甘肅天水741020）

隨著高壓變頻裝置應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，高壓變頻調(diào)速技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、煤炭、石油、化工等行業(yè)，其對(duì)優(yōu)化生產(chǎn)工藝、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益等都具有重要意義。針對(duì)某公司鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻改造案例，采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的鍋爐引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，并通過(guò)改造前后相關(guān)數(shù)據(jù)的分析來(lái)驗(yàn)證該技術(shù)的可行性。

高壓變頻裝置；引風(fēng)機(jī)；調(diào)速技術(shù)

1 引言

某公司共有6座鍋爐12臺(tái)引風(fēng)機(jī)，用于向全公司各分廠提供蒸汽以推動(dòng)化工生產(chǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，這些鍋爐引風(fēng)機(jī)一直采用液力偶合器調(diào)速方式來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，調(diào)速范圍小，精度低，線性度差，響應(yīng)速度慢，高速丟轉(zhuǎn)約5%－10%，低速轉(zhuǎn)差損耗大，最高可達(dá)額定功率的15%，特別是低負(fù)荷時(shí)節(jié)流損耗更大。啟動(dòng)這些風(fēng)機(jī)將會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊，同時(shí)啟動(dòng)沖擊轉(zhuǎn)矩也會(huì)顯著危害電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。

為了徹底解決上述問(wèn)題，對(duì)6座鍋爐的12臺(tái)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造十分必要。本文采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍寬，調(diào)節(jié)精度高，運(yùn)行效率大。同時(shí)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)，減少啟動(dòng)沖擊及設(shè)備磨損。通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使?fàn)t膛的負(fù)壓和氧量等指標(biāo)與引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量維持穩(wěn)定關(guān)系，以滿足鍋爐燃燒及穩(wěn)定運(yùn)行需要，達(dá)到改善技術(shù)工藝和節(jié)能降耗的目的。

2 變頻改造方案

該公司六座鍋爐的12臺(tái)引風(fēng)機(jī)均采用高壓變頻裝置，利用變頻器來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此來(lái)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓。一臺(tái)鍋爐的2臺(tái)引風(fēng)機(jī)均采用一拖一的方式，兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，通過(guò)主從控制結(jié)構(gòu)以滿足多機(jī)間的力矩平衡及速度同步，其主從控制回路圖如圖1所示。

高壓變頻裝置采用單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器，由若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)方式直接實(shí)現(xiàn)高壓輸出。該變頻器對(duì)電網(wǎng)的諧波污染小，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，輸出波形好，不存在由諧波引起的電動(dòng)機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲、輸出du／dt、共模電壓等問(wèn)題，可應(yīng)用于普通的異步電動(dòng)機(jī)，且對(duì)電動(dòng)機(jī)及輸出電纜的長(zhǎng)度無(wú)特殊的要求。

圖1 兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)主從控制回路圖

為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，為變頻器同時(shí)加裝自動(dòng)工頻旁路裝置，其主回路圖如圖2所示。

變頻器發(fā)生故障時(shí)，變頻器同時(shí)斷開(kāi)輸入和輸出，電機(jī)可以自動(dòng)切換到工頻下運(yùn)行，保證風(fēng)機(jī)能夠持續(xù)不間斷地工作以不影響生產(chǎn)。工頻旁路由2個(gè)高壓真空接觸器1kM和2kM、2個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1和QS2及高壓斷路器3QF組成（其中QF為甲方原有的高壓開(kāi)關(guān)）。要求QS1、QS2、1kM、2kM不能與3QF同時(shí)閉合，在電氣上實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。變頻運(yùn)行時(shí)，QS1、QS2閉合，1kM、2kM 閉合，3QF 斷開(kāi)；工頻運(yùn)行時(shí)，QS1、QS2斷開(kāi)，1kM、2kM 斷開(kāi)，3QF 閉合。

為了實(shí)現(xiàn)變頻器的故障保護(hù)，變頻器對(duì)變頻側(cè)主回路1kM、2kM及工頻側(cè)3QF和10kV開(kāi)關(guān)QF進(jìn)行聯(lián)鎖，一旦變頻器出現(xiàn)故障并發(fā)送故障信號(hào)給旁路柜，旁路柜就會(huì)跳開(kāi)QF和1kM、2kM，同時(shí)通過(guò)延時(shí)繼電器延時(shí)2～5s閉合3QF，續(xù)而閉合QF，使電機(jī)投入工頻運(yùn)行。

變頻器檢修時(shí)隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2由手動(dòng)斷開(kāi)以形成明顯的斷開(kāi)點(diǎn)，保證工作人員的安全。

