高壓變頻器在鍋爐引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

崔社明，趙國鋒，紀(jì)田宇

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)設(shè)備檢修中心，山東萊蕪 271104）

1 引言

萊鋼型鋼區(qū)域擁有J G-130型中溫中壓混燃高爐、焦?fàn)t煤氣鍋爐，長期處于滿負(fù)荷運行。鍋爐主要輔機(jī)設(shè)備包括引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、給水泵，均由10k V電動機(jī)驅(qū)動。

眾所周知，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的節(jié)電率為30%～50%，泵類系統(tǒng)的節(jié)電率為20%～30%，因此選擇功率較大的引風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，意義較大。

隨著高壓變頻技術(shù)的日趨成熟，應(yīng)用越來越廣泛，引風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能改造更加可靠有效。

2 煤氣鍋爐引風(fēng)機(jī)工藝介紹

2.1 煤氣鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)工藝流程

J G-130型全燃煤氣鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)擁有兩套引、送風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動后，將煙氣通過煙囪排向空中，同時使?fàn)t膛內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，送風(fēng)機(jī)把大氣中的空氣送至空氣預(yù)熱器，經(jīng)尾部煙氣加熱后送至爐膛，空氣中的氧氣與煤氣作用產(chǎn)生燃燒，對省煤器中的除鹽水進(jìn)行加熱，生成的汽水混合物，經(jīng)汽包分離出蒸汽再經(jīng)過熱器加熱形成所需要的蒸汽。

2.2 設(shè)備參數(shù)

（1）引風(fēng)機(jī)：

型號：Y 4-73-11 N o 21 D

流量：315000m3/h

壓力：3600P a

轉(zhuǎn)速：980r/m i n

（2）電動機(jī)：

型號：Y K K 500-6

額定功率：450k W

額定電壓：10000V

額定電流：32.2A

圖1 運行工況示意圖

轉(zhuǎn)速：991r/m i n

2.3 引風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)方式

引風(fēng)機(jī)屬于后向型葉輪離心風(fēng)機(jī)，由電動機(jī)直接驅(qū)動，電動機(jī)采用工頻運行，流量的調(diào)節(jié)主要是通過改變風(fēng)機(jī)進(jìn)口導(dǎo)流葉片的角度來實現(xiàn)。

由于設(shè)計時，考慮最大流量及部分余量，實際運行中電動機(jī)遠(yuǎn)達(dá)不到額定功率，通過5#風(fēng)機(jī)運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知并沒有超過額定功率的60%，而調(diào)節(jié)閥門的開度低于50%。因此，當(dāng)導(dǎo)流葉片調(diào)節(jié)時，在葉片上造成了大量的能量損耗，而葉片受沖擊影響容易損壞，調(diào)節(jié)相對遲緩。電動機(jī)直接啟動，電流較大，對風(fēng)機(jī)及電動機(jī)都產(chǎn)生一定沖擊。

通過風(fēng)機(jī)的特性曲線可知，流量與轉(zhuǎn)速存在線性關(guān)系，改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，即可實現(xiàn)流量的改變。因此采用變頻調(diào)速，閥門可以全開，減少了葉片上的能量損耗，避免了工頻啟動中的大電流沖擊，并實現(xiàn)了流量的平滑調(diào)節(jié)，延長了設(shè)備壽命。

3 變頻調(diào)速原理

根據(jù)轉(zhuǎn)速公式：

n=60fs（1-s）/np=60ωs（1-s）/2 πnp式中，fs——供電頻率；

np——極對數(shù)；s——轉(zhuǎn)差率；

ωs——供電角頻率。

可知均勻改變異步電動機(jī)的定子供電頻率，就可平滑地調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

LP-10型高壓變頻器采用電壓空間矢量PWN技術(shù)，又稱磁鏈軌跡控制法，是將逆變器和交流電機(jī)視為一個整體，數(shù)學(xué)模型是建立在電機(jī)統(tǒng)一理論和電機(jī)坐標(biāo)軸系變換理論基礎(chǔ)之上的，物理意義直觀，數(shù)學(xué)模型簡單，便于微機(jī)實現(xiàn)實時控制，并具有轉(zhuǎn)矩脈動小、噪聲低、電壓利用率高的優(yōu)點。

4 變頻改造方案及運行效果

變頻器控制方式，在啟動時優(yōu)于工頻，但是在運行中的抗干擾性要低于工頻運行，因此改造時，充分吸取工頻運行的優(yōu)勢，采用變頻加旁路運行的控制方式（見圖2），均由引風(fēng)機(jī)值班室后臺監(jiān)控電腦實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

鑒于高壓配電室空間不足，在配電室與電機(jī)之間選取一塊空地增改一座變頻器，變頻器與電機(jī)之間增加一段電纜。

變頻運行方式為：合上1QS、2QS，將QF搖至工作位置，微機(jī)遠(yuǎn)程變頻啟動：閉合1QF開關(guān)、2KM接觸器閉合，電動機(jī)變頻運行。

圖2 改造后運行示意圖

當(dāng)變頻器故障或因其他原因退出后，3 KM接觸器自動閉合，電動機(jī)轉(zhuǎn)入工頻運行模式。

改造工作已完成，投入運行，原斷路器柜上的綜合保護(hù)裝置顯示運行電流為4.77A、有功功率為86.37kW、功率因數(shù)為0.98，相比工頻運行電流17.83A、有功功率219.3kW要小得多，功率因數(shù)提高較多。變頻器面板顯示運行頻率為31.32Hz、輸出電流15.4A。調(diào)節(jié)閥門，由工頻的44%變?yōu)?9.7%，基本實現(xiàn)了全開。

5 節(jié)能分析及應(yīng)用效果

5.1 節(jié)能分析

參見其中一個月每天的消耗電量統(tǒng)計表及運行參數(shù)圖，可以看出變頻改造后的引風(fēng)機(jī)比工頻運行的引風(fēng)機(jī)消耗電能大大減少。日均功率見圖3，日均節(jié)電率見圖4。

圖3 日均功率統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖

圖4 節(jié)電統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖

通過統(tǒng)計報表，可以算出工頻運行功率平均為212.67kW，變頻運行功率平均為110.16kW，節(jié)電率平均為48.14%，即減少102.51kW。

作為主力鍋爐，除去定修及設(shè)備檢修，引風(fēng)機(jī)每年要運行330天，即7920h。

通過計算可得，每年減少電量：

P=102.51kW×7920h=811879.2kW·h

按平均電價0.55元/kW·h，可得年節(jié)約成本：811879.2kW·h×0.55元/kW·h=446533.6元

5.2 其他效果

改善了功率因數(shù)，減少了無功功率消耗，在一定程度上減輕了無功補償設(shè)備的負(fù)擔(dān)。

由于降低了電動機(jī)的運行電壓，延長了使用壽命。

6 結(jié)束語

本文通過大量的實際運行數(shù)據(jù)，分析了引風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造的顯著效果；通過改造減少了電費支出，降低了鍋爐運行成本。

[1]李華德.現(xiàn)代交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1996.

[2]韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.