电厂锅炉风机上高压变频器应用探究分析

邹德斌

摘 要:本文通过对于高压变频器的工作原理,以及高压变频器在使用后的效果分析对比。充分证明了高压变频器在电厂锅炉风机上的应用具有很好的节能效果,可以带来可观的经济效益。

关键词:高压变频器节能电厂

中图分类号:TN77 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(b)-0083-01

1 调速方法的选择

调速方式主要有串级调速、内反馈串级调速、液力耦合器调速、高压变频调速等方法。但前三种方法都有其不可避免的缺点,串级调速缺点包括:难以实现系统配套、控制系统复杂、对电网影响大;内反馈串级调速缺点包括:电机需要配套、容易出现事故、对电网影响大、和设备老化快;液力耦合器调速缺点包括:精度低、启动电流大、维修困难成本高。由于目前电力电子技术的发展,计算机控制技术的进步,现代通信技术、高压电气以及电机拖动等综合性领域的学科技术不断成熟,因此相比于其他调速方式,高压变频调速有无法比拟的优点[4]:

(1)由于变频器采用的是液晶显示界面,触摸式调整面板,可以同步显示电压、电流、电机转速、频率,所以可以非常直观的显示出电机工作时的状态。(2)准确地显示频率分辨率以及精确的调速精度,可以满足全部生产工艺状况的需要。(3)高压变频器带有国际通用外部接口,可以与可编程控制器及工控机等仪表相互连接,还可以与其原设备控制回路相互连接,构成部分闭环系统。(4)由于具有工业电气保护和电力电子保护功能,保证高压变频器以及电机在运行正常或故障时有可靠的安全保障。(5)由于电机具有软制动、软启动;且启动的电流小并小于电机的额定电流,电机启动的时间连续且可调。可减少对电网的负面影响。(6)具有近程和远程操作功能,可以通过互联网等方式进行远程监控功能。(7)可减少配件损耗,能够延长设备寿命,降低成本的时候提高劳动效率。

2高压变频器节能原理

2.1 风机的基本参数

Q为风量(m3/h):单位时间内,风机所输送的空气量。

H为风压(Pa或MPa):空气经过风机时,单位体积空气所增加的能量。

n为转数(r/min):风机叶轮单位时间内的转数。

Ps为轴功率(kW):原动机加载在风机转轴上的功率。

Pn为有效功率(kW):单位时间内,风机对空气做功的实际功率。

η为风机效率:风机对空气做功,有部分损失而不能将能量全部传递给空气,一个评价风机优劣的标准。

2.2 调节转数的节能原理

采用调节风机转数控制风量的方法与调节风门的方法相比较,有明显的节电效果。原理如图1所示。

在图1中,曲线1表示风机在恒速下风压——风量的特征曲线,曲线2表示风机在恒速下功率——风量的特征曲线;曲线3表示管网的阻力特性的曲线(风门全开的情况)。

假设风机设计在工况为A点时,为效率最高。此时,风机输出的风量Q是100%,轴功率(Ps1)与风压(H1)和风量(Q1)的乘积成正比关系,即Ps1与由OQ1AH1围成的图形面积成正比。

当风量需要调节时,例如:将风量从额定的100%减少至风量的50%,即从Q1至Q2时,如果采用调节风门的方式来调节风量,使管网阻力特性的曲线由曲线3变为曲线4。也就是说,由于风门减小开度而增加了内部管网的阻力。同时,系统的图示工作点也由A点移动至B点。容易看出,虽然风量降低了,但由于风压增加,Ps2与OQ2BH2围成的图形面积成正比。且同Ps1相比较,相差不多。

但如果采用通过调节转速控制风量的方法,风机转速从原来的n1降低至n2。根据风机参数的比例规律可知,可绘出在转速n2情况下的风压——风量的特性曲线5,风机的工况用C点表示。可见,在满足相同的风量Q2的情况下,风压能大幅度降到H3,轴功率因与OQ2CH3成正比,也会有明显的下降。所节约功率与面积OQ1AH1和OQ2CH3的差值成正比。因此,可以看出,当选用调节转速来控制风量的方法,其经济效益十分明显的。

由流体力学可得,风量正比于转速的改变,风压正比于转速改变的平方,轴功率正比于转速改变的立方。

当其需要的风量减少时,风机转速下降时,风机功率以转速的立方下降。当其需要的风量为额定风量的50%时,可知轴功率下降至额定功率的12.5%。通过上面可以看出,调速节电的效果是十分明显的。

3 变频器投产运营后对机组运行的影响

(1)因投入变频器后,风道挡板处在全开位置,风道挡板的压流损失降低为0。(2)由于变频器可以非常平滑且稳定地调整风量,因此,运行人员就可以更加自如地调控燃烧。(3)当投入变频器后,可以大大改善锅炉的燃烧自动控制系统的工作状况,从而使自动装置的工作可靠性大大地提高。(4)如果电机的容量为800kW,大于风机的额定功率,这部分多余的容量将不会参与有效的利用,从而造成浪费。而投入变频器后,利用变频器可以超速的能力和功能,在不超出电机额定容量的前提下,可以使风速超速到2.5%,因而在机满负荷下可使得吸风机风压显著提高,锅炉的燃烧状况明显得到改善。(5)由于变频器具有软启动功能,这样就减少了电动机启动时的启动电流。从而有效减轻了启动机械转矩对电动机的机械损伤,有效的延长了电动机的使用寿命。

4 结语

随着厂网分管,竞价上网日益激烈,如何降低发电成本、提高发电企业的竞争力、挖掘节能潜力、加强内部管理是电厂必须认真对待的一件大事,当前发电厂电机节能方式的首选便是采用高压变频器技术。国产高压变频器具有价格低,其质量、可靠性、性能均很好地满足生产要求。将高压变频器应用在引风机、二次引风机上,不仅能直接降低生产用电、降低成本,增大上网电量带来的直接效益,而且同时提高设备及机组的可靠性,降低机组故障带来的隐形成本[5]。高压变频器技术在火电厂有良好的发展前景。

参考文献

[1] 赵发.浅谈高压变频器试验系统的设计[J].变频器世界,2007,(6):75～78.