變頻技術在鍋爐風機中的應用

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，一旦出現問題，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電動機轉速以調節風量，在提高鍋爐熱效率、燃燒效率和節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，實現自動控制。

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。

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，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。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據的形式傳遞送至變送器，再由變送器將數據轉化為電信號，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據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，變頻器就要根據不同的電壓信息以及頻率對引風機的轉速進行控制，調節風速。

3 風機變頻控制的優勢體現

1）以往在控制燃燒時，采用人工控制的方法，這就需要經驗豐富的施工人員進行控制，所以經常會出現誤差。但是自動化控制技術的應用，減少了擋板、調節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，提高了煤礦企業的生產效率。

2）以往在啟動中，電流的突然加大會產生高于平時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產生沖擊，電壓波動大，嚴重影響電網安全。使用變頻對啟動電流進行調速，能夠實現軟啟動，減少上述因素對電動機、電網的影響問題。

3）具有自動保護功能，能夠自動對風機中出現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，系統能夠運行平穩，根據實際運行狀況自行進行無級調速，而且調速范圍大。

4 節能效果

礦鍋爐房現有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如表1所示。

式中：U表示電壓；P表示耗電量；cosφ為功率因數；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。可以計算出鼓風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

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約550 kW的電量，以每度電0.8元計算，每天大約節約440元，一年能夠節約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勢明顯，節能效果顯著，有著廣泛的推廣應用價值。