變頻器在電廠節(jié)能中的應用

劉勇

摘 要：在電廠運行過程中，水泵和風機是電能耗損的主要設備，而變頻器的加入可以根據(jù)負荷情況實現(xiàn)電動機的無級變速，節(jié)能效果十分明顯。本文根據(jù)以往工作經(jīng)驗，對變頻調(diào)速裝置的節(jié)能原理進行總結(jié)，并從對爐膛內(nèi)的負壓進行自動控制、對電廠設備進行改造四方面，論述了變頻器在電廠節(jié)能中的應用。

關鍵詞：鍋爐電氣系統(tǒng)；變頻器；蒸汽壓力

中圖分類號：TN773.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0161-01

我國屬于能源消耗大國，對電能的需求量較大，在高能耗的化工企業(yè)發(fā)展過程中，節(jié)能設計顯得尤為重要。工業(yè)鍋爐是企業(yè)生產(chǎn)過程中的主要熱動力設備，其耗電量也會隨著氣溫和負荷的變化而變化。因此，人們需要對鍋爐的燃燒情況進行適當調(diào)節(jié)，主要調(diào)節(jié)方式為機械節(jié)流調(diào)節(jié)。但在此調(diào)節(jié)方式下，水泵和風機都會以滿負荷狀態(tài)運轉(zhuǎn)，從而導致電動機整體耗能量不會出現(xiàn)明顯降低。

1 變頻調(diào)速裝置的節(jié)能原理

1.1 變頻節(jié)能

根據(jù)流體力學知識可知，P=Q×H，其中P代表功率，Q代表流量，H代表壓力。在鍋爐實際工作過程中，如果水泵的效率保持不變，當流量Q下降時，水泵轉(zhuǎn)速也會出現(xiàn)下降，此時輸出功率P的下降幅度將會更大。換句話說，水泵電機的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似呈現(xiàn)出立方比關系，表1記錄了軸功率和流量之間的節(jié)能關系。在鍋爐運行過程中，變頻器能夠?qū)ω撦d變動進行快速適應，并實施最高效率電壓的不斷供給。而在變頻調(diào)節(jié)過程中，變頻器還能對V/F曲線進行自動調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)電機輸出力矩的有效減小，降低輸入電流，最終達到節(jié)能目的。例如，某水泵電機的電功率為55kW，當轉(zhuǎn)速下降1/5時，耗電值為28.16kW，省電率為48.8%，當轉(zhuǎn)速下降一半時，耗電量便會降低至6.875kW，省電率高達87.5%。

1.2 軟啟動節(jié)能

在電機啟動過程中，主要的啟動方式為直接啟動或Y/D啟動，啟動所需要的電流為額定電流的4到7倍，如此一來，將會對機電設備和供電電網(wǎng)產(chǎn)生嚴重沖擊，對電網(wǎng)的容量要求也會相應提升。尤其是在電機啟動過程中，所產(chǎn)生的巨大電流和振動可以對擋板等裝置帶來損害，從而影響了電機的整體使用壽命。而在變頻節(jié)能裝置應用之后，可利用變頻器的軟啟動功能，幫助電機從零電流開始啟動，整個過程電流的最大值也不會超過額定電流，降低了整個流程對電網(wǎng)的沖擊，同時對電容的容量要求也有所下降，有利于設備維護工作的合理開展[1]。

1.3 功率因數(shù)補償節(jié)能

在鍋爐使用時，無功功率的增加可導致線損、設備發(fā)熱等情況出現(xiàn)，使電網(wǎng)有功功率降低，通過該過程作用，很多無功電能也會消耗在線路之中，降低了設備使用效率。由公式P=S×COSθ；Q=S×Sinθ可知，COSθ數(shù)值越大，有功功率也會得到增加。一般來說，普通功率的功率因數(shù)范圍在0.6到0.7之間，在變頻調(diào)速裝置得到應用之后，由于內(nèi)部濾波電容的作用，COSθ≈1，從而實現(xiàn)電網(wǎng)有功功率的增加。

