一、行業(yè)概訴 目前，在我國電源結(jié)構(gòu)中，火電裝機(jī)容量占74%，發(fā)電量占80%；水電裝機(jī)容量占25%，發(fā)電量占19%；核電僅占1%左右。火電廠中的各類輔機(jī)設(shè)備中，風(fēng)機(jī)，水泵類設(shè)備占了絕大部分，蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能潛力。 二、風(fēng)機(jī)的選擇和應(yīng)用 風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備之一，我國電站已經(jīng)普遍采用了離心風(fēng)機(jī)。以75(T/H)循環(huán)流化床爐為例，通常每臺鍋爐配備一臺400KW引風(fēng)機(jī)，一臺315KW一次風(fēng)機(jī)，一臺250KW二次風(fēng)機(jī)。由于鍋爐在正常運行中的燃燒構(gòu)成，熱負(fù)載，電負(fù)荷以及季節(jié)等變化因數(shù)較大，因此，鍋爐燃燒所需要的氧氣在各不同的情況下也相應(yīng)有較大的變化，然而，鍋爐配置的風(fēng)機(jī)是按鍋爐最大負(fù)荷情況下所需最大風(fēng)量來設(shè)計的，并考慮鍋爐在事故狀態(tài)下的風(fēng)壓，風(fēng)量裕度， 即相應(yīng)的保險系數(shù)。根據(jù)我國現(xiàn)行的火電設(shè)計規(guī)程：SDJ—79規(guī)定，燃煤鍋爐的送，引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度分別為5%和5~10%，風(fēng)壓裕度分別是10%和10~15%，而實際設(shè)計中，風(fēng)量和風(fēng)壓的裕度達(dá)20~30%是比較常見的。所以，風(fēng)機(jī)電機(jī)功率的配置一般都比較大。 三、風(fēng)量控制 1、風(fēng)門控制 鍋爐風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度通常都比較大，如果采用風(fēng)門控制，風(fēng)門擋風(fēng)板的平均開度一般在50%左右，大量能源浪費在克服擋風(fēng)板阻力上，風(fēng)機(jī)效率下降。由圖1和 2可見能源的損耗和風(fēng)機(jī)效率的下降。同時還會帶來管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定，難以精確控制，以及電機(jī)啟動電流過大造成的對電機(jī)的損耗和電網(wǎng)沖擊等其他問題。 2、液力耦合器控制 液力耦合器是一種利用液體介質(zhì)傳遞轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備，其主動輸入軸端與原傳動機(jī)相聯(lián)結(jié)，從動輸出軸端與負(fù)載軸端聯(lián)結(jié)，通過調(diào)節(jié)液體介質(zhì)的壓力，使輸出軸的轉(zhuǎn)速得以改變。理想狀態(tài)下，當(dāng)壓力趨于無窮大時，輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速相等，相當(dāng)于鋼性聯(lián)軸器。當(dāng)壓力減小時，輸出轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低，連續(xù)改變介質(zhì)壓力，輸出轉(zhuǎn)速可以得到低于輸入轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)。 根據(jù)液力耦合器的上述特點，可以等效如圖所示的模型 功率控制調(diào)速原理表明，傳動速度的改變，實質(zhì)是機(jī)械功率調(diào)節(jié)的結(jié)果。因此液力耦合器輸出轉(zhuǎn)速的降低，實際是輸出功率減小。在調(diào)速過程中，液力耦合器的原傳動轉(zhuǎn)速沒有發(fā)生變化，假設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，原傳動的機(jī)械功率也不變，那么輸入與輸出功率的差值功率那里去了呢，顯然是被液力耦合器以熱能形式損耗掉了。因此，我們不能簡單地認(rèn)為液力偶合器調(diào)速是"丟轉(zhuǎn)"，而實際是丟功率。設(shè)原傳動功率為PM1，輸出功率為PM2，損耗功率則為 液力偶合器是一種耗能型的機(jī)械調(diào)速裝置，調(diào)速越深（轉(zhuǎn)速越低）損耗越 大，特別是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于原傳動輸入功率不變，損耗功率將轉(zhuǎn)速損失成比例增大。對于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化，原傳動輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低，損耗功率相對小一些，但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小，調(diào)速效率仍然很低。液力耦合器的調(diào)速效率曲線如圖2所示，平均效率在50%左右。 3、變頻調(diào)速 變頻調(diào)速是靠調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)速來改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量。