一次風(fēng)機(jī)由工頻改變頻效果分析

曹毅

摘 要：華北地區(qū)某熱電聯(lián)產(chǎn)公司（下稱公司）建有1臺220 MW的抽汽凝汽式供熱機(jī)組，年發(fā)電量約10億千瓦時，供熱面積約為300萬m2。自機(jī)組投產(chǎn)以來，鍋爐所用的2臺一次風(fēng)機(jī)作為公司的主要輔機(jī)設(shè)備始終為工頻定速運(yùn)行，根據(jù)負(fù)荷需要采用控制風(fēng)機(jī)擋板的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量變化，而作為電動機(jī)消耗的能量變化則不大，以致于很大一部分能量造成浪費(fèi)。為達(dá)到降低損耗，提高電機(jī)效率的目的，公司于2010年10月份對2臺一次風(fēng)機(jī)加裝了變頻器。通過工、變頻改造前后不同負(fù)荷情況下相關(guān)數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)的對比，在改變電機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)壓、實現(xiàn)調(diào)整需要、降低啟動電流、減少節(jié)流損失、節(jié)約電能等方面都顯現(xiàn)出了明顯效果，有效降低了廠用電率，最終提高了公司的綜合效益。

關(guān)鍵詞：一次風(fēng)機(jī) 工頻改變頻 效果分析 節(jié)能

中圖分類號：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0092-02

公司1號機(jī)組自投產(chǎn)以來，1號鍋爐所用的兩臺一次風(fēng)機(jī)為工頻運(yùn)行，其出力調(diào)整只能采用改變一次風(fēng)擋板開度來實現(xiàn)，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化調(diào)節(jié)擋板開度大小。一般情況下兩臺一次風(fēng)機(jī)經(jīng)常處于較低的效率工況下運(yùn)行，即使機(jī)組滿負(fù)荷，一次風(fēng)擋板開度也不到80%。不論風(fēng)壓需求0大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)輸出功率基本保持不變，大量的能量消耗在了風(fēng)機(jī)出口擋板的節(jié)流損失中。此外異步電動機(jī)在啟動時啟動電流一般達(dá)到電機(jī)額定電流的6～8倍，不但對廠用電形成較大沖擊，強(qiáng)大的電流及沖擊轉(zhuǎn)矩也會降低電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。

為了減小啟動沖擊電流，減少能量損失，降低廠用電率，提高發(fā)電廠的綜合效益，經(jīng)反復(fù)調(diào)研論證，公司決定對兩臺一次風(fēng)機(jī)電機(jī)加裝變頻裝置，通過改變電機(jī)頻率，進(jìn)而改變一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)線性調(diào)節(jié)一次風(fēng)出力的目的。

1 變頻器節(jié)能原理

根據(jù)流體力學(xué)原理，使用三相異步電機(jī)驅(qū)動的風(fēng)機(jī)，軸功率P與風(fēng)量Q及風(fēng)壓H的關(guān)系，P≈Q×H。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由變化到時P、Q、H的關(guān)系如下：

可見風(fēng)量Q與電機(jī)轉(zhuǎn)速N是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比關(guān)系。

又根據(jù)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速公式：，這里為供電頻率，單位Hz，為電動機(jī)極對數(shù)，由此可看到，當(dāng)電機(jī)的極對數(shù)不變的情況下，所需的軸功率P與供電頻率的立方成正比，所以假設(shè)當(dāng)需要80%的風(fēng)量時，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率至40 Hz即可，這時所耗功率即為原來的51.2%，從而大大降低了電機(jī)的功率損耗。

2 改造方案概述

公司在2010年10月利用機(jī)組小修機(jī)會對兩臺一次風(fēng)機(jī)電機(jī)加裝了變頻器，完成了一次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造。項目主要增加兩臺變頻器及相關(guān)配套的電纜及控制系統(tǒng)，其變頻裝置由北京某變頻科技股份有限公司生產(chǎn)，選用高-高方式、H橋單元串聯(lián)方案，變頻裝置額定容量1400 kVA、額定電壓6 kV、額定電流135 A。公司的兩臺一次風(fēng)機(jī)是由江蘇某公司生產(chǎn)，單風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量49.9 Nm3/h。所配一次風(fēng)機(jī)電機(jī)為國產(chǎn)某電機(jī)廠生產(chǎn)的YKK500-4型電機(jī)，額定電壓6 kV，額定電流130.3 A，額定功率1120 kW，轉(zhuǎn)速1488 r/min。

