變頻技術(shù)在鍋爐風(fēng)機(jī)改造中的應(yīng)用

王 鋒

（陜西凌云電器集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006）

變頻技術(shù)在鍋爐風(fēng)機(jī)改造中的應(yīng)用

王 鋒

（陜西凌云電器集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721006）

研究變頻技術(shù)在鍋爐風(fēng)機(jī)改造中的應(yīng)用，利用變頻技術(shù)來改造鍋爐風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約能源、降低成本、提高企業(yè)效益的目標(biāo)。變頻調(diào)速可調(diào)性能好，反應(yīng)速度快，線性度和準(zhǔn)確性均很高，為實(shí)現(xiàn)高程度自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。

變頻技術(shù)；鍋爐；風(fēng)機(jī)；節(jié)能

隨著世界各國對綠色環(huán)保和低碳生活的推廣，節(jié)能減排已成為我們國家的一項(xiàng)基本政策，也是目前企業(yè)發(fā)展中的一項(xiàng)重要舉措。許多老企業(yè)的大功率電機(jī)設(shè)備，都存在設(shè)備落后、能耗大、對環(huán)境污染嚴(yán)重的現(xiàn)象，通過變頻技術(shù)改造鍋爐風(fēng)機(jī)后，發(fā)現(xiàn)設(shè)備具有性能可靠、功能齊全、噪音低、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益也非常顯著。這也是筆者在本文中積極提倡的原因。

1 鍋爐風(fēng)機(jī)的現(xiàn)狀及改造原因

大多數(shù)風(fēng)機(jī)、水泵在使用過程中，都存在大馬拉小車的現(xiàn)象，加之因生產(chǎn)、工藝等方面的變化，需要經(jīng)常調(diào)節(jié)氣體和液體的流量、壓力等。很多企業(yè)原有鍋爐的風(fēng)機(jī)，還采用的是落后的靠調(diào)節(jié)擋板（閥門）開啟度的方式，來調(diào)節(jié)風(fēng)量。這實(shí)際上是通過人為增加阻力的方式，并以浪費(fèi)電能和金錢為代價(jià)，來滿足工藝和工況對氣體調(diào)節(jié)的要求。這種調(diào)節(jié)方式，不僅精度差，費(fèi)力費(fèi)時(shí)費(fèi)錢，而且很難滿足現(xiàn)代化工業(yè)進(jìn)步的要求，這就迫切需要我們利用新技術(shù)來改造老設(shè)備。

2 應(yīng)用變頻技術(shù)的實(shí)施方案

根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性，風(fēng)機(jī)的流量變化，與轉(zhuǎn)速成正比；而功率變化，則與轉(zhuǎn)速變化立方成正比。因此，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，風(fēng)量減少，電機(jī)功率則成立方比下降。所以采用調(diào)速方式運(yùn)行設(shè)備，可以大量節(jié)約電能。

2.1 風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)輸出風(fēng)量的方法

（1）通過改變風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)特性曲線，來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。這種辦法是通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板的開關(guān)程度來實(shí)現(xiàn)的。如圖1所示。

圖1 不同管網(wǎng)的特性曲線風(fēng)機(jī)風(fēng)量的特性曲線

在調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)流量的過程中，而風(fēng)機(jī)的性能曲線（H-Q曲線）不變，工況點(diǎn)沿著風(fēng)機(jī)的性能曲線(HQ曲線)由M1移到 M2，特性曲線由 R1變?yōu)镽2，風(fēng)機(jī)輸出流量由Q1變?yōu)镼2，這種方法結(jié)構(gòu)簡單，操作容易。目前多數(shù)風(fēng)機(jī)都采用這種方法，但是由于風(fēng)機(jī)的內(nèi)部壓力由H1變?yōu)镠2，這樣，在流量減少的同時(shí)，壓力同時(shí)上升，在檔板上消耗了大量的無效軸功率，極大地降低了風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)換效率，浪費(fèi)了大量的能源。

（2）通過改變風(fēng)機(jī)葉片的角度，來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)。當(dāng)風(fēng)機(jī)管網(wǎng)性能曲線不變時(shí)，通過改變風(fēng)機(jī)葉片的角度，使風(fēng)機(jī)的特性曲線（H-Q曲線）改變。在調(diào)低流量的同時(shí)，風(fēng)機(jī)內(nèi)部壓力也隨之下降，具有很好的節(jié)電效果。但是這種方法使風(fēng)機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)磨損較大。同時(shí)，調(diào)節(jié)葉片角度必須停機(jī)進(jìn)行，無法用在需要風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行、連續(xù)調(diào)節(jié)的場合。

（3）通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的風(fēng)量調(diào)節(jié)。在風(fēng)機(jī)的管網(wǎng)特性不變，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機(jī)的特性曲線（H-Q曲線）平行移動(dòng)，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。如圖2所示。

圖2 風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不同時(shí)的特性曲線

當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，流量降低的同時(shí)，風(fēng)機(jī)的壓力也同時(shí)隨之降低，這樣，具有極好的節(jié)電效果。這種方法不必對風(fēng)機(jī)本身進(jìn)行改造，轉(zhuǎn)速由外部調(diào)節(jié)，風(fēng)機(jī)檔板可處于全開位置保持不變，并能實(shí)現(xiàn)無級線性調(diào)節(jié)風(fēng)量。

