變頻風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)在鍋爐節(jié)能降耗領(lǐng)域的應(yīng)用

袁 峰

（武鋼能源總廠熱力廠，湖北武漢 430083）

1 前言

熱力廠現(xiàn)有20多座鍋爐，鍋爐的引風(fēng)機(jī)普遍采用330～2800k W大型電動(dòng)機(jī)，且全部為定速電機(jī)，無論負(fù)載高低，電能消耗居高不下，造成了能源的極大浪費(fèi)，以引風(fēng)機(jī)電機(jī)最大的燒結(jié)電站為例：燒結(jié)電站3臺(tái)余熱鍋爐引風(fēng)機(jī)目前采用擋板調(diào)節(jié)方式，配用電動(dòng)機(jī)為2800k W，在鍋爐運(yùn)行中，電功率基本不變，僅依靠引風(fēng)機(jī)的擋板開度調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量，即通過爐膛壓力信號(hào)依靠D C S對(duì)擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)來達(dá)到生產(chǎn)所需風(fēng)量及壓力，該風(fēng)機(jī)電機(jī)功率高達(dá)2800k W，每年電費(fèi)消耗很大。

2 問題的提出

鍋爐進(jìn)風(fēng)量的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式是調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)擋板，即僅僅改變引風(fēng)通道的流通阻力，而驅(qū)動(dòng)源的輸出功率并沒有改變，節(jié)流損失相當(dāng)大，浪費(fèi)了大量電能。致使耗電率高，發(fā)電成本不易降低。同時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生5～7倍的沖擊電流，對(duì)電機(jī)構(gòu)成損害。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)化水平低，不能及時(shí)調(diào)節(jié)，運(yùn)行效率低。為此，我們采用變頻調(diào)節(jié)方式對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改造，利用改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)鍋爐進(jìn)風(fēng)量的運(yùn)行方式，以減少溢流和節(jié)流損失，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

此次變頻節(jié)能改造擬對(duì)上述3臺(tái)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行初步改造，計(jì)劃改造設(shè)備參數(shù)統(tǒng)計(jì)如下：

（1）電機(jī)額定數(shù)據(jù)：

型號(hào)：Y R k k 800-6

額定功率：2800k W

額定電壓：10k V

額定電流：195A

額定轉(zhuǎn)速：980r/m i n

功率因數(shù)：0.80

（2）負(fù)載額定數(shù)據(jù)：

型號(hào)：2700D IB B 80

額定流量：58萬(wàn)m3/h

全壓：4750P a

軸功率：2580k W

（3）系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)：

閥門開度：55%

運(yùn)行電流：172A啟動(dòng)方式：水阻啟動(dòng)年運(yùn)行時(shí)間：8000h運(yùn)行靠擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量風(fēng)壓。此風(fēng)機(jī)主要是輸送熱蒸汽用。

3.1 采用變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

3.1.1 風(fēng)機(jī)啟停頻繁，軸承容易彎曲變形的故障現(xiàn)象

由于燒結(jié)環(huán)冷機(jī)工況不穩(wěn)定，造成引風(fēng)機(jī)啟停頻繁，沒有盤車裝置風(fēng)機(jī)軸承在靜止?fàn)顟B(tài)下容易產(chǎn)生彎曲變形。對(duì)此采用變頻器裝置，利用變頻器的變速功能，在環(huán)冷機(jī)停止工作時(shí)，可對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行低速盤車避免軸承彎曲，大大減少此類故障的發(fā)生。

3.1.2 采用變頻啟動(dòng)，棄用水阻啟動(dòng)，可以確保職工人身安全

3臺(tái)引風(fēng)機(jī)原采用水阻啟動(dòng)，而水阻屬于20世紀(jì)70年代左右的產(chǎn)物，安全上存在很大隱患，已屬于漸被淘汰的產(chǎn)品。燒結(jié)余熱鍋爐引風(fēng)機(jī)水阻同樣在設(shè)計(jì)上也存在缺陷，4燒、5燒引風(fēng)機(jī)的水電阻曾于2008年、2011年兩次發(fā)生爆炸故障，險(xiǎn)些造成人身事故，淘汰水電阻后，運(yùn)行人員的人身安全得到可靠保障。

3.1.3 提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)

原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，滿載時(shí)功率因數(shù)為0.8～0.9，實(shí)際運(yùn)行功率因數(shù)遠(yuǎn)低于額定值。采用高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.95以上，大大的減少無功功率的吸收，進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。

3.1.4 降低設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用

采用變頻調(diào)節(jié)后，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能；轉(zhuǎn)速降低，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護(hù)周期、設(shè)備運(yùn)行壽命延長(zhǎng)；變頻改造后風(fēng)門開度可達(dá)100%，運(yùn)行中不承受壓力，可顯著減少風(fēng)門的維護(hù)量。在使用變頻器過程中，只需定期對(duì)變頻器進(jìn)行除灰清潔維護(hù)，不用停機(jī)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。從實(shí)際改造情況看，采用變頻調(diào)速后，運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用大大降低。