考慮到6 kV開關(guān)室離電機(jī)位置較遠(yuǎn)，工程設(shè)計在汽機(jī)廠房西側(cè)建設(shè)變頻器室。為保證變頻器正常運(yùn)行，變頻器室裝設(shè)10 kW空調(diào)兩臺。此變頻裝置的變頻控制方式可本地控制，也可以在遠(yuǎn)程控制，一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板仍保留，變頻器提供多種信號接口，一次風(fēng)控制邏輯在DCS系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計編制，增加變頻控制站，可在控制室實現(xiàn)對變頻器的操作和監(jiān)控。同時，其自動控制裝置做到閉環(huán)運(yùn)行，根據(jù)鍋爐反饋信號自動調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)了手、自動控制及無擾切換等功能。

一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時，調(diào)節(jié)擋板保持全開，一次風(fēng)出力通過改變一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)；變頻器出現(xiàn)故障時，風(fēng)機(jī)跳閘后，手動切換至工頻定速運(yùn)行，調(diào)節(jié)擋板同時也自動參與一次風(fēng)壓控制。

變頻器電源由6 kV工作段高壓開關(guān)引至變頻器后，經(jīng)變頻器輸出端接致高壓電動機(jī)處。兩路控制電源取自不同的380 V配電間隔。變頻器接入原電氣回路如圖1所示。一次風(fēng)機(jī)變頻裝置采用一拖一手動旁路方案，由三個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2、QS3組成，其中QS2和QS3屬于單刀雙擲刀閘，一個在合位時，另一個必定在分位，實現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時，QS3斷開，QS1和QS2閉合；工頻運(yùn)行時，QS1和QS2斷開，QS3閉合。

3 改造前后運(yùn)行情況對比

為了探究一次風(fēng)機(jī)改造前后的效益情況，在2010年10月下旬進(jìn)行了一次風(fēng)機(jī)改造后的效率試驗。試驗參數(shù)主要有一次風(fēng)機(jī)電流、一次風(fēng)機(jī)功率。試驗時，一次風(fēng)機(jī)調(diào)整門全開，隨著機(jī)組負(fù)荷變化，一次風(fēng)機(jī)通過轉(zhuǎn)速調(diào)整一次風(fēng)壓力。本次試驗共有五個工況，機(jī)組負(fù)荷分別為：110 MW、120 MW、140 MW、150 MW、180 MW。為了減小測試中的誤差，我們對每一種工況分別進(jìn)行五次測試，選取五次測試的平均值作為試驗數(shù)據(jù)，測試所用電流表精度為0.1級別，其電機(jī)電流、功率數(shù)據(jù)對比如表1所示。

A、B兩臺一次風(fēng)機(jī)變頻改造前后功率變化直觀圖如圖2。

從試驗中一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率參數(shù)來看，在一次風(fēng)機(jī)改造前，機(jī)組負(fù)荷越小，一次風(fēng)系統(tǒng)節(jié)流損失越大；改造后，系統(tǒng)阻力損失大幅下降，相應(yīng)的功率也就節(jié)省下來了，所以在低負(fù)荷時節(jié)電效果明顯，一次風(fēng)機(jī)電耗1～9月平均為0.87%，而10月份一次風(fēng)機(jī)電耗降為0.69%，電耗下降了0.18%，變頻改造節(jié)能效果明顯。

4 改造效果分析

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

2010年1～10月份累計發(fā)電9.22億kWh，按1～10月份的發(fā)電量統(tǒng)計可以節(jié)電165.9萬kWh，按上網(wǎng)電價0.385元/kWh計算，可以節(jié)約63.9萬元。

4.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

（1）改造前一次風(fēng)機(jī)工頻啟動時，電動機(jī)承受6～8倍的沖擊電流，而采用變頻啟動后，電動機(jī)由于軟啟動，啟動電流小，啟動過程平穩(wěn)，對電網(wǎng)和電機(jī)沒有沖擊，對風(fēng)機(jī)也避免了產(chǎn)生很大的啟動轉(zhuǎn)矩沖擊，可延長設(shè)備使用壽命，降低維修費(fèi)用，減少維修改造量。

