变频器在燃气锅炉引风机上的节能应用

张卫

变频器在燃气锅炉引风机上的节能应用

张卫

（湖南华菱涟源钢铁有限公司 湖南娄底 417009）

随着工业自动化程度的不断提高，用电节能是大势所趋，变频器得到了非常广泛的应用。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的控制设备。主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元等组成。本文通过变频器在发电厂引风机中的应用，介绍变频器的节能原理及实际应用效果。

变频器；节能原理；效果

1 引言

在钢铁行业去产能的背景下，节能降耗成为各企业的重点。采用变频节能技术，为企业降低运行成本是首选。具有自主知识产权的变频技术得到了广泛应用，产品稳定性高，价格适中及售后等优势得到很多企业的采用。

涟钢燃气发电厂一台150T/h锅炉，采用二台引风机、一台送风机，风机配置功率为送风机电机400kW额定电流29.8A，引风机电机450kW额定电流33.5A，电压均为10kV的三相交流异步电机。采用传统挡板作为引风量的调节，这种配置缺点是挡板两侧风压差造成节流损失，同时风机挡板执行机构为大力矩电机执行器易出故障。涟钢燃气锅炉引风机采用利德华福电气技术有限公司变频器调节，降低了能耗提高了效率。

HARSVERT-A10/035变频器虽然单体尺寸比较大，但由于所有部件包括变压器都安装在柜体之中，集成为一个整体，不需要另辟变压器安装场地，现场安装工作量小。变频器投入运行后，由于电网侧功率因数，在各种负载情况下，和工频运行相比，电网侧的电流都大大下降。电机的无功电流都由变频器直接补偿，不需要无功补偿装置。

2 变频调速降低能耗的原理

工况的变化是多样的，电机拖动负载运行时会有短暂的过载，所以电动机的选型会考虑电机的最大功率大于负载，一般以10%作为参考有些特殊情况范围更宽。假设电动机的功率选小了在拖动大负载时，出现小马拉大车现象，将会使电机发热，严重的会导致绝缘老化甚至击穿烧毁电机，反之功率过大，电机的励磁电流会增大，将造成过多的无功损耗，且功率因数降低，造成经济效益下降。电机长期工作在经济工况，即额定值的85%左右，这样剩余功率就白白浪费了，为了解决这一问题，引进变频技术，在不同工况下进行负荷的跟踪匹配，实现了电机拖动的最优自动控制。

冶金企业自备发电厂采用高炉产生的富余煤气作为主燃料，风机的运行需要随时根据燃料多少进行风量的调节，对于这类非恒转矩设备，应用变频技术控制输入功率，使转速调节与负荷匹配达到最优，从而大大降低风机因节流产生的损失，由于风机为大功率电机占厂用电的比重大，引进变频器调节风量将使能耗得到显著降低。

2.1 风机降耗的原理

根据负荷运行时控制风的大小方法如下：

（1）调节风门挡板的开度；

（2）调节风机转速。

采用调速方法降耗的原理是基于风量、压力、转速、转矩之间的关系这些关系是

式中：Q-风量；p-压力；n-转速；T-转矩；P-轴功率。

风机的风量与转速的1次方成正比，压力与转速的2次方成正比，而轴功率与转速的3次方成正比，即能耗与转速成立方关系，如电机在80%额定转速时，其功耗即可降≈50%轴功率的实际值（kW）由下式给出

式中：Q——风量；

p——压力（n3/s）；

ηb——风扇或风机的效率；

ηc——传动装置效率，直接传动时为1。

图1所示为采用不同的调节方法时电动机输入功率（既风机轴功率）与风量的关系曲线。

图1 风机各种风量调节时的输入功率比较

采用不同的调节方法电动机的输入功率（既电源应提供的功率）也不同，图中比较了输出端风门控制、输入端风门控制、电磁转差调速及液力耦合控制、和采用变频调速控制的电动机的输入功率与风量之间的相互关系。

图2表示输入端风门控制、电磁转差或液力耦合调速控制以及变频调速控制方法下将风量调到0.5（Pu）时的节电情况。

图2 风门控制、电磁转差、变频调速控制节电情况

图中划斜线部分的面积表示风量调到0.5（Pu）时的节电量。变频调速的情况下所需电源功率仅为全风量的12.5%，当然这是理想情况下得到的结果。

2.2 我厂两台引风机的节能估算

由于在相同条件下风压和流量的大小与电机电流的大小成正比所以这里只用工频运行档板调节时的电机电流和变频调节时变频器的输入电流作一比较从而说明节电效果

当锅炉负荷为150t/h时见表1。

表1

根据P＝IU√3COSφ可得计算结果见表2。

表2

可得出2台风机每小时可节能618.34kW·h。以上仅取电流的变化值做单一的比较，在实际中各种工况下运行的不同，节能降耗效果也不一样。所以实际节能要比估算的结果有一定的出入，但节能效果是非常显著的。

3 常见故障

变频器运行期间，曾出现过变压器线圈过热、少数螺栓断裂等现象，但这些问题在检修过程中都得到彻底解决。变频器使用至今，运行十分稳定，尽管有时因为风压反馈信号干扰引起风量小幅波动，但经过对现场风压信号加强滤波，这些小问题也都基本根除。

4 结束语

我厂变频器于09年投入运行，从用电数据反馈能够实现较大的节能效益，与原来工频运行相比，由于变频器对电机实现柔性启动，启动电流大大减小，对机组没有任何冲击。HARSVERT-A10/035型变频器性能良好，由于启用了变频器自动调节，减少了值班人员的工作量，同时减少了对电机、风机的启动冲击，延长了设备的使用寿命。

TK223.2

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1004-7344（2016）27-0245-02

2016-8-27

张卫（1984-），男，助理工程师，本科，主要从事发电厂电气方面工作。