[b]1 引言 [/b] 鍋爐作為能源轉(zhuǎn)換的重要設(shè)備，在電力、機(jī)械、冶金、化工、紡織、造紙、食品等行業(yè)，以及民用采暖中都占據(jù)著重要的角色，根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷需求，鍋爐要隨時調(diào)整生產(chǎn)狀態(tài)，改變供熱量的多少。用戶在選配風(fēng)機(jī)時，都是根據(jù)工藝要求中出現(xiàn)的最大負(fù)荷來確定容量，所以存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，而且鍋爐的引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門大小來實現(xiàn)的，而用來帶動風(fēng)機(jī)的電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是不可調(diào)節(jié)的，因此造成大量的調(diào)節(jié)損失和電量的浪費(fèi)?；谶@種情況，本文提出采用變頻調(diào)速技術(shù)控制鍋爐引風(fēng)機(jī)電機(jī)，極大地改善了工藝操作人員工作條件，改善了風(fēng)機(jī)設(shè)備的起動性能，實現(xiàn)了無級調(diào)速，而且節(jié)約了35%左右的電能，從而達(dá)到節(jié)能降耗、減少設(shè)備噪聲污染的目的。 [b]2 問題提出 [/b] 通常在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場合，根據(jù)生產(chǎn)需要對爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗。從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。風(fēng)機(jī)類設(shè)備多數(shù)采用異步電動機(jī)直接驅(qū)動的方式運(yùn)行，存在啟動電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時不能瞬間動作保護(hù)設(shè)備，時常出現(xiàn)泵損壞同時電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，采用變頻器易操作、免維護(hù)、控制精度高，并可以實現(xiàn)高功能化等特點(diǎn)；因而采用變頻器驅(qū)動的方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板、閥門的控制方案。 [b]3 改造方案 [/b] 通常工業(yè)鍋爐上的引風(fēng)機(jī)都是電機(jī)以定速運(yùn)轉(zhuǎn)，再通過改變引風(fēng)機(jī)入口的檔板開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。而風(fēng)機(jī)的最大特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此如將電機(jī)的定速運(yùn)轉(zhuǎn)改為根據(jù)需要的流量來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可節(jié)約大量的電能。要提高引風(fēng)機(jī)電動機(jī)的工作效率、節(jié)約電能。一是可在引風(fēng)機(jī)電動機(jī)上裝上調(diào)速裝置。根據(jù)工作的情況調(diào)節(jié)調(diào)速器裝置的速度可以滿足工作狀況的要求。二是用變頻器對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，不必對原系統(tǒng)進(jìn)行大改動,增加一變頻器柜，選用富士frn280p11—4cx；額定容量：396kva；額定輸出電流：520a型變頻器，配用電抗器型號：dcr4—280b。電氣控制系統(tǒng)在2#鍋爐引風(fēng)機(jī)原電氣控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，拆除原進(jìn)線交流接觸器，增加中間繼電器，其它部分均不變。因為變頻器在風(fēng)機(jī)改造方面得到廣泛的應(yīng)用，改造后，可根據(jù)工藝狀況需要而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以滿足工藝要求。當(dāng)工藝狀況需要時，讓電動機(jī)高速運(yùn)行以達(dá)到工藝要求；當(dāng)工藝狀況允許時，使電動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)約電能。引風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行受鍋爐燃燒控制系統(tǒng)dcs的控制。調(diào)節(jié)dcs 4～20ma電流輸入信號，將控制變頻器的輸出頻率，以達(dá)到穩(wěn)定工況及提高鍋爐熱效率和節(jié)能之目的。2006年4月一次性投資30萬元對2#鍋爐引風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)試速節(jié)能改造，2#鍋爐引風(fēng)機(jī)改造電氣原理圖如圖1所示。 [align=center][img=425,374]http://www.ca800.com/uploadfile/maga/inv2008-11/11-1.jpg[/img] 圖1 2#鍋爐引風(fēng)機(jī)電氣原理圖 [/align] 4 變頻調(diào)速的特點(diǎn)及節(jié)能分析 鍋爐引風(fēng)機(jī)電機(jī)在沒有實現(xiàn)變頻調(diào)速控制之前，一般采用“降壓起動”，并且正常運(yùn)行后，電動機(jī)全壓、全速運(yùn)行，而引風(fēng)機(jī)風(fēng)量的大小則通過風(fēng)門來調(diào)節(jié)。