（2）采用變頻運(yùn)行后，由于電機(jī)軸功率下降，一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，擋板風(fēng)阻減小，減輕了機(jī)械振動和噪聲，可延長設(shè)備使用壽命，改善了勞動環(huán)境。

（3）采用變頻運(yùn)行后，一次風(fēng)穩(wěn)定可靠，提高了一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

一次風(fēng)機(jī)變頻器投入運(yùn)行后，運(yùn)行良好，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，運(yùn)行電流明顯下降，調(diào)節(jié)范圍寬泛，具有明顯的節(jié)電效能，達(dá)到了預(yù)期的收益。改造前后試驗數(shù)據(jù)表明一次風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速的運(yùn)行效率明顯比定速運(yùn)行采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)時高，尤其是機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時。一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)采用變頻器調(diào)速，調(diào)速范圍大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，動態(tài)響應(yīng)性能好，調(diào)節(jié)性能平穩(wěn)，有利于一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，改善了機(jī)組調(diào)節(jié)品質(zhì)。采用變頻技術(shù)降低電耗效果明顯，符合國家節(jié)能政策，達(dá)到了節(jié)約能源，降低廠用電的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 張皓純，顧正皓.浙江省火電機(jī)組節(jié)能綜述[J].浙江電力，2004（2）.

[2] 張曉亮.變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用[J].華北電力技術(shù)，2007（3）.

[3] 任艷艷，陳萬儉.高壓變頻器在高爐除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J].工礦自動化，2010（4）.endprint

摘 要：華北地區(qū)某熱電聯(lián)產(chǎn)公司（下稱公司）建有1臺220 MW的抽汽凝汽式供熱機(jī)組，年發(fā)電量約10億千瓦時，供熱面積約為300萬m2。自機(jī)組投產(chǎn)以來，鍋爐所用的2臺一次風(fēng)機(jī)作為公司的主要輔機(jī)設(shè)備始終為工頻定速運(yùn)行，根據(jù)負(fù)荷需要采用控制風(fēng)機(jī)擋板的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量變化，而作為電動機(jī)消耗的能量變化則不大，以致于很大一部分能量造成浪費(fèi)。為達(dá)到降低損耗，提高電機(jī)效率的目的，公司于2010年10月份對2臺一次風(fēng)機(jī)加裝了變頻器。通過工、變頻改造前后不同負(fù)荷情況下相關(guān)數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)的對比，在改變電機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)壓、實現(xiàn)調(diào)整需要、降低啟動電流、減少節(jié)流損失、節(jié)約電能等方面都顯現(xiàn)出了明顯效果，有效降低了廠用電率，最終提高了公司的綜合效益。

關(guān)鍵詞：一次風(fēng)機(jī) 工頻改變頻 效果分析 節(jié)能

中圖分類號：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0092-02

公司1號機(jī)組自投產(chǎn)以來，1號鍋爐所用的兩臺一次風(fēng)機(jī)為工頻運(yùn)行，其出力調(diào)整只能采用改變一次風(fēng)擋板開度來實現(xiàn)，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化調(diào)節(jié)擋板開度大小。一般情況下兩臺一次風(fēng)機(jī)經(jīng)常處于較低的效率工況下運(yùn)行，即使機(jī)組滿負(fù)荷，一次風(fēng)擋板開度也不到80%。不論風(fēng)壓需求0大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)輸出功率基本保持不變，大量的能量消耗在了風(fēng)機(jī)出口擋板的節(jié)流損失中。此外異步電動機(jī)在啟動時啟動電流一般達(dá)到電機(jī)額定電流的6～8倍，不但對廠用電形成較大沖擊，強(qiáng)大的電流及沖擊轉(zhuǎn)矩也會降低電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。

為了減小啟動沖擊電流，減少能量損失，降低廠用電率，提高發(fā)電廠的綜合效益，經(jīng)反復(fù)調(diào)研論證，公司決定對兩臺一次風(fēng)機(jī)電機(jī)加裝變頻裝置，通過改變電機(jī)頻率，進(jìn)而改變一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)線性調(diào)節(jié)一次風(fēng)出力的目的。

1 變頻器節(jié)能原理

根據(jù)流體力學(xué)原理，使用三相異步電機(jī)驅(qū)動的風(fēng)機(jī)，軸功率P與風(fēng)量Q及風(fēng)壓H的關(guān)系，P≈Q×H。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由變化到時P、Q、H的關(guān)系如下：

