变频器在锅炉引风机上的应用

摘要：交流变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向。文中主要阐述和分析了热电厂引风机控制系统的现状及存在的一些问题，介绍了变频器的优点。分析了采用变频器控制引风机的方案，从而实现对引风机的优化控制，进而达到了节能及减少设备故障的目标。
关键词：变频器；节能；锅炉
0 引言
引风机是热电厂重要的辅助设备之一，锅炉引风机是锅炉助燃的主要部分，它是将锅炉燃烧产生的高温烟气经水磨除尘、静电除尘器，再经烟囱排出的动力设备。锅炉燃烧时，负荷发生变化，为保证炉堂负压，烟气含氧量及相应气温、气压的相对稳定，需要及时的调整引风机的吸风量，并靠挡板的开度来调节风量的大小。
1 锅炉引风机现状分析
早期热电厂在选择锅炉配套风机时，通常要考虑短期的超负荷能力，并加以适当裕量来确定机型。而在选定锅炉时，又要根据工艺最大负荷和适当裕量来确定锅炉容量。因此，在选定引风机时又受到产品规格分档的限制，最后采用引风机容量往往偏大，加之对锅炉引风机的调节是靠调节挡板来完成的，所以当风量变化时，引风机系统会浪费大量的电能。而采用挡板进行风量控制存在许多问题：
采用挡板控制风的流量时，大量的能量损耗在挡板的节流过程中，浪费了大量的能源。
烟气中的灰尘等对挡板的冲击比较大，易出现故障。由于烟气中的灰尘经常在挡板上结垢，造成挡板卡死，增加了对挡板的检修维护最，故障率较高。
因挡板动作迟缓，执行机构长时间运行会出现越来越大的空行程。挡板阀门的执行机构力矩大，易出现问题，而且不能长期频繁调节，其线性度不好，动态性也不好，构成闭环自动控制较难。锅炉调节挡板开度的执行机构由于挡板卡死经常将其拐臂或底座拉断，以及开关不能到位等一系列问题，加大了对执行器的维护量。
2 变频器的优点
国内现行的火电设计规程SDJ一79规定：燃煤锅炉引风机的风量裕度为5％ ～10％ ，风压裕度为10％ ～15％ 。根据《泵与风机》中的理论，在理想的状况下：风量 转数；动力 转数。由转速公式可知：
n=60f（1一S）／p （1）
式中：S为转差率；n为转子实际转数，r／min为电源频率；p为电机的磁极对数。
由式（1）可见，只要改变电机的电流频率I厂，就可以改变电机的转速n，从而也就实现对风量的调节。采用调节转速控制风量的方法和常用的调节风门的方法相比，有着明显的节电效果，其原理如图1所示。

图1中，曲线1为风机在恒速下的风压一风量（H—Q）特性曲线；曲线2为恒速下的功率一风量（P 一Q）特性曲线；曲线3为管网风阻特性（风门全开）。
设风机在设计时工作在A点，效率最高，此时输出风量Q为100％ ，轴功率为Ps1, Ps1与Q1、H1的乘积成正比, ，即Ps1 与AH1OQ1。所包围的面积成正比。
当需要调节风量时，例如，所需风量从100％减少到额定风量的50％ ，即从Q，减少到 时，如采用调节风门的方法来调节风量，使管网阻力曲线由曲线3变为曲线4。就是说，减小风门开度，增加了管网阻力。此时，系统的工作点由原来的A点移至B点。可以看出，风量虽然降低了，但风压增加了，轴功率Ps2与面积BH2OQ2：成正比，它与P 相比，减少不多。
如果采用调节转速来调节风量的方法，风机转速由原来的n1 降到n2：。根据风机参数的比例定律，可以画出在转速n2下的风压一风量（H—p）特性曲线5，风机工作在C点。可见，在满足同样风量Q2的情况下，风压将大幅度降低到 ，轴功率Ps2（与面积CH3OQ2成正比）也明显降低。所节约的功率与面积AH1OQ1。和CH3OQ2之差成正比。由此可见，用调速的方法来减少风量的经济效益是十分显著的。
对于风机和泵类负载，如采用变频调速的方法改变其流量，节电率达20％ 一60％ ，不仅节电效果显著，而且易于满足生产工艺的要求，经济效益十分可观。仅1995年～1997年间，国内风机、水泵变频调速技术改造投入资金就达到35亿元，改造总容量达100万kW，平均回收期为2年。
随着锅炉负荷的调整，引风机风量也因锅炉负荷变化而经常处于一种低效率状态，大量的能量浪费在风道挡板上。从节能的观点来看，应采用变频调速技术控制风机转速来控制实时变化的风量。采用交流变频调速有许多特性：调速时平滑性好、效率高、稳定性好；调速范围较大、精度高；可实现软启、制动功能，起动电流低，节电效果明显；变频器体积小，便于安装、调试、维修；易于实现过程自动化；在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力显著降低。
3 采用变频器控制方式
（1）采用变频调速技术对引风机系统进行改造。锅炉引风机变频控制系统工艺图如图2所示。

（2）采用微差变送器（压力变送器）、变频器、控制器（PID调节器）、引风机组成的压力闭环回路，自动控制引风机的转速，使炉膛保持稳定的微负压，这样既提高了控制精度，又节约了能源，使引风机控制具有一定的合理性。引风机闭环控制原理框图如图3所示。

（3）为了使引风机在变频器故障时也能够运行，变频器设置手动工频旁路功能，即当变频器故障时使电机脱离变频器，将引风机转到工频旁路状态继续运行。如图4所示。

（4）变频器与原DCS操作系统接口时，因变频器的各控制信号及故障信号的输出是标准的数字信号（开关量）和标准模拟信号（4～20 mA或1～5 V信号），因此与DCS系统可直接连接，接口十分方便。
4 结束语
通过对锅炉引风机节能控制系统的改造，可以解决挡板卡死及执行器拐臂拉断的问题，但更为主要的是节能效果明显。虽然改造前期投入比较大，但从长远来看，其节约下来的电力成本远远大于投入。锅炉引风机系统运行也得到有效合理控制。因此，大力推广风机变频调速节能运行，不仅是当前企业节能降耗的重要技术手段，而且也是实现经济增长方式转变的必然要求。
参考文献：
[1] 张燕宾．变频调速应用实践．北京：机械工业出版社，2004．
[2] 竺伟，陈伯时．高压变频调速技术．电工技术，1999（3）：26—28．
[3] 竺伟，陈伯时，周鹤良，等．单元串联式多电平高压变频器的起源、现状和展望．电气传动，20O6（6）：3—4．
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