（4）轉(zhuǎn)速與采用擋板調(diào)節(jié)流量消耗功率的差值，在調(diào)節(jié)相同風(fēng)量時(shí)，其運(yùn)行對比前圖可見，在額定風(fēng)量時(shí)，兩種調(diào)節(jié)方式的消耗軸功率是相同的；在不同風(fēng)量時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是所有調(diào)節(jié)中消耗軸功率最少的一種。

2.2 轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)

（1）改變轉(zhuǎn)差率，在低速時(shí)轉(zhuǎn)差率大，轉(zhuǎn)差損耗大，效率很低。

（2）變極調(diào)速（即改變磁極對數(shù)），不能獲得無級調(diào)速和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（3）變頻調(diào)速，通過改變供電頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速，在調(diào)速過程中從高速到低速，都可以保持有較小的轉(zhuǎn)差率，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速、自動(dòng)控制、具有較好的調(diào)速性能。

綜上所述，變頻調(diào)速是異步電動(dòng)機(jī)比較理想的調(diào)速方法。近年來，變頻器可靠性不斷提高，價(jià)格不斷下降。由此。我們確定了對鍋爐風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻調(diào)速改造的方案。

3 改造后的效果

凌云電器集團(tuán)有限公司此次先對3#鍋爐鼓風(fēng)機(jī)（11 kW）、引風(fēng)機(jī)（55 kW）進(jìn)行了變頻技術(shù)改造，經(jīng)過考察選用了ABB公司的變頻設(shè)備（型號：ACS550，ACS401），根據(jù)爐膛負(fù)壓、蒸汽壓力、溫度等信號調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。自2010年5月完成變頻改造工程，經(jīng)過一個(gè)采暖期的運(yùn)行設(shè)備工作正常，2010～2011年用汽淡季更突顯了變頻節(jié)能的優(yōu)勢，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

未進(jìn)行變頻改造前，電機(jī)不能調(diào)速，風(fēng)量是通過調(diào)整風(fēng)閥的開啟度調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小，既不方便又浪費(fèi)能源。根據(jù)需求我們對3#鍋爐進(jìn)行了改造，通過頻率調(diào)整改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。

以下折線圖，改造前后3#鍋爐每8 h的用電量比較（改造前為2009年數(shù)據(jù)，改造后為2010年至今的數(shù)據(jù)），可說明實(shí)施改造后的效果。

圖3 改造前后3#鍋爐用電量對比圖

從圖3可看出，3#爐引風(fēng)機(jī)變頻技術(shù)改造后，通過正確的調(diào)整供電頻率，用電量有明顯下降。

可以看出，變頻控制節(jié)能潛力巨大。改造后2010年5月～2011年3月，共計(jì)運(yùn)行8106 h，每班（8 h）用電量也由483 kW·h下降到322 kW·h，較上年同期每班節(jié)電161 kW·h，平均電價(jià)按0.51元/（kW·h）計(jì)，預(yù)計(jì)全年可節(jié)省電費(fèi)

161（kW·h）×3班×240日×0.51元/（kW·h）=59119元。

變頻改造費(fèi)用約50000元，不到一年，便可收回全部投資，超過預(yù)期目標(biāo)。

該項(xiàng)目以后每年可為總公司增加數(shù)萬元的凈利潤，進(jìn)一步提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

變頻器的使用，實(shí)際上有著許多節(jié)能以外的好處。改造前在用汽淡季，鍋爐房風(fēng)機(jī)每日啟停一般都在3～4次,頻繁啟動(dòng)對設(shè)備是不利的，而風(fēng)機(jī)的噪音和震動(dòng)也都比較大，變頻調(diào)速則起到了一定的保護(hù)作用。

變頻調(diào)速不僅可調(diào)性能好，反應(yīng)速度快，而且線性度和準(zhǔn)確性均很高，為實(shí)現(xiàn)高程度的自動(dòng)化提供了基礎(chǔ)。其保護(hù)功能齊全，變頻器本身具有欠壓、過載、短路等一系列保護(hù)功能，從而提高了電氣保護(hù)品質(zhì)。電機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，對電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)沖擊幅度下降，并且改善了設(shè)備運(yùn)行工況，軸承溫度降低，減少了風(fēng)機(jī)維修費(fèi)用，轉(zhuǎn)速降低，延長了風(fēng)機(jī)壽命，特別是風(fēng)機(jī)的噪音和震動(dòng)，都得到了非常明顯的改善。今日，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了鍋爐的自動(dòng)控制，但變頻調(diào)速仍是這個(gè)系統(tǒng)里不可缺少的一環(huán)。

[1]孫建中，劉鳳春.電機(jī)與拖動(dòng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]張曉娟.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

Application of Converter Technique in Boiler Fan Transformation

WANG Feng
(Shan xi Lingyun Electronics Group Co.,Ltd.,BaojiShan xi721006,China)

Studying the application of converter technique in boiler fan transform ationusing converter techniqu to transform boiler fan can save energy and reduce the cost,improve enterprise efficiency.so the author think that frequency conversion is adjustable and has reaction speed,linearity and high accuracy for realizing high degree of it provides basis automation.

converter technique;boiler;fans;energy-saving

TM921.51

B

1672-545X（2011）08-0169-03

2011-05-23

王 鋒（1970-）男,陜西西安人，工程師；研究方向：電氣自動(dòng)化。