可見風(fēng)量Q與電機(jī)轉(zhuǎn)速N是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比關(guān)系。

又根據(jù)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速公式：，這里為供電頻率，單位Hz，為電動機(jī)極對數(shù)，由此可看到，當(dāng)電機(jī)的極對數(shù)不變的情況下，所需的軸功率P與供電頻率的立方成正比，所以假設(shè)當(dāng)需要80%的風(fēng)量時，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率至40 Hz即可，這時所耗功率即為原來的51.2%，從而大大降低了電機(jī)的功率損耗。

2 改造方案概述

公司在2010年10月利用機(jī)組小修機(jī)會對兩臺一次風(fēng)機(jī)電機(jī)加裝了變頻器，完成了一次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造。項目主要增加兩臺變頻器及相關(guān)配套的電纜及控制系統(tǒng)，其變頻裝置由北京某變頻科技股份有限公司生產(chǎn)，選用高-高方式、H橋單元串聯(lián)方案，變頻裝置額定容量1400 kVA、額定電壓6 kV、額定電流135 A。公司的兩臺一次風(fēng)機(jī)是由江蘇某公司生產(chǎn)，單風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量49.9 Nm3/h。所配一次風(fēng)機(jī)電機(jī)為國產(chǎn)某電機(jī)廠生產(chǎn)的YKK500-4型電機(jī)，額定電壓6 kV，額定電流130.3 A，額定功率1120 kW，轉(zhuǎn)速1488 r/min。

考慮到6 kV開關(guān)室離電機(jī)位置較遠(yuǎn)，工程設(shè)計在汽機(jī)廠房西側(cè)建設(shè)變頻器室。為保證變頻器正常運(yùn)行，變頻器室裝設(shè)10 kW空調(diào)兩臺。此變頻裝置的變頻控制方式可本地控制，也可以在遠(yuǎn)程控制，一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板仍保留，變頻器提供多種信號接口，一次風(fēng)控制邏輯在DCS系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計編制，增加變頻控制站，可在控制室實現(xiàn)對變頻器的操作和監(jiān)控。同時，其自動控制裝置做到閉環(huán)運(yùn)行，根據(jù)鍋爐反饋信號自動調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)了手、自動控制及無擾切換等功能。

一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時，調(diào)節(jié)擋板保持全開，一次風(fēng)出力通過改變一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)；變頻器出現(xiàn)故障時，風(fēng)機(jī)跳閘后，手動切換至工頻定速運(yùn)行，調(diào)節(jié)擋板同時也自動參與一次風(fēng)壓控制。

變頻器電源由6 kV工作段高壓開關(guān)引至變頻器后，經(jīng)變頻器輸出端接致高壓電動機(jī)處。兩路控制電源取自不同的380 V配電間隔。變頻器接入原電氣回路如圖1所示。一次風(fēng)機(jī)變頻裝置采用一拖一手動旁路方案，由三個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2、QS3組成，其中QS2和QS3屬于單刀雙擲刀閘，一個在合位時，另一個必定在分位，實現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時，QS3斷開，QS1和QS2閉合；工頻運(yùn)行時，QS1和QS2斷開，QS3閉合。

3 改造前后運(yùn)行情況對比

為了探究一次風(fēng)機(jī)改造前后的效益情況，在2010年10月下旬進(jìn)行了一次風(fēng)機(jī)改造后的效率試驗。試驗參數(shù)主要有一次風(fēng)機(jī)電流、一次風(fēng)機(jī)功率。試驗時，一次風(fēng)機(jī)調(diào)整門全開，隨著機(jī)組負(fù)荷變化，一次風(fēng)機(jī)通過轉(zhuǎn)速調(diào)整一次風(fēng)壓力。本次試驗共有五個工況，機(jī)組負(fù)荷分別為：110 MW、120 MW、140 MW、150 MW、180 MW。為了減小測試中的誤差，我們對每一種工況分別進(jìn)行五次測試，選取五次測試的平均值作為試驗數(shù)據(jù)，測試所用電流表精度為0.1級別，其電機(jī)電流、功率數(shù)據(jù)對比如表1所示。

