VACON 变频器在火力发电厂75吨锅炉风机应用

一、行业概诉
目前，在我国电源结构中，火电装机容量占74%，发电量占80%；水电装机容量占25%，发电量占19%；核电仅占1%左右。火电厂中的各类辅机设备中，风机，水泵类设备占了绝大部分，蕴藏着巨大的节能潜力。
二、风机的选择和应用
风机是

火力发电厂重要的辅助设备之一，我国电站已经普遍采用了离心风机。以75(T/H)循环流化床炉为例，通常每台锅炉配备一台400KW引风机，一台315KW一次风机，一台250KW二次风机。由于锅炉在正常运行中的燃烧构成，热负载，电负荷以及季节等变化因数较大，因此，锅炉燃烧所需要的氧气在各不同的情况下也相应有较大的变化，然而，锅炉配置的风机是按锅炉最大负荷情况下所需最大风量来设计的，并考虑锅炉在事故状态下的风压，风量裕度，
即相应的保险系数。根据我国现行的火电设计规程：SDJ—79规定，燃煤锅炉的送，引风机的风量裕度分别为5%和5~10%，风压裕度分别是10%和10~15%，而实际设计中，风量和风压的裕度达20~30%是比较常见的。所以，风机电机功率的配置一般都比较大。
三、风量控制
1、风门控制
锅炉风机的风量裕度通常都比较大，如果采用风门控制，风门挡风板的平均开度一般在50%左右，大量能源浪费在克服挡风板阻力上，风机效率下降。由图1和 2可见能源的损耗和风机效率的下降。同时还会带来管网压力不稳定，难以精确控制，以及电机启动电流过大造成的对电机的损耗和电网冲击等其他问题。
2、液力耦合器控制
液力耦合器是一种利用液体介质传递转速的机械设备，其主动输入轴端与原传动机相联结，从动输出轴端与负载轴端联结，通过调节液体介质的压力，使输出轴的转速得以改变。理想状态下，当压力趋于无穷大时，输出转速与输入转速相等，相当于钢性联轴器。当压力减小时，输出转速相应降低，连续改变介质压力，输出转速可以得到低于输入转速的无级调节。
根据液力耦合器的上述特点，可以等效如图所示的模型
功率控制调速原理表明，传动速度的改变，实质是机械功率调节的结果。因此液力耦合器输出转速的降低，实际是输出功率减小。在调速过程中，液力耦合器的原传动转速没有发生变化，假设负载转矩不变，原传动的机械功率也不变，那么输入与输出功率的差值功率那里去了呢，显然是被液力耦合器以热能形式损耗掉了。因此，我们不能简单地认为液力偶合器调速是"丢转"，而实际是丢功率。设原传动功率为PM1，输出功率为PM2，损耗功率则为液力偶合器是一种耗能型的机械调速装置，调速越深（转速越低）损耗越
大，特别是恒转矩负载，由于原传动输入功率不变，损耗功率将转速损失成比例增大。对于风机泵类负载，由于负载转矩按转速平方率变化，原传动输入功率则按转速的平方率降低，损耗功率相对小一些，但输出功率是按转速的立方率减小，调速效率仍然很低。液力耦合器的调速效率曲线如图2所示，平均效率在50%左右。
3、变频调速
变频调速是靠调节风机电动机转速来改变风机风量。按流体机械定律，风机轴功率P与转速n之间有：
在风机风量有100%下降到50%时，变频调节与风门调节相比，风机的效率平均高出30%以上，除了大量节省能源外，采用变频控制还有以下优点：电机软启动，齐全的保护功能，调速特性优良，精度高，自动化程度高，便于监测和通讯，维护方便等。
四、变频调速方案选择
由于电机电压，变频器输入电压等级不同，电动机变频调速有如下四种方案：高-----高，高---低---高，高----低，低----低等4类。
合理的电压等级选用，VACON工程项目经验结合VACON变频器特性一般按如下原则选用经济合理的方案：
1、400KW以下电动机 380V变频器+低压电动机 低—低方案
2、400KW---800KW电动机 690V变频器+690V电动机 高---低方案
3、800KW---1500KW电动机 低压变频器+高压电动机 高—低--高方案
4、1500KW以上 高压变频器+高压电动机 高---高方案

五、投资成本与回报比较
以75吨流化循环炉为例，一般电厂6KV电压计算，引风机400KW，一次风机315KW，二次风机250KW各一台计算主要设备投资成本比较。另外，在通常设计中风门依然保留，以及电缆等成本不列入比较之中，以下成本分析旨在比较各方案的差异性。
1、风门+高压电动机控制 合计成本(RMB)75万
主要设备 成本(RMB)
三台高压电动机 33万
7台高压控制柜 42万
优点：投资成本低，系统简单
缺点：启动电流大，不节能，控制精度低，难维护，自动化程度不高。
2、液力耦合器+高压电动机 合计成本(RMB)114万
主要设备 成本(RMB)
三台液力耦合器 30万
三个液耦执行器 9万
7台高压开关柜 42万
三台高压电动机 33万
优点：电流小，减少电网冲击，调速稳定，节能。
缺点：投资成本高，设备维护成本高，自动化程度低，节能效果不明显。
3、低压变频器+低压电机 合计成本(RMB)99万
主要设备 成本(RMB)
一台1500kVA变压器 15万
三台低压变频器 60万
三台低压电机 15万
低压控制柜 9万
优点：平均节能30%以上，电机软启动对电网无冲击，可靠性高，免维护，调速特性优良，机械振动小和磨损较少，保护功能完善，自动化程度高，容易实现自动调节控制和计算机通讯。
缺点：产生谐波电流，对电网和周遍设备有干扰。
节能计算/年：965KW×5000h×30%×0.4=579000元（RMB）
比较以上三种方案可见，从电厂工艺状况和投资回报率角度考虑，低压变频方案是最经济可靠的。
六、VACON 系列变频器
1、公司介绍
芬兰瓦萨控制系统有限公司（简称芬兰威肯），位于芬兰工业城市---瓦萨。
其前身是瑞典一家著名的变频器生产厂，于1967年开发出第一台变频器，是变频器的鼻祖。芬兰威肯是专注于研发，生产，销售VACON品牌变频器的大型企业。也是世界上唯一的一家专业变频器制造商。作为世界著名的，增长最快的的变频器专业供应商，芬兰威肯凭借雄厚的研发实力，丰富的设计经验，独到的见解，世界级的营销和服务网络，优质可靠的变频器产品，成为世界交流变频器传动领域的的主要领导者之一。
2、VACON变频器特点
电压等级：220---690V
功率范围：0.55---1500KW
防护等级：IP00---IP54
全系列内置交流电抗器
紧凑的结构：长条型，节省空间的书本设计，体积很小，可紧贴并列安装
散热片采取独特的拉制工艺,散热效果好
工作环境：-10----+50摄氏度
开关频率：1----16KHz
150 % 过载电流 1min/10min for ICT
200 % 起动转矩
250 % 启动电流 2sec / 20sec for ICT
具有 CE, UL, C-UL (CSA),GOST R 认证 符合ISO9001质量认证
完备的保护功能：–过流 短路 过压/欠压 接地保护 失速保护 过载/欠载 热保护 变频器/电机相监测 (输入/输出)等
精确的电机控制：无传感器矢量控制
友好的用户界面：字符面板 图形面板 菜单式操作
FCDrive (具有与计算机相连的RS232接口)
各种通讯协议：如Interbus-S, Profibus-DP, Modbus, LonWorks, C-bus, SDS ,Device Net