某自備電廠引風機變頻改造節(jié)能分析

田創(chuàng)新，王 鋒

（中國石油玉門油田分公司水電廠，甘肅酒泉 735019）

0 引言

某自備電廠電機裝機總?cè)萘?6 849.3 kW，年耗電量最高可達5 768 萬kW·h，占廠用電量的80%，其中引風機是該電廠最主要的耗電設備之一。廠內(nèi)共6 臺引風機，引風機型號為Y5-37-11No29.5F，容量292 000 m3/h，風壓7800 Pa，轉(zhuǎn)速980 r/min；引風機電機型號為YKK5603-6J，功率1000 kW，電壓6 kV，電流119 A，轉(zhuǎn)速980 r/min。引風機容量大，耗電多，通過集抄系統(tǒng)提取近一年的引風機耗電量數(shù)據(jù)，對比篩選有效數(shù)據(jù)，引風機耗電量約占廠用電量的25%～30%。電廠單臺機組發(fā)電負荷一般在21～30 MW 之間變化，鍋爐滿負荷運行時引風機甲側(cè)擋板開度40%，乙側(cè)擋板開度30%左右，擋板根據(jù)鍋爐負荷和爐膛負壓進行調(diào)整。鍋爐滿負荷送風量約150 000 m3/h，吸風量約230 000 m3/h，正常運行時，引風機經(jīng)常連續(xù)處于低負荷及變負荷運行狀態(tài)，運行不經(jīng)濟。本文將就引風機變頻改造節(jié)能效果進行分析計算。

1 工頻運行下引風機年耗電量計算

引風機工頻運行狀態(tài)下，通過調(diào)節(jié)擋風板和閥門的開啟角度的機械調(diào)節(jié)方法來滿足不同的用風量，缺點是：①電機及風機的轉(zhuǎn)速高，負荷強度重，電能浪費嚴重；②調(diào)節(jié)精度差，控制不精確；③電機直接起動，沖擊大；④起動時機械沖擊大，設備使用壽命低；⑤電氣保護特性差，當負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設備等。

根據(jù)工頻狀態(tài)下的年耗電量計算公式：

式中 Pd——電機總功率，kW

PA——A 電機功率，kW

PB——B 電機功率，kW

IA——A 電機輸入電流，A

IB——B 電機輸入電流，A

U——電機輸入電壓，V

cosφ——功率因數(shù)

求得引風機電機實際功耗見表1。

根據(jù)累計年耗電量公式：

式中 Cd——年耗電量值，kW·h

T——年運行時間，h

每臺220 t 鍋爐對應2 臺引風機，計算得工頻運行狀態(tài)時，系統(tǒng)耗電量約為每年10 010 358.35 kW·h。

2 變頻狀態(tài)下的年節(jié)電量計算

通過變頻器的調(diào)速特性來減小風機輸出流量以適應工況中的實際所需流量，風機在滿足3 個相似條件（幾何相似、運動相似和動力相似）的情況下遵循相似定律，對于同一臺風機，當輸送的流體密度ρ 不變僅轉(zhuǎn)速改變時，其性能參數(shù)的變化遵循比例定律[1]：

式中 Q——流量，cfm（1 cfm=0.028 3 m3/min）

表1 各種負荷下引風機電機總功率

H——壓力，Pa

n——轉(zhuǎn)速，r/s

風機轉(zhuǎn)速變化時，其本身性能曲線的變化可由比例定律做出，變頻器節(jié)能的實質(zhì)是調(diào)速引起的流量變化來產(chǎn)生的。

2.1 變頻器改造節(jié)電量分析

變頻運行采用每臺引風機電機配置一套獨立的變頻調(diào)速裝置，即一拖一調(diào)速系統(tǒng)?；跇I(yè)內(nèi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的風機風門開度與風量百分數(shù)見表2。

由表2 知，引風機在滿負荷工況下風量占比為：甲側(cè)40%開度，風量71%Qe；乙側(cè)30%開度，風量58%Qe。由于風機存在關(guān)系，根據(jù)公式：

式中 P——實際消耗功率百分值，%

S——實際轉(zhuǎn)速百分值，%

K——系數(shù)，K=0.000 1

N——節(jié)電率，%

求得節(jié)電率見表3。

年累計節(jié)電量公式：

式中 Cd——年節(jié)電量值，kW·h

T——年運行時間，h

根據(jù)上式可計算出各種工況下節(jié)約電量，求得年累計節(jié)電量Cd=8 064 085.76 kW·h。

2.2 直接效益分析

采用變頻運行時，每年每臺鍋爐引風機系統(tǒng)節(jié)電量約為8 064 085.76 kW·h，2 臺共計8 064 085.76×2=16 128 171.52 kW·h，按電價0.5元估算，可節(jié)約成本約16 128 171.52×0.5=8 064 085.76 元。

3 間接收益

3.1 減少電機起動時的電流沖擊

電機采用變頻控制后避免全磁通突加，起動時基本沒有沖擊，解決了電機起動時的大電流沖擊問題，消除了起動電流對電機、傳動系統(tǒng)和主機的沖擊應力。

3.2 延長設備壽命

表2 離心式風機風門開度與風量關(guān)系

使用變頻器可使電機轉(zhuǎn)速隨著加減速特性曲線變化，沒有應力負載作用于軸承上，降低轉(zhuǎn)機軸承溫升，延長了軸承的壽命。降低了電機的轉(zhuǎn)速，可大大提高電機的使用壽命。

表3 各風機節(jié)電率計算

3.3 變頻啟動或停止時減小對燃燒系統(tǒng)的影響

當引風機變頻啟動或停止時，由于轉(zhuǎn)速較慢，基本不帶出力運行，減少了對燃燒系統(tǒng)影響和干擾，保證了機組的安全穩(wěn)定運行[2]。

3.4 減少維護費用

能節(jié)約原來損耗在擋板截流過程中的大量能量，減少了因頻繁調(diào)節(jié)而造成的擋板、調(diào)節(jié)機構(gòu)損壞、風道磨損和經(jīng)常停機檢修所造成的經(jīng)濟損失，大大提高了經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

引風機電機高壓變頻改造后，節(jié)能效果顯著，尤其低負荷運行節(jié)能效果更為明顯，降低了廠用電率，減少了發(fā)電成本，提高了企業(yè)效益和市場競爭力。但是，根據(jù)廠內(nèi)給水泵高壓變頻器改造實踐，變頻器運行過程中還存在一些問題，需要進一步探討和研究，以便不斷改進和完善。