A、B兩臺一次風(fēng)機(jī)變頻改造前后功率變化直觀圖如圖2。

從試驗中一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率參數(shù)來看，在一次風(fēng)機(jī)改造前，機(jī)組負(fù)荷越小，一次風(fēng)系統(tǒng)節(jié)流損失越大；改造后，系統(tǒng)阻力損失大幅下降，相應(yīng)的功率也就節(jié)省下來了，所以在低負(fù)荷時節(jié)電效果明顯，一次風(fēng)機(jī)電耗1～9月平均為0.87%，而10月份一次風(fēng)機(jī)電耗降為0.69%，電耗下降了0.18%，變頻改造節(jié)能效果明顯。

4 改造效果分析

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

2010年1～10月份累計發(fā)電9.22億kWh，按1～10月份的發(fā)電量統(tǒng)計可以節(jié)電165.9萬kWh，按上網(wǎng)電價0.385元/kWh計算，可以節(jié)約63.9萬元。

4.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

（1）改造前一次風(fēng)機(jī)工頻啟動時，電動機(jī)承受6～8倍的沖擊電流，而采用變頻啟動后，電動機(jī)由于軟啟動，啟動電流小，啟動過程平穩(wěn)，對電網(wǎng)和電機(jī)沒有沖擊，對風(fēng)機(jī)也避免了產(chǎn)生很大的啟動轉(zhuǎn)矩沖擊，可延長設(shè)備使用壽命，降低維修費(fèi)用，減少維修改造量。

（2）采用變頻運(yùn)行后，由于電機(jī)軸功率下降，一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，擋板風(fēng)阻減小，減輕了機(jī)械振動和噪聲，可延長設(shè)備使用壽命，改善了勞動環(huán)境。

（3）采用變頻運(yùn)行后，一次風(fēng)穩(wěn)定可靠，提高了一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

一次風(fēng)機(jī)變頻器投入運(yùn)行后，運(yùn)行良好，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，運(yùn)行電流明顯下降，調(diào)節(jié)范圍寬泛，具有明顯的節(jié)電效能，達(dá)到了預(yù)期的收益。改造前后試驗數(shù)據(jù)表明一次風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速的運(yùn)行效率明顯比定速運(yùn)行采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)時高，尤其是機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時。一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)采用變頻器調(diào)速，調(diào)速范圍大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，動態(tài)響應(yīng)性能好，調(diào)節(jié)性能平穩(wěn)，有利于一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，改善了機(jī)組調(diào)節(jié)品質(zhì)。采用變頻技術(shù)降低電耗效果明顯，符合國家節(jié)能政策，達(dá)到了節(jié)約能源，降低廠用電的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 張皓純，顧正皓.浙江省火電機(jī)組節(jié)能綜述[J].浙江電力，2004（2）.

[2] 張曉亮.變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機(jī)節(jié)能中的應(yīng)用[J].華北電力技術(shù)，2007（3）.

[3] 任艷艷，陳萬儉.高壓變頻器在高爐除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J].工礦自動化，2010（4）.endprint

摘 要：華北地區(qū)某熱電聯(lián)產(chǎn)公司（下稱公司）建有1臺220 MW的抽汽凝汽式供熱機(jī)組，年發(fā)電量約10億千瓦時，供熱面積約為300萬m2。自機(jī)組投產(chǎn)以來，鍋爐所用的2臺一次風(fēng)機(jī)作為公司的主要輔機(jī)設(shè)備始終為工頻定速運(yùn)行，根據(jù)負(fù)荷需要采用控制風(fēng)機(jī)擋板的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量變化，而作為電動機(jī)消耗的能量變化則不大，以致于很大一部分能量造成浪費(fèi)。為達(dá)到降低損耗，提高電機(jī)效率的目的，公司于2010年10月份對2臺一次風(fēng)機(jī)加裝了變頻器。通過工、變頻改造前后不同負(fù)荷情況下相關(guān)數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)的對比，在改變電機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)壓、實現(xiàn)調(diào)整需要、降低啟動電流、減少節(jié)流損失、節(jié)約電能等方面都顯現(xiàn)出了明顯效果，有效降低了廠用電率，最終提高了公司的綜合效益。

