變頻技術(shù)在鍋爐風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

曲 昊

（大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司梨園河煤礦， 山西 忻州 036701）

1 變頻調(diào)速節(jié)能原理

鍋爐風(fēng)機(jī)主要包括鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，以往的風(fēng)機(jī)工作都是在人工操作的狀態(tài)下運(yùn)行的，在應(yīng)用中采用接觸器控制的方式。這樣的工作方式會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的故障頻發(fā)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，機(jī)械設(shè)備維修量也較大，對(duì)于工作人員的工作需求較高。變頻技術(shù)的應(yīng)用，能夠幫助鍋爐風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)風(fēng)量，在提高鍋爐熱效率、燃燒效率和節(jié)能方面也有著有顯著的效果。

1.1 變頻器控制風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)流程

變頻器控制風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的隱性流程如圖1所示。風(fēng)壓設(shè)定通過(guò)變頻控制器來(lái)完成，通過(guò)接受電子信號(hào)，對(duì)風(fēng)壓進(jìn)行判斷，對(duì)不同的風(fēng)壓進(jìn)行不同的風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

圖1 變頻器控制風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行圖

1.2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率的關(guān)系

電磁感應(yīng)技術(shù)是變頻調(diào)速技術(shù)主要依托的技術(shù)之一，其中，電源頻率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為：

式中：f表示電源頻率；n表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；p表示電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。

如果改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并且保持其他條件不變，由流量 -轉(zhuǎn)速（Q-n）、風(fēng)壓 -轉(zhuǎn)速（H-n）、軸功率 -轉(zhuǎn)速（N-n） 關(guān)系式可知，通過(guò)改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并且保持其他條件時(shí)的風(fēng)機(jī)性能參數(shù)，可以看出，流量與轉(zhuǎn)速、風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速平方、軸功率與轉(zhuǎn)速立方均成正比。當(dāng)頻率降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、相應(yīng)流量、風(fēng)壓和軸功率等也會(huì)同時(shí)與之降低，反之，當(dāng)頻率增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、相應(yīng)流量、風(fēng)壓和軸功率等也會(huì)同時(shí)與之上升。

2 引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)變頻控制

2.1 鼓風(fēng)機(jī)

鼓風(fēng)機(jī)主要是保持爐灶內(nèi)部的空氣流暢，為爐灶內(nèi)煤料的燃燒提供源源不斷的氧氣。加入變頻控制技術(shù)，能夠利用控制回路，對(duì)爐膛的內(nèi)部溫度進(jìn)行了解，從而進(jìn)行變頻控制的調(diào)節(jié)。主要的工作方式，就是當(dāng)控制感應(yīng)裝置感受爐膛溫度上升時(shí)，將感應(yīng)到的溫度以數(shù)據(jù)的形式傳遞送至變送器，再由變送器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)PID控制算法的精確驗(yàn)算，利用輸入測(cè)結(jié)構(gòu)輸出，將電信號(hào)傳送至變頻器。這時(shí)，變頻器就要根據(jù)不同的電壓信息以及頻率對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，減小對(duì)風(fēng)量的輸送，緩和爐膛的溫度。

2.2 引風(fēng)機(jī)

引風(fēng)機(jī)主要就是對(duì)爐膛燃燒中產(chǎn)生的濃煙進(jìn)行排放。在使用中如果風(fēng)量過(guò)大，就會(huì)造成不必要的浪費(fèi)；如果風(fēng)量較小，則排煙效果不明顯，影響鍋爐的效率。因此，利用變頻控制技術(shù)，控制感應(yīng)裝置，采集爐膛負(fù)壓信號(hào)，將感應(yīng)到的信號(hào)以數(shù)據(jù)的形式傳遞送至變送器，再由變送器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)PID控制算法的精確驗(yàn)算，利用輸入測(cè)結(jié)構(gòu)輸出，將電信號(hào)傳送至變頻器。這時(shí)，變頻器就要根據(jù)不同的電壓信息以及頻率對(duì)引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)風(fēng)速。

3 風(fēng)機(jī)變頻控制的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)

1）以往在控制燃燒時(shí)，采用人工控制的方法，這就需要經(jīng)驗(yàn)豐富的施工人員進(jìn)行控制，所以經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)誤差。但是自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，減少了擋板、調(diào)節(jié)閥機(jī)械等設(shè)備之間的磨損、卡死的故障，降低了工作人員的工作強(qiáng)度，減少了維修工作，避免由于維修設(shè)備導(dǎo)致工作停滯，提高了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率。