圖2 自動(dòng)旁路柜主回路圖

高壓變頻裝置具有遠(yuǎn)程控制和本地控制功能，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻器的啟動(dòng)、停機(jī)、調(diào)速等控制，并對(duì)變頻器的運(yùn)行數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)實(shí)施監(jiān)控。為了實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)的高可靠性，在現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)上配置變頻器控制按鈕，它也可以對(duì)變頻器實(shí)施啟動(dòng)、停機(jī)、加速和減速等控制。變頻調(diào)速系統(tǒng)通過(guò)DCS系統(tǒng)的模擬操作器，參照爐腔的煙氣溫度、蒸汽溫度、負(fù)壓等參數(shù)，對(duì)DCS的輸出值進(jìn)行調(diào)節(jié)，并將此輸出值反饋給變頻器作為不同的頻率（速度）的給定值。變頻器通過(guò)比較轉(zhuǎn)速輸出量與DCS速度給定值之間的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此實(shí)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，使系統(tǒng)的運(yùn)行達(dá)到最佳的節(jié)能效果，其爐腔負(fù)壓閉環(huán)控制框圖如圖3所示。

圖3 爐腔負(fù)壓閉環(huán)控制框圖

3 變頻改造前后節(jié)能效果的對(duì)比分析

六臺(tái)鍋爐風(fēng)機(jī)變頻器從投運(yùn)以來(lái)一直運(yùn)行穩(wěn)定正常。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，爐側(cè)需要根據(jù)機(jī)組負(fù)荷的變化要求來(lái)同時(shí)調(diào)整甲、乙引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此來(lái)完成其過(guò)程控制量的調(diào)節(jié)。由于甲、乙引風(fēng)機(jī)性能指標(biāo)一致（忽略偶爾搶風(fēng)的情況），因此可以對(duì)甲、乙引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)合并處理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，隨機(jī)抽取1＃爐甲引風(fēng)機(jī)和6＃爐甲引風(fēng)機(jī)在變頻狀態(tài)下某負(fù)荷的平穩(wěn)時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，其耗電情況如表1所示。

表1 變頻改造前后的節(jié)能效果對(duì)比

數(shù)據(jù)計(jì)算分析（運(yùn)行時(shí)間按每年330天計(jì)算）如下：

以此推算，6座鍋爐引風(fēng)機(jī)一年的節(jié)電總量為：

以工業(yè)電價(jià)0.54元／kWh計(jì)算，全年可節(jié)約電費(fèi)：

由式（1）～（4）可以看出，高壓變頻系統(tǒng)節(jié)電效果顯著。這是公司設(shè)備配置和工藝改造的一大成功。除此之外，該工藝改進(jìn)在實(shí)際應(yīng)用中還具有以下許多優(yōu)點(diǎn)：

（1）改善了引風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)特性。利用變頻器的軟啟動(dòng)，保持了引風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)力矩，降低了引風(fēng)機(jī)電機(jī)啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電電網(wǎng)容量的要求，減小了機(jī)械振動(dòng)和磨損，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（2）增加了調(diào)解的靈活性。與DCS系統(tǒng)無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，能更好地滿足工藝需要。

（3）變頻器功率因數(shù)可高達(dá)0.95以上。其大于電機(jī)的功率因數(shù)0.88，減少了無(wú)功，提高了上端設(shè)備的利用率。

4 結(jié)束語(yǔ)

從運(yùn)行情況來(lái)看，高壓變頻裝置性能良好，可靠性高，節(jié)能效果明顯，能夠滿足連續(xù)生產(chǎn)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求，達(dá)到了節(jié)能和改善工藝的目的，促進(jìn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的明顯提高，贏得了使用部門(mén)及運(yùn)行人員的認(rèn)可。

對(duì)于已投運(yùn)鍋爐引風(fēng)機(jī)及其它高耗能設(shè)備推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可節(jié)約能源，降低維護(hù)成本，優(yōu)化企業(yè)資源配置，為促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

Energy saving application of high－voltage variable－frequency speed－regulation technology in boiler induced－draft fan modification

CHEN Xiao－mei1，YANG Ya－zhou2，3
（1.Gansu Chengxin Electric Power Equipment manufacturing Co.，Ltd，Lanzhou 730050，China；2.State Key Laboratory of Large Electrical Drive Systems and Equipment Technology，Tianshui 741020，China；3.Tianshui Electric Drive Research Institute Co.，Ltd.，Tianshui 741020，China）

With the continuous development enlargement of the application fields of the high－voltage variablefrequency device，the VVVF technology has been widely using in various industries of the iron and steel，the coal，the petroleum，the chemical and the other industries.It has important significance for optimizing the production process，saving the energy and improving the economic benefit.Aiming at the modification of the boiler induced－draft fan，the VVVF technology is used to improve the traditional boiler induced－draft fan.Through the comparison，analysis and calculation of the relevant data before and after modification，it is proved that the feasibility of the VVVF technology.

high－voltage variable－frequency device；induced－draft fan；speed control technology

TM921；TP273

A

2016－11－16

1005—7277（2017）02—0041—03

甘肅省杰出青年基金項(xiàng)目（1606RJDE321）

陳笑梅（1976－），工程師，本科，長(zhǎng)期從事?tīng)繌堅(jiān)O(shè)備電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。