關(guān)鍵詞：一次風(fēng)機(jī) 工頻改變頻 效果分析 節(jié)能

中圖分類號：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0092-02

公司1號機(jī)組自投產(chǎn)以來，1號鍋爐所用的兩臺一次風(fēng)機(jī)為工頻運(yùn)行，其出力調(diào)整只能采用改變一次風(fēng)擋板開度來實現(xiàn)，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化調(diào)節(jié)擋板開度大小。一般情況下兩臺一次風(fēng)機(jī)經(jīng)常處于較低的效率工況下運(yùn)行，即使機(jī)組滿負(fù)荷，一次風(fēng)擋板開度也不到80%。不論風(fēng)壓需求0大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)輸出功率基本保持不變，大量的能量消耗在了風(fēng)機(jī)出口擋板的節(jié)流損失中。此外異步電動機(jī)在啟動時啟動電流一般達(dá)到電機(jī)額定電流的6～8倍，不但對廠用電形成較大沖擊，強(qiáng)大的電流及沖擊轉(zhuǎn)矩也會降低電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命。

為了減小啟動沖擊電流，減少能量損失，降低廠用電率，提高發(fā)電廠的綜合效益，經(jīng)反復(fù)調(diào)研論證，公司決定對兩臺一次風(fēng)機(jī)電機(jī)加裝變頻裝置，通過改變電機(jī)頻率，進(jìn)而改變一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)線性調(diào)節(jié)一次風(fēng)出力的目的。

1 變頻器節(jié)能原理

根據(jù)流體力學(xué)原理，使用三相異步電機(jī)驅(qū)動的風(fēng)機(jī)，軸功率P與風(fēng)量Q及風(fēng)壓H的關(guān)系，P≈Q×H。當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速由變化到時P、Q、H的關(guān)系如下：

可見風(fēng)量Q與電機(jī)轉(zhuǎn)速N是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比關(guān)系。

又根據(jù)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速公式：，這里為供電頻率，單位Hz，為電動機(jī)極對數(shù)，由此可看到，當(dāng)電機(jī)的極對數(shù)不變的情況下，所需的軸功率P與供電頻率的立方成正比，所以假設(shè)當(dāng)需要80%的風(fēng)量時，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%，即調(diào)節(jié)頻率至40 Hz即可，這時所耗功率即為原來的51.2%，從而大大降低了電機(jī)的功率損耗。

2 改造方案概述

公司在2010年10月利用機(jī)組小修機(jī)會對兩臺一次風(fēng)機(jī)電機(jī)加裝了變頻器，完成了一次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造。項目主要增加兩臺變頻器及相關(guān)配套的電纜及控制系統(tǒng)，其變頻裝置由北京某變頻科技股份有限公司生產(chǎn)，選用高-高方式、H橋單元串聯(lián)方案，變頻裝置額定容量1400 kVA、額定電壓6 kV、額定電流135 A。公司的兩臺一次風(fēng)機(jī)是由江蘇某公司生產(chǎn)，單風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量49.9 Nm3/h。所配一次風(fēng)機(jī)電機(jī)為國產(chǎn)某電機(jī)廠生產(chǎn)的YKK500-4型電機(jī)，額定電壓6 kV，額定電流130.3 A，額定功率1120 kW，轉(zhuǎn)速1488 r/min。

考慮到6 kV開關(guān)室離電機(jī)位置較遠(yuǎn)，工程設(shè)計在汽機(jī)廠房西側(cè)建設(shè)變頻器室。為保證變頻器正常運(yùn)行，變頻器室裝設(shè)10 kW空調(diào)兩臺。此變頻裝置的變頻控制方式可本地控制，也可以在遠(yuǎn)程控制，一次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板仍保留，變頻器提供多種信號接口，一次風(fēng)控制邏輯在DCS系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計編制，增加變頻控制站，可在控制室實現(xiàn)對變頻器的操作和監(jiān)控。同時，其自動控制裝置做到閉環(huán)運(yùn)行，根據(jù)鍋爐反饋信號自動調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)了手、自動控制及無擾切換等功能。

一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時，調(diào)節(jié)擋板保持全開，一次風(fēng)出力通過改變一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)；變頻器出現(xiàn)故障時，風(fēng)機(jī)跳閘后，手動切換至工頻定速運(yùn)行，調(diào)節(jié)擋板同時也自動參與一次風(fēng)壓控制。

