變頻器在電廠節能中的應用

劉勇

摘 要：在電廠運行過程中，水泵和風機是電能耗損的主要設備，而變頻器的加入可以根據負荷情況實現電動機的無級變速，節能效果十分明顯。本文根據以往工作經驗，對變頻調速裝置的節能原理進行總結，并從對爐膛內的負壓進行自動控制、對電廠設備進行改造四方面，論述了變頻器在電廠節能中的應用。

關鍵詞：鍋爐電氣系統；變頻器；蒸汽壓力

中圖分類號：TN773.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0161-01

我國屬于能源消耗大國，對電能的需求量較大，在高能耗的化工企業發展過程中，節能設計顯得尤為重要。工業鍋爐是企業生產過程中的主要熱動力設備，其耗電量也會隨著氣溫和負荷的變化而變化。因此，人們需要對鍋爐的燃燒情況進行適當調節，主要調節方式為機械節流調節。但在此調節方式下，水泵和風機都會以滿負荷狀態運轉，從而導致電動機整體耗能量不會出現明顯降低。

1 變頻調速裝置的節能原理

1.1 變頻節能

根據流體力學知識可知，P=Q×H，其中P代表功率，Q代表流量，H代表壓力。在鍋爐實際工作過程中，如果水泵的效率保持不變，當流量Q下降時，水泵轉速也會出現下降，此時輸出功率P的下降幅度將會更大。換句話說，水泵電機的耗電功率與轉速近似呈現出立方比關系，表1記錄了軸功率和流量之間的節能關系。在鍋爐運行過程中，變頻器能夠對負載變動進行快速適應，并實施最高效率電壓的不斷供給。而在變頻調節過程中，變頻器還能對V/F曲線進行自動調節，從而實現電機輸出力矩的有效減小，降低輸入電流，最終達到節能目的。例如，某水泵電機的電功率為55kW，當轉速下降1/5時，耗電值為28.16kW，省電率為48.8%，當轉速下降一半時，耗電量便會降低至6.875kW，省電率高達87.5%。

1.2 軟啟動節能

在電機啟動過程中，主要的啟動方式為直接啟動或Y/D啟動，啟動所需要的電流為額定電流的4到7倍，如此一來，將會對機電設備和供電電網產生嚴重沖擊，對電網的容量要求也會相應提升。尤其是在電機啟動過程中，所產生的巨大電流和振動可以對擋板等裝置帶來損害，從而影響了電機的整體使用壽命。而在變頻節能裝置應用之后，可利用變頻器的軟啟動功能，幫助電機從零電流開始啟動，整個過程電流的最大值也不會超過額定電流，降低了整個流程對電網的沖擊，同時對電容的容量要求也有所下降，有利于設備維護工作的合理開展[1]。

1.3 功率因數補償節能

在鍋爐使用時，無功功率的增加可導致線損、設備發熱等情況出現，使電網有功功率降低，通過該過程作用，很多無功電能也會消耗在線路之中，降低了設備使用效率。由公式P=S×COSθ；Q=S×Sinθ可知，COSθ數值越大，有功功率也會得到增加。一般來說，普通功率的功率因數范圍在0.6到0.7之間，在變頻調速裝置得到應用之后，由于內部濾波電容的作用，COSθ≈1，從而實現電網有功功率的增加。

2 鍋爐電氣系統中變頻器的節能應用

2.1 對爐膛內的負壓進行自動控制

在鍋爐電氣設備運行過程中，變頻器可提高帶有調節功能的鍋爐引風機控制性能，最終提升爐膛內負壓的穩定性。如爐膛壓力調節性能差，當壓力過大時，會出現漏風和熱量損失，不利于節能工作的開展，如果負壓過小，會導致爐膛因為正壓過大而向外噴火，降低整個操作系統的安全性，還會對周圍環境產生污染。此時利用變頻器的閉環控制對負壓進行精確調節。具體過程如下：在鍋爐初始狀態下，可以由人工對空氣與煤氣比例進行調節，確保鍋爐內部達到理想的燃燒狀態，當引風機處于完全開啟狀態時，爐膛內的負壓將會達到100Pa，此時可利用變頻器對燃煤鍋爐進行調節，促使高壓力波動下的煤氣流量接近于初始狀態的煤氣流量，讓煤氣和空氣比例達到最佳，從而實現節能控制[2]。

2.2 變頻器的自動控制

在變頻器節能應用過程中，可進行手動控制也能進行自動控制，在自動控制信號確定過程中，可以采用4mA到20mA的電流信號，或者0到10V的電壓信號。除此之外，為了提升閉環控制的控制效果，可對相關自動控制要求進行合理滿足。而儀器表的啟動信號轉變過程中，需要將轉換器之中的信號轉變成4到20mA的電流信號，并將信號送至變頻器之中，從而對電動機的轉速進行合理控制，最終確保控制系統的有效簡化。但在實際控制過程中，流量的控制精度要比以往的起訂調節閥的控制精度高出很多。根據電廠使用要求，變頻器還可以通過對溫度控制來降低能量消耗，并實現對各種信號的綜合控制。

2.3 對風機進行自動控制

變頻器在風機中體現出十分明顯的節能效果，很多電廠在風機應用過程中選擇無靜壓風機，可保證風機運行過程中的流量與轉速呈現出正比的變化規律，為變頻器的節能應用提供了有效條件。例如，在風機運行過程中使用變頻器，可利用變頻調節提升風機運行過程中的節能水平。但在實際應用過程中，需要對電廠中的風機進行合理改造，當變頻器投入使用時，如果鍋爐電氣系統之中的風機需要提供原有能耗的50%，這說明該風機節約了50%的能耗。除此之外，還可以對風機能量進行充分調整，并依靠相關關系，將風機能量調整到原有的80%，以此來增加變頻器的節能效果。

2.4 設備改造后的節能效果

表2是某單位蒸汽鍋爐使用的變頻電機容量信息，整體規格為20t，電機的總容量為110+55+3+11+3+11 =193kW。

該鍋爐的工作時間為24小時，每月30天，變頻控制柜在高溫區和恒溫區的綜合節電率大概在35%。通過計算可以得出總耗電量為48636度，按每度電0.75元計算，總費用為30154元。每月的節煤量大概在1200×5%=60t，每月的實際用煤量大約為1200t，如果按照節能率5%來計算，每噸煤價格按480元來計算，每個月可以節約資金46800元。從這些計算數字中可以看出，在鍋爐電氣系統中應用變頻器，可實現對風量、流量的有效控制，對能源節約、提升企業經濟效益同樣具有重大意義，為企業實現可持續發展提供前提條件。

3 結語

綜上所述，伴隨著經濟的迅速發展，我國在企業節能減排工作上也提出了更高要求，變頻器技術的應用，可對電廠電氣系統性能進行合理調節，節能效果也十分明顯。通過對電廠耗電設備的升級和改造，不但能夠提升節能效果，還能在原有基礎上提高企業生產效率。因此，發電企業應該更加廣泛的應用變頻器，提升電廠經濟性。

參考文獻

[1]杜振海.高壓變頻器在火電廠應用中對電氣設計產生的影響[J].電子技術與軟件工程，2018，（02）：231-232+244.

[2]宮曉鵬.高壓變頻器在熱源廠汽輪機拖動異步機發電系統中的應用[J].變頻器世界，2017，（03）：70-73.

[3]英威騰.高壓變頻器在某熱電熱網循環水泵上的應用[J].自動化博覽，2017，（01）：62-64.