按流體機(jī)械定律，風(fēng)機(jī)軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間有： 在風(fēng)機(jī)風(fēng)量有100%下降到50%時，變頻調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)相比，風(fēng)機(jī)的效率平均高出30%以上，除了大量節(jié)省能源外，采用變頻控制還有以下優(yōu)點：電機(jī)軟啟動，齊全的保護(hù)功能，調(diào)速特性優(yōu)良，精度高，自動化程度高，便于監(jiān)測和通訊，維護(hù)方便等。 四、變頻調(diào)速方案選擇 由于電機(jī)電壓，變頻器輸入電壓等級不同，電動機(jī)變頻調(diào)速有如下四種方案：高-----高，高---低---高，高----低，低----低等4類。 合理的電壓等級選用，VACON工程項目經(jīng)驗結(jié)合VACON變頻器特性一般按如下原則選用經(jīng)濟(jì)合理的方案： 1、400KW以下電動機(jī) 380V變頻器+低壓電動機(jī) 低—低方案 2、400KW---800KW電動機(jī) 690V變頻器+690V電動機(jī) 高---低方案 3、800KW---1500KW電動機(jī) 低壓變頻器+高壓電動機(jī) 高—低--高方案 4、1500KW以上 高壓變頻器+高壓電動機(jī) 高---高方案 五、投資成本與回報比較 以75噸流化循環(huán)爐為例，一般電廠6KV電壓計算，引風(fēng)機(jī)400KW，一次風(fēng)機(jī)315KW，二次風(fēng)機(jī)250KW各一臺計算主要設(shè)備投資成本比較。另外，在通常設(shè)計中風(fēng)門依然保留，以及電纜等成本不列入比較之中，以下成本分析旨在比較各方案的差異性。 1、風(fēng)門+高壓電動機(jī)控制 合計成本(RMB)75萬 主要設(shè)備 成本(RMB) 三臺高壓電動機(jī) 33萬 7臺高壓控制柜 42萬 優(yōu)點：投資成本低，系統(tǒng)簡單 缺點：啟動電流大，不節(jié)能，控制精度低，難維護(hù)，自動化程度不高。 2、液力耦合器+高壓電動機(jī) 合計成本(RMB)114萬 主要設(shè)備 成本(RMB) 三臺液力耦合器 30萬 三個液耦執(zhí)行器 9萬 7臺高壓開關(guān)柜 42萬 三臺高壓電動機(jī) 33萬 優(yōu)點：電流小，減少電網(wǎng)沖擊，調(diào)速穩(wěn)定，節(jié)能。 缺點：投資成本高，設(shè)備維護(hù)成本高，自動化程度低，節(jié)能效果不明顯。 3、低壓變頻器+低壓電機(jī) 合計成本(RMB)99萬 主要設(shè)備 成本(RMB) 一臺1500kVA變壓器 15萬 三臺低壓變頻器 60萬 三臺低壓電機(jī) 15萬 低壓控制柜 9萬 優(yōu)點：平均節(jié)能30%以上，電機(jī)軟啟動對電網(wǎng)無沖擊，可靠性高，免維護(hù)，調(diào)速特性優(yōu)良，機(jī)械振動小和磨損較少，保護(hù)功能完善，自動化程度高，容易實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制和計算機(jī)通訊。 缺點：產(chǎn)生諧波電流，對電網(wǎng)和周遍設(shè)備有干擾。 節(jié)能計算/年：965KW×5000h×30%×0.4=579000元（RMB） 比較以上三種方案可見，從電廠工藝狀況和投資回報率角度考慮，低壓變頻方案是最經(jīng)濟(jì)可靠的。 六、VACON 系列變頻器 1、公司介紹 芬蘭瓦薩控制系統(tǒng)有限公司（簡稱芬蘭威肯），位于芬蘭工業(yè)城市---瓦薩。 其前身是瑞典一家著名的變頻器生產(chǎn)廠，于1967年開發(fā)出第一臺變頻器，是變頻器的鼻祖。芬蘭威肯是專注于研發(fā)，生產(chǎn)，銷售VACON品牌變頻器的大型企業(yè)。也是世界上唯一的一家專業(yè)變頻器制造商。作為世界著名的，增長最快的的變頻器專業(yè)供應(yīng)商，芬蘭威肯憑借雄厚的研發(fā)實力，豐富的設(shè)計經(jīng)驗，獨到的見解，世界級的營銷和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)質(zhì)可靠的變頻器產(chǎn)品，成為世界交流變頻器傳動領(lǐng)域的的主要領(lǐng)導(dǎo)者之一。 2、VACON變頻器特點 電壓等級：220---690V 功率范圍：0.55---1500KW 防護(hù)等級：IP00---IP54 全系列內(nèi)置交流電抗器 緊湊的結(jié)構(gòu)：長條型，節(jié)省空間的書本設(shè)計，體積很小，可緊貼并列安裝 散熱片采取獨特的拉制工藝,散熱效果好 工作環(huán)境：-10----+50攝氏度 開關(guān)頻率：1----16KHz 150 % 過載電流 1min/10min for ICT 200 % 起動轉(zhuǎn)矩 250 % 啟動電流 2sec / 20sec for ICT 具有 CE, UL, C-UL (CSA),GOST R 認(rèn)證 符合ISO9001質(zhì)量認(rèn)證 完備的保護(hù)功能：–過流 短路 過壓/欠壓 接地保護(hù) 失速保護(hù) 過載/欠載 熱保護(hù) 變頻器/電機(jī)相監(jiān)測 (輸入/輸出)等 精確的電機(jī)控制：無傳感器矢量控制 友好的用戶界面：字符面板 圖形面板 菜單式操作 FCDrive (具有與計算機(jī)相連的RS232接口) 各種通訊協(xié)議：如Interbus-S, Profibus-DP, Modbus, LonWorks, C-bus, SDS ,Device Net