2）以往在啟動(dòng)中，電流的突然加大會(huì)產(chǎn)生高于平時(shí)7倍左右的電流，使電機(jī)沒(méi)有緩沖的時(shí)間，導(dǎo)致對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)荷，電應(yīng)力迅速上升，嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命，并在此過(guò)程中電流對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，電壓波動(dòng)大，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全。使用變頻對(duì)啟動(dòng)電流進(jìn)行調(diào)速，能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)，減少上述因素對(duì)電動(dòng)機(jī)、電網(wǎng)的影響問(wèn)題。

3）具有自動(dòng)保護(hù)功能，能夠自動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)中出現(xiàn)的一系列問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)。

4）操作便利，變頻控制主要依托新技術(shù)，減少了對(duì)人工的依賴(lài)，系統(tǒng)能夠運(yùn)行平穩(wěn)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況自行進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速范圍大。

4 節(jié)能效果

礦鍋爐房現(xiàn)有4臺(tái)10 t鍋爐的配置如下：4臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，4臺(tái)引風(fēng)機(jī)，頻率為50 Hz；電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)為2；電壓為380V；轉(zhuǎn)速為 1480r/min；cosφ=0.85。其中鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)及的參數(shù)如表1所示。

式中：U表示電壓；P表示耗電量；cosφ為功率因數(shù)；I表示電流。

4.1 工頻條件下的耗電量

鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)在工頻條件下運(yùn)行時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流為40 A，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流為110 A?？梢杂?jì)算出鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)在工頻的條件下運(yùn)行時(shí)耗電量。

表1 鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)及的參數(shù)

鼓風(fēng)機(jī)耗電量 =3UIcosφ×24=1.732×380×40×0.85×24=537.06 kW·h。

引風(fēng)機(jī)耗電量 =3UIcosφ×24=1.732×380×110×0.85×24=1 476 kW·h。

總耗電量為：引風(fēng)機(jī)耗電量+鼓風(fēng)機(jī)耗電量=1 476+537.06=2 013.06 kW·h。

4.2 變頻條件下的耗電量

鼓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)在變頻調(diào)速的條件下運(yùn)行時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)功率為16 kW，電流為20 A，頻率為46 Hz，引風(fēng)機(jī)功率為57 kW，電流為75 A，頻率為44 Hz。

鼓風(fēng)機(jī)耗電量=3UIcosφ×24=242 kW·h。

引風(fēng)機(jī)耗電量=3UIcosφ×24=980 kW·h。

總耗電量為：鼓風(fēng)機(jī)耗電量+引風(fēng)機(jī)耗電量=980+242=1 222 kW·h。

4.3 能耗對(duì)比

剛投入使用的鍋爐，會(huì)受到一些問(wèn)題的影響，導(dǎo)致在實(shí)際的運(yùn)行中，并為沒(méi)有完全達(dá)到負(fù)荷的70%，這樣就造成浪費(fèi)資源，且效率降低。隨著變頻技術(shù)的使用，礦鍋爐房現(xiàn)有4臺(tái)10 t鍋爐，引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率為380 kW，鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率為170 kW，兩臺(tái)機(jī)器一共花費(fèi)100萬(wàn)元，在實(shí)際使用中，測(cè)得引風(fēng)機(jī)的負(fù)荷為30%，鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷為60%。因此，能夠看出在加入變頻技術(shù)后，引風(fēng)機(jī)與鼓風(fēng)機(jī)都處于低負(fù)荷的狀態(tài)運(yùn)行。由上文計(jì)算的結(jié)果可知，1 772-1 222=550 kW，所以，可見(jiàn)使用變頻調(diào)速技術(shù)能夠每天節(jié)約550 kW的電量，以每度電0.8元計(jì)算，每天大約節(jié)約440元，一年能夠節(jié)約160 600元。

5 結(jié)語(yǔ)

分析了變頻技術(shù)的原理，以及變頻技術(shù)在多個(gè)礦用設(shè)備中的應(yīng)用實(shí)踐，研究了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率的關(guān)系。在實(shí)際的應(yīng)用中變頻控制技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，節(jié)能效果顯著，有著廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。