3.1.5 軟啟軟停功能

采用高壓變頻改造后，電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟軟停，啟動(dòng)電流不超過電機(jī)額定電流的1.2倍，對(duì)電網(wǎng)無任何沖擊，電機(jī)使用壽命延長(zhǎng)。在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，電機(jī)可保證運(yùn)行平穩(wěn)，損耗減小，溫升正常，無任何附加的異常振動(dòng)和噪音。

3.1.6 保護(hù)功能增加，提高電氣運(yùn)行的可靠性

與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項(xiàng)保護(hù)功能，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。

3.1.7 便于實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化

變頻改造后便于實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)自動(dòng)化。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)量經(jīng)常需要根據(jù)工藝的要求變化，在過去用擋板調(diào)節(jié)時(shí)，存在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度與流量的關(guān)系曲線的線性問題。往往由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的磨損量過大，閥門特性發(fā)生變化，出現(xiàn)非線性問題，致使調(diào)節(jié)過程失誤，自動(dòng)控制系統(tǒng)無法正常工作。而變頻調(diào)速始終保持在線性高精度0.1～0.01H z的范圍內(nèi)工作，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化創(chuàng)造了優(yōu)越條件。

3.1.8 增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性

智能高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)能力強(qiáng)，電壓工作范圍寬，電網(wǎng)電壓在-35%～+15%之間波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)均可正常運(yùn)行。

4 變頻調(diào)速方案的節(jié)能估算

燒結(jié)余熱鍋爐風(fēng)機(jī)高壓變頻改造節(jié)能分析節(jié)能分析：

設(shè)備名稱：燒結(jié)余熱鍋爐 1#、4#、5#引風(fēng)機(jī)電機(jī)

工頻運(yùn)行功率（平均）：2383k W

變頻后運(yùn)行功率（平均）：2050k W

節(jié)電率：14%

每小時(shí)節(jié)約電量：333k W

5 方案確定

采用手動(dòng)一拖一旁路方式改造電氣原理如圖1。

圖1 改造電氣原理示意圖

系統(tǒng)母線電源經(jīng)變頻裝置刀閘K 1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)刀閘K 2送至電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)母線電源還可經(jīng)刀閘K 2切換至工頻側(cè)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。變頻裝置故障保護(hù)由變頻器故障節(jié)點(diǎn)與用戶開關(guān)連鎖，一旦變頻故障即可馬上斷開輸入側(cè)高壓開關(guān)及刀閘K 1，將變頻裝置隔離，切換刀閘K 2至工頻側(cè)，合高壓開關(guān)工頻起動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。刀閘K 1、K 2之間具有閉鎖和防止誤操作功能。

2800k W風(fēng)機(jī)系統(tǒng)原有軟啟動(dòng)系統(tǒng)保留在工頻旁路回路中，以保證工頻旁路時(shí)可以成功軟啟動(dòng)。

燒結(jié)余熱鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)：

燒結(jié)余熱鍋爐引風(fēng)機(jī)（3臺(tái)）：2800k W/10k V

系統(tǒng)配置型號(hào)：T t n v e r t-A 4 H 3500/03 Y，Ⅰout=200A

系統(tǒng)旁路及啟動(dòng)方式：一拖一手動(dòng)旁路

單元配置：T I N V U-210/17 B 1

系統(tǒng)尺寸及重量：6010×1200×2550（長(zhǎng)×寬×高），8220k g

6 改造后燒結(jié)余熱鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速裝置試運(yùn)行情況

2012年11月8日，燒結(jié)電站3臺(tái)余熱鍋爐引風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻改造全部完成，通過采用變頻啟動(dòng)，解決了風(fēng)機(jī)沒有盤車裝置的弊端，減少了風(fēng)機(jī)震動(dòng)的頻率及停爐的次數(shù)。同時(shí)又解決了水阻啟動(dòng)在工藝上存在的缺陷，使維護(hù)量大幅減少。目前變頻器運(yùn)行穩(wěn)定。

7 改造后的節(jié)能檢驗(yàn)

7.1 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

經(jīng)實(shí)測(cè)，現(xiàn)在余熱爐產(chǎn)汽量和改造前產(chǎn)汽量一樣的情況下，風(fēng)機(jī)每小時(shí)耗電量要比原來減少200k W·h，3臺(tái)引風(fēng)機(jī)每天節(jié)約成本：200×0.5×24×3=7200元每年節(jié)約成本：

7200元×200日=140萬(wàn)元

即3臺(tái)引風(fēng)機(jī)每年可節(jié)約電費(fèi)140萬(wàn)元。

7.2 社會(huì)效益

由于變頻器的安全性遠(yuǎn)高于水電阻啟動(dòng)方式，因此，本次改造不僅確保了職工的人身安全，也大大提高了引風(fēng)機(jī)的工作可靠性（每年可增加30個(gè)工作日）。

8結(jié)論

變頻風(fēng)量調(diào)節(jié)技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)通過追蹤燒結(jié)余熱鍋爐的重要參數(shù)（爐膛負(fù)壓、煙溫、汽包水位等）自動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，來達(dá)到進(jìn)風(fēng)量自動(dòng)控制的效果，實(shí)現(xiàn)鍋爐引風(fēng)機(jī)安全、節(jié)能、高效運(yùn)行。