變頻器電源由6 kV工作段高壓開關(guān)引至變頻器后，經(jīng)變頻器輸出端接致高壓電動機(jī)處。兩路控制電源取自不同的380 V配電間隔。變頻器接入原電氣回路如圖1所示。一次風(fēng)機(jī)變頻裝置采用一拖一手動旁路方案，由三個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2、QS3組成，其中QS2和QS3屬于單刀雙擲刀閘，一個在合位時，另一個必定在分位，實現(xiàn)互鎖。變頻運(yùn)行時，QS3斷開，QS1和QS2閉合；工頻運(yùn)行時，QS1和QS2斷開，QS3閉合。

3 改造前后運(yùn)行情況對比

為了探究一次風(fēng)機(jī)改造前后的效益情況，在2010年10月下旬進(jìn)行了一次風(fēng)機(jī)改造后的效率試驗。試驗參數(shù)主要有一次風(fēng)機(jī)電流、一次風(fēng)機(jī)功率。試驗時，一次風(fēng)機(jī)調(diào)整門全開，隨著機(jī)組負(fù)荷變化，一次風(fēng)機(jī)通過轉(zhuǎn)速調(diào)整一次風(fēng)壓力。本次試驗共有五個工況，機(jī)組負(fù)荷分別為：110 MW、120 MW、140 MW、150 MW、180 MW。為了減小測試中的誤差，我們對每一種工況分別進(jìn)行五次測試，選取五次測試的平均值作為試驗數(shù)據(jù)，測試所用電流表精度為0.1級別，其電機(jī)電流、功率數(shù)據(jù)對比如表1所示。

A、B兩臺一次風(fēng)機(jī)變頻改造前后功率變化直觀圖如圖2。

從試驗中一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率參數(shù)來看，在一次風(fēng)機(jī)改造前，機(jī)組負(fù)荷越小，一次風(fēng)系統(tǒng)節(jié)流損失越大；改造后，系統(tǒng)阻力損失大幅下降，相應(yīng)的功率也就節(jié)省下來了，所以在低負(fù)荷時節(jié)電效果明顯，一次風(fēng)機(jī)電耗1～9月平均為0.87%，而10月份一次風(fēng)機(jī)電耗降為0.69%，電耗下降了0.18%，變頻改造節(jié)能效果明顯。

4 改造效果分析

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

2010年1～10月份累計發(fā)電9.22億kWh，按1～10月份的發(fā)電量統(tǒng)計可以節(jié)電165.9萬kWh，按上網(wǎng)電價0.385元/kWh計算，可以節(jié)約63.9萬元。

4.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

（1）改造前一次風(fēng)機(jī)工頻啟動時，電動機(jī)承受6～8倍的沖擊電流，而采用變頻啟動后，電動機(jī)由于軟啟動，啟動電流小，啟動過程平穩(wěn)，對電網(wǎng)和電機(jī)沒有沖擊，對風(fēng)機(jī)也避免了產(chǎn)生很大的啟動轉(zhuǎn)矩沖擊，可延長設(shè)備使用壽命，降低維修費(fèi)用，減少維修改造量。

（2）采用變頻運(yùn)行后，由于電機(jī)軸功率下降，一次風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，擋板風(fēng)阻減小，減輕了機(jī)械振動和噪聲，可延長設(shè)備使用壽命，改善了勞動環(huán)境。

（3）采用變頻運(yùn)行后，一次風(fēng)穩(wěn)定可靠，提高了一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

一次風(fēng)機(jī)變頻器投入運(yùn)行后，運(yùn)行良好，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，運(yùn)行電流明顯下降，調(diào)節(jié)范圍寬泛，具有明顯的節(jié)電效能，達(dá)到了預(yù)期的收益。改造前后試驗數(shù)據(jù)表明一次風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速的運(yùn)行效率明顯比定速運(yùn)行采用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)時高，尤其是機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時。一次風(fēng)機(jī)電動機(jī)采用變頻器調(diào)速，調(diào)速范圍大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，動態(tài)響應(yīng)性能好，調(diào)節(jié)性能平穩(wěn)，有利于一次風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，改善了機(jī)組調(diào)節(jié)品質(zhì)。采用變頻技術(shù)降低電耗效果明顯，符合國家節(jié)能政策，達(dá)到了節(jié)約能源，降低廠用電的目的。

參考文獻(xiàn)

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[3] 任艷艷，陳萬儉.高壓變頻器在高爐除塵風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用[J].工礦自動化，2010（4）.endprint