一般情況下，風(fēng)門的開度為50%～80%，電機(jī)只能是滿負(fù)荷運(yùn)行，電動機(jī)的工作效率很低，造成很大浪費(fèi)。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對數(shù)）；通過改變電動機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術(shù)，電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。利用變頻調(diào)速技術(shù)，變頻器很好的解決了引風(fēng)機(jī)根據(jù)工況而直接控制風(fēng)量的大小而滿足工況的要求,變頻器是無級調(diào)速的，用變頻器改造風(fēng)機(jī)，具有以下特點(diǎn)： （1） 起動停止平衡，無級調(diào)速，調(diào)速范圍大； （2） 工作可靠，能長期穩(wěn)定運(yùn)行； （3） 操作簡便，維護(hù)量??； （4） 輸出特性可滿足風(fēng)機(jī)性能要求； （5） 節(jié)能效果顯著。 根據(jù)風(fēng)機(jī)的流量變化與轉(zhuǎn)速成正比，壓力變化與轉(zhuǎn)速成正比，而功率變化與轉(zhuǎn)速變化立方成正比。因此，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時，風(fēng)量減少。電機(jī)功率成立方比下降。 [b]5 風(fēng)機(jī)類負(fù)荷變頻調(diào)速節(jié)能原理 [/b] 風(fēng)機(jī)是將電動機(jī)的軸功率轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的設(shè)備。過去很少采用轉(zhuǎn)速控制的方法，多是由鼠籠式異步電機(jī)拖動進(jìn)行恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)需要改變流量時，調(diào)節(jié)節(jié)流閥和擋板，這種方法雖然控制簡單，但節(jié)能較差，不經(jīng)濟(jì)，動態(tài)跟蹤性能也很差。變頻調(diào)速節(jié)能是相對于閥門調(diào)節(jié)而言，采用變頻調(diào)速器后，將閥門全開，通過改變電機(jī)電源頻率的方法來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。由流體力學(xué)可知，流量q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，風(fēng)壓h與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，功率p與轉(zhuǎn)速n的立方成正比，即：q=q[sub]e[/sub]×（n/n[sub]e[/sub]），h=h[sub]e[/sub]×（n/n[sub]e[/sub]）[sup]2[/sup]，p=p[sub]e[/sub]×（n/n[sub]e[/sub]）[sup]3[/sup]，式中，q[sub]e[/sub]為風(fēng)機(jī)的額定流量，h[sub]e[/sub]為風(fēng)機(jī)的額定壓力，p[sub]e[/sub]為風(fēng)機(jī)的額定功率，n[sub]e[/sub]為風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。由上面的公式可知，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)流量時，可通過轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時風(fēng)機(jī)軸輸出功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。根據(jù)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)特性曲線如圖2加以分析。 假定風(fēng)機(jī)最佳效率工作點(diǎn)是a點(diǎn)，當(dāng)需減少風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量時，采用傳統(tǒng)的風(fēng)門調(diào)節(jié)方式，增加系統(tǒng)阻力來滿足要求，使風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)由a點(diǎn)轉(zhuǎn)移到b點(diǎn)。這種方法不但不能節(jié)能，反而會加快風(fēng)機(jī)的效率損耗，同時低效運(yùn)行會引起較高的空氣和結(jié)構(gòu)振動，產(chǎn)生噪聲及有損設(shè)備。采用變頻調(diào)速技術(shù)后，通過變頻調(diào)速，降低異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)重新達(dá)到平衡，工作點(diǎn)由a點(diǎn)轉(zhuǎn)移到c點(diǎn)。從c點(diǎn)可看出，電機(jī)轉(zhuǎn)速雖然降低了，但對風(fēng)機(jī)效率影響不大。根據(jù)上述原理，當(dāng)風(fēng)機(jī)流量在較大范圍內(nèi)發(fā)生變化時，采用變頻調(diào)速對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速加以控制，將會取得非常顯著的節(jié)能效果。