变频风量调节系统在锅炉节能降耗领域的应用

袁 峰

（武钢能源总厂热力厂，湖北武汉 430083）

1 前言

热力厂现有20多座锅炉，锅炉的引风机普遍采用330～2800k W大型电动机，且全部为定速电机，无论负载高低，电能消耗居高不下，造成了能源的极大浪费，以引风机电机最大的烧结电站为例：烧结电站3台余热锅炉引风机目前采用挡板调节方式，配用电动机为2800k W，在锅炉运行中，电功率基本不变，仅依靠引风机的挡板开度调节进风量，即通过炉膛压力信号依靠D C S对挡板进行调节来达到生产所需风量及压力，该风机电机功率高达2800k W，每年电费消耗很大。

2 问题的提出

锅炉进风量的传统调节方式是调节引风机挡板，即仅仅改变引风通道的流通阻力，而驱动源的输出功率并没有改变，节流损失相当大，浪费了大量电能。致使耗电率高，发电成本不易降低。同时，电机启动时会产生5～7倍的冲击电流，对电机构成损害。风机系统自动化水平低，不能及时调节，运行效率低。为此，我们采用变频调节方式对风机系统进行改造，利用改变电机转速来调节锅炉进风量的运行方式，以减少溢流和节流损失，提高系统运行的经济性。

此次变频节能改造拟对上述3台风机系统进行初步改造，计划改造设备参数统计如下：

（1）电机额定数据：

型号：Y R k k 800-6

额定功率：2800k W

额定电压：10k V

额定电流：195A

额定转速：980r/m i n

功率因数：0.80

（2）负载额定数据：

型号：2700D IB B 80

额定流量：58万m3/h

全压：4750P a

轴功率：2580k W

（3）系统运行数据：

阀门开度：55%

运行电流：172A启动方式：水阻启动年运行时间：8000h运行靠挡板调节风量风压。此风机主要是输送热蒸汽用。

3.1 采用变频调速的优点

3.1.1 风机启停频繁，轴承容易弯曲变形的故障现象

由于烧结环冷机工况不稳定，造成引风机启停频繁，没有盘车装置风机轴承在静止状态下容易产生弯曲变形。对此采用变频器装置，利用变频器的变速功能，在环冷机停止工作时，可对引风机进行低速盘车避免轴承弯曲，大大减少此类故障的发生。

3.1.2 采用变频启动，弃用水阻启动，可以确保职工人身安全

3台引风机原采用水阻启动，而水阻属于20世纪70年代左右的产物，安全上存在很大隐患，已属于渐被淘汰的产品。烧结余热锅炉引风机水阻同样在设计上也存在缺陷，4烧、5烧引风机的水电阻曾于2008年、2011年两次发生爆炸故障，险些造成人身事故，淘汰水电阻后，运行人员的人身安全得到可靠保障。

3.1.3 提高网侧功率因数

原电机直接由工频驱动时，满载时功率因数为0.8～0.9，实际运行功率因数远低于额定值。采用高压变频调速系统后，电源侧的功率因数可提高到0.95以上，大大的减少无功功率的吸收，进一步节约上游设备的运行费用。

3.1.4 降低设备运行与维护费用

采用变频调节后，通过调节电机转速实现节能；转速降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨损较前减轻，维护周期、设备运行寿命延长；变频改造后风门开度可达100%，运行中不承受压力，可显著减少风门的维护量。在使用变频器过程中，只需定期对变频器进行除灰清洁维护，不用停机，保证了生产的连续性。从实际改造情况看，采用变频调速后，运行与维护费用大大降低。

3.1.5 软启软停功能

采用高压变频改造后，电机实现软启软停，启动电流不超过电机额定电流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。在整个运行范围内，电机可保证运行平稳，损耗减小，温升正常，无任何附加的异常振动和噪音。

3.1.6 保护功能增加，提高电气运行的可靠性

与原来旧系统相比较，变频器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升等多项保护功能，提高了电机运行的可靠性。

3.1.7 便于实现高度自动化

变频改造后便于实现控制系统自动化。风机系统的风量经常需要根据工艺的要求变化，在过去用挡板调节时，存在执行机构的开度与流量的关系曲线的线性问题。往往由于执行机构的磨损量过大，阀门特性发生变化，出现非线性问题，致使调节过程失误，自动控制系统无法正常工作。而变频调速始终保持在线性高精度0.1～0.01H z的范围内工作，为实现系统的自动化创造了优越条件。

3.1.8 增强系统运行的可靠性

智能高压变频调速系统适应电网电压波动能力强，电压工作范围宽，电网电压在-35%～+15%之间波动时，系统均可正常运行。

4 变频调速方案的节能估算

烧结余热锅炉风机高压变频改造节能分析节能分析：

设备名称：烧结余热锅炉 1#、4#、5#引风机电机

工频运行功率（平均）：2383k W

变频后运行功率（平均）：2050k W

节电率：14%

每小时节约电量：333k W

5 方案确定

采用手动一拖一旁路方式改造电气原理如图1。

图1 改造电气原理示意图

系统母线电源经变频装置刀闸K 1到高压变频装置，变频装置输出经刀闸K 2送至电动机系统母线电源还可经刀闸K 2切换至工频侧直接起动电动机。变频装置故障保护由变频器故障节点与用户开关连锁，一旦变频故障即可马上断开输入侧高压开关及刀闸K 1，将变频装置隔离，切换刀闸K 2至工频侧，合高压开关工频起动电机运行。刀闸K 1、K 2之间具有闭锁和防止误操作功能。

2800k W风机系统原有软启动系统保留在工频旁路回路中，以保证工频旁路时可以成功软启动。

烧结余热锅炉引风机变频器运行数据：

烧结余热锅炉引风机（3台）：2800k W/10k V

系统配置型号：T t n v e r t-A 4 H 3500/03 Y，Ⅰout=200A

系统旁路及启动方式：一拖一手动旁路

单元配置：T I N V U-210/17 B 1

系统尺寸及重量：6010×1200×2550（长×宽×高），8220k g

6 改造后烧结余热锅炉引风机变频调速装置试运行情况

2012年11月8日，烧结电站3台余热锅炉引风机电机变频改造全部完成，通过采用变频启动，解决了风机没有盘车装置的弊端，减少了风机震动的频率及停炉的次数。同时又解决了水阻启动在工艺上存在的缺陷，使维护量大幅减少。目前变频器运行稳定。

7 改造后的节能检验

7.1 经济效益计算

经实测，现在余热炉产汽量和改造前产汽量一样的情况下，风机每小时耗电量要比原来减少200k W·h，3台引风机每天节约成本：200×0.5×24×3=7200元每年节约成本：

7200元×200日=140万元

即3台引风机每年可节约电费140万元。

7.2 社会效益

由于变频器的安全性远高于水电阻启动方式，因此，本次改造不仅确保了职工的人身安全，也大大提高了引风机的工作可靠性（每年可增加30个工作日）。

8结论

变频风量调节技术是一项新技术，该技术通过追踪烧结余热锅炉的重要参数（炉膛负压、烟温、汽包水位等）自动调节引风机电机转速，来达到进风量自动控制的效果，实现锅炉引风机安全、节能、高效运行。