2 鍋爐電氣系統(tǒng)中變頻器的節(jié)能應用

2.1 對爐膛內(nèi)的負壓進行自動控制

在鍋爐電氣設備運行過程中，變頻器可提高帶有調(diào)節(jié)功能的鍋爐引風機控制性能，最終提升爐膛內(nèi)負壓的穩(wěn)定性。如爐膛壓力調(diào)節(jié)性能差，當壓力過大時，會出現(xiàn)漏風和熱量損失，不利于節(jié)能工作的開展，如果負壓過小，會導致爐膛因為正壓過大而向外噴火，降低整個操作系統(tǒng)的安全性，還會對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。此時利用變頻器的閉環(huán)控制對負壓進行精確調(diào)節(jié)。具體過程如下：在鍋爐初始狀態(tài)下，可以由人工對空氣與煤氣比例進行調(diào)節(jié)，確保鍋爐內(nèi)部達到理想的燃燒狀態(tài)，當引風機處于完全開啟狀態(tài)時，爐膛內(nèi)的負壓將會達到100Pa，此時可利用變頻器對燃煤鍋爐進行調(diào)節(jié)，促使高壓力波動下的煤氣流量接近于初始狀態(tài)的煤氣流量，讓煤氣和空氣比例達到最佳，從而實現(xiàn)節(jié)能控制[2]。

2.2 變頻器的自動控制

在變頻器節(jié)能應用過程中，可進行手動控制也能進行自動控制，在自動控制信號確定過程中，可以采用4mA到20mA的電流信號，或者0到10V的電壓信號。除此之外，為了提升閉環(huán)控制的控制效果，可對相關自動控制要求進行合理滿足。而儀器表的啟動信號轉(zhuǎn)變過程中，需要將轉(zhuǎn)換器之中的信號轉(zhuǎn)變成4到20mA的電流信號，并將信號送至變頻器之中，從而對電動機的轉(zhuǎn)速進行合理控制，最終確?？刂葡到y(tǒng)的有效簡化。但在實際控制過程中，流量的控制精度要比以往的起訂調(diào)節(jié)閥的控制精度高出很多。根據(jù)電廠使用要求，變頻器還可以通過對溫度控制來降低能量消耗，并實現(xiàn)對各種信號的綜合控制。

2.3 對風機進行自動控制

變頻器在風機中體現(xiàn)出十分明顯的節(jié)能效果，很多電廠在風機應用過程中選擇無靜壓風機，可保證風機運行過程中的流量與轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)出正比的變化規(guī)律，為變頻器的節(jié)能應用提供了有效條件。例如，在風機運行過程中使用變頻器，可利用變頻調(diào)節(jié)提升風機運行過程中的節(jié)能水平。但在實際應用過程中，需要對電廠中的風機進行合理改造，當變頻器投入使用時，如果鍋爐電氣系統(tǒng)之中的風機需要提供原有能耗的50%，這說明該風機節(jié)約了50%的能耗。除此之外，還可以對風機能量進行充分調(diào)整，并依靠相關關系，將風機能量調(diào)整到原有的80%，以此來增加變頻器的節(jié)能效果。

2.4 設備改造后的節(jié)能效果

表2是某單位蒸汽鍋爐使用的變頻電機容量信息，整體規(guī)格為20t，電機的總?cè)萘繛?10+55+3+11+3+11 =193kW。

該鍋爐的工作時間為24小時，每月30天，變頻控制柜在高溫區(qū)和恒溫區(qū)的綜合節(jié)電率大概在35%。通過計算可以得出總耗電量為48636度，按每度電0.75元計算，總費用為30154元。每月的節(jié)煤量大概在1200×5%=60t，每月的實際用煤量大約為1200t，如果按照節(jié)能率5%來計算，每噸煤價格按480元來計算，每個月可以節(jié)約資金46800元。從這些計算數(shù)字中可以看出，在鍋爐電氣系統(tǒng)中應用變頻器，可實現(xiàn)對風量、流量的有效控制，對能源節(jié)約、提升企業(yè)經(jīng)濟效益同樣具有重大意義，為企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供前提條件。

3 結(jié)語

綜上所述，伴隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國在企業(yè)節(jié)能減排工作上也提出了更高要求，變頻器技術的應用，可對電廠電氣系統(tǒng)性能進行合理調(diào)節(jié)，節(jié)能效果也十分明顯。通過對電廠耗電設備的升級和改造，不但能夠提升節(jié)能效果，還能在原有基礎上提高企業(yè)生產(chǎn)效率。因此，發(fā)電企業(yè)應該更加廣泛的應用變頻器，提升電廠經(jīng)濟性。

參考文獻

[1]杜振海.高壓變頻器在火電廠應用中對電氣設計產(chǎn)生的影響[J].電子技術與軟件工程，2018，（02）：231-232+244.

[2]宮曉鵬.高壓變頻器在熱源廠汽輪機拖動異步機發(fā)電系統(tǒng)中的應用[J].變頻器世界，2017，（03）：70-73.

[3]英威騰.高壓變頻器在某熱電熱網(wǎng)循環(huán)水泵上的應用[J].自動化博覽，2017，（01）：62-64.