風(fēng)機(jī)流量、轉(zhuǎn)速、軸功率及電源頻率關(guān)系如附表所示。 [b]6 節(jié)能計算 [/b]2#鍋爐引風(fēng)機(jī)電機(jī)（y355l1—6，pe=250kw，ue=380v，ie=458a）改造前、后節(jié)能效果計算情況如下； （1） 改造前實測數(shù)據(jù) u[sub]1[/sub]=380v；i[sub]1[/sub]=412a；cosφ[sub]1[/sub]=0.82； p[sub]1[/sub]=1.732u[sub]i[/sub]cosφ=1.732×380×412×0.82 =222.4kw。 改造前每年耗電量（全年運(yùn)行300天計）為：222.35kw×24×300=1600920度。 （2） 改造后實測數(shù)據(jù) u[sub]2[/sub]=380v；i[sub]2[/sub]=253.4a；cosφ[sub]2[/sub]=1； p[sub]2[/sub]=1.732×380×253.4×1=166.7kw； 改造后每年耗電量（全年運(yùn)行300天計）為：166.7kw×24×300=1200690度。 （3） 每年節(jié)省的電量 1600920－1200690=400230度； 節(jié)電率：400230÷1600920=25%； 每年節(jié)約電費(fèi)（按0.55元/度）：400230×0.55=22012.65元=2.2萬元 [b]7 改造效果 [/b] 2#鍋爐引風(fēng)機(jī)通過應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)后，改變了原有的操作方式，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，能夠有效地調(diào)節(jié)鍋爐生產(chǎn)過程，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，保持風(fēng)機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)實現(xiàn)了軟啟動，無沖擊電流，設(shè)備故障率大大降低，維修費(fèi)用大為減少。拖動系統(tǒng)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，在大大節(jié)約電能的基礎(chǔ)上，使長期輕載運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)工作在低轉(zhuǎn)速、低電壓的狀態(tài)下，這樣就使電機(jī)發(fā)熱少、溫升低，延長了使用壽命。變頻調(diào)速技術(shù)也提高了功率因數(shù)，使電網(wǎng)損耗減少，效率提高，同時降低了風(fēng)機(jī)噪音，改善了生產(chǎn)環(huán)境。另外變頻器自我檢測、故障診斷、保護(hù)功能齊全，可有效地防止事故擴(kuò)大化。 通過對變頻器在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 節(jié)電降耗效果顯著，操作簡便，調(diào)節(jié)平衡，尤其與微機(jī)控制相聯(lián)更體現(xiàn)了優(yōu)越性，深受司爐工的歡迎； （2） 平滑啟動及轉(zhuǎn)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械磨損減小，故障率下降，減少了停機(jī)、停爐對生產(chǎn)的影響； （3） 檔板和調(diào)節(jié)閥的機(jī)械磨損、卡死等故障不復(fù)存在了，大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用。 [b]8 結(jié)束語 [/b]對2#鍋爐引風(fēng)機(jī)改造表明： （1） 采用變頻器對引風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造具有結(jié)構(gòu)簡單、改造方便、節(jié)能效果明顯、投資回收期短的特點(diǎn)； （2） 使用變頻器后，風(fēng)機(jī)可軟起軟停、減少設(shè)備機(jī)械沖擊、延長設(shè)備使用壽命、降低設(shè)備的維修費(fèi)用； （3） 變頻調(diào)速技術(shù)先進(jìn)、成熟，提高了設(shè)備的技術(shù)含量。 鍋爐引風(fēng)機(jī)等風(fēng)機(jī)類設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行是我國節(jié)能的一項重點(diǎn)推廣技術(shù)，受到國家政府的普遍重視，實踐證明，變頻器用于風(fēng)機(jī)類設(shè)備驅(qū)動控制場合取得了顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且因此而大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，還降低了停產(chǎn)周期。直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，需要大約16個月就可收回全部投資。 作者簡介 張慶忠（1973-） 男 電氣工程師，畢業(yè)于山東科技大學(xué)機(jī)械電子系機(jī)電一體化專業(yè)，現(xiàn)工作于兗礦魯南化肥廠電氣分廠，主要從事化工電氣設(shè)備的技術(shù)管理工作。 [b]參考文獻(xiàn) [/b][1] 方大千. 節(jié)能計算手冊. 北京:電力工業(yè)出版社,2006 [2] p11系列富士變頻器操作說明書