摘要：交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的重要發(fā)展方向。文中主要闡述和分析了熱電廠引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的一些問題，介紹了變頻器的優(yōu)點。分析了采用變頻器控制引風(fēng)機(jī)的方案，從而實現(xiàn)對引風(fēng)機(jī)的優(yōu)化控制，進(jìn)而達(dá)到了節(jié)能及減少設(shè)備故障的目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：變頻器；節(jié)能；鍋爐
0 引言
引風(fēng)機(jī)是熱電廠重要的輔助設(shè)備之一，鍋爐引風(fēng)機(jī)是鍋爐助燃的主要部分，它是將鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)水磨除塵、靜電除塵器，再經(jīng)煙囪排出的動力設(shè)備。鍋爐燃燒時，負(fù)荷發(fā)生變化，為保證爐堂負(fù)壓，煙氣含氧量及相應(yīng)氣溫、氣壓的相對穩(wěn)定，需要及時的調(diào)整引風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量，并靠擋板的開度來調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小。
1 鍋爐引風(fēng)機(jī)現(xiàn)狀分析
早期熱電廠在選擇鍋爐配套風(fēng)機(jī)時，通常要考慮短期的超負(fù)荷能力，并加以適當(dāng)裕量來確定機(jī)型。而在選定鍋爐時，又要根據(jù)工藝最大負(fù)荷和適當(dāng)裕量來確定鍋爐容量。因此，在選定引風(fēng)機(jī)時又受到產(chǎn)品規(guī)格分檔的限制，最后采用引風(fēng)機(jī)容量往往偏大，加之對鍋爐引風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)是靠調(diào)節(jié)擋板來完成的，所以當(dāng)風(fēng)量變化時，引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)會浪費(fèi)大量的電能。而采用擋板進(jìn)行風(fēng)量控制存在許多問題：
采用擋板控制風(fēng)的流量時，大量的能量損耗在擋板的節(jié)流過程中，浪費(fèi)了大量的能源。
煙氣中的灰塵等對擋板的沖擊比較大，易出現(xiàn)故障。由于煙氣中的灰塵經(jīng)常在擋板上結(jié)垢，造成擋板卡死，增加了對擋板的檢修維護(hù)最，故障率較高。
因擋板動作遲緩，執(zhí)行機(jī)構(gòu)長時間運(yùn)行會出現(xiàn)越來越大的空行程。擋板閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩大，易出現(xiàn)問題，而且不能長期頻繁調(diào)節(jié)，其線性度不好，動態(tài)性也不好，構(gòu)成閉環(huán)自動控制較難。鍋爐調(diào)節(jié)擋板開度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由于擋板卡死經(jīng)常將其拐臂或底座拉斷，以及開關(guān)不能到位等一系列問題，加大了對執(zhí)行器的維護(hù)量。
2 變頻器的優(yōu)點
國內(nèi)現(xiàn)行的火電設(shè)計規(guī)程SDJ一79規(guī)定：燃煤鍋爐引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度為5％ ～10％ ，風(fēng)壓裕度為10％ ～15％ 。根據(jù)《泵與風(fēng)機(jī)》中的理論，在理想的狀況下：風(fēng)量 轉(zhuǎn)數(shù)；動力 轉(zhuǎn)數(shù)。由轉(zhuǎn)速公式可知：
n=60f（1一S）／p （1）
式中：S為轉(zhuǎn)差率；n為轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)數(shù)，r／min為電源頻率；p為電機(jī)的磁極對數(shù)。
由式（1）可見，只要改變電機(jī)的電流頻率I廠，就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速n，從而也就實現(xiàn)對風(fēng)量的調(diào)節(jié)。采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)量的方法和常用的調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法相比，有著明顯的節(jié)電效果，其原理如圖1所示。

圖1中，曲線1為風(fēng)機(jī)在恒速下的風(fēng)壓一風(fēng)量（H—Q）特性曲線；曲線2為恒速下的功率一風(fēng)量（P 一Q）特性曲線；曲線3為管網(wǎng)風(fēng)阻特性（風(fēng)門全開）。
設(shè)風(fēng)機(jī)在設(shè)計時工作在A點，效率最高，此時輸出風(fēng)量Q為100％ ，軸功率為Ps1, Ps1與Q1、H1的乘積成正比, ，即Ps1 與AH1OQ1。所包圍的面積成正比。
當(dāng)需要調(diào)節(jié)風(fēng)量時，例如，所需風(fēng)量從100％減少到額定風(fēng)量的50％ ，即從Q，減少到 時，如采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法來調(diào)節(jié)風(fēng)量，使管網(wǎng)阻力曲線由曲線3變?yōu)榍€4。就是說，減小風(fēng)門開度，增加了管網(wǎng)阻力。此時，系統(tǒng)的工作點由原來的A點移至B點。可以看出，風(fēng)量雖然降低了，但風(fēng)壓增加了，軸功率Ps2與面積BH2OQ2：成正比，它與P 相比，減少不多。
如果采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由原來的n1 降到n2：。根據(jù)風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律，可以畫出在轉(zhuǎn)速n2下的風(fēng)壓一風(fēng)量（H—p）特性曲線5，風(fēng)機(jī)工作在C點。可見，在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓將大幅度降低到 ，軸功率Ps2（與面積CH3OQ2成正比）也明顯降低。所節(jié)約的功率與面積AH1OQ1。和CH3OQ2之差成正比。由此可見，用調(diào)速的方法來減少風(fēng)量的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。
對于風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載，如采用變頻調(diào)速的方法改變其流量，節(jié)電率達(dá)20％ 一60％ ，不僅節(jié)電效果顯著，而且易于滿足生產(chǎn)工藝的要求，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。僅1995年～1997年間，國內(nèi)風(fēng)機(jī)、水泵變頻調(diào)速技術(shù)改造投入資金就達(dá)到35億元，改造總?cè)萘窟_(dá)100萬kW，平均回收期為2年。
隨著鍋爐負(fù)荷的調(diào)整，引風(fēng)機(jī)風(fēng)量也因鍋爐負(fù)荷變化而經(jīng)常處于一種低效率狀態(tài)，大量的能量浪費(fèi)在風(fēng)道擋板上。從節(jié)能的觀點來看，應(yīng)采用變頻調(diào)速技術(shù)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來控制實時變化的風(fēng)量。采用交流變頻調(diào)速有許多特性：調(diào)速時平滑性好、效率高、穩(wěn)定性好；調(diào)速范圍較大、精度高；可實現(xiàn)軟啟、制動功能，起動電流低，節(jié)電效果明顯；變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修；易于實現(xiàn)過程自動化；在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電動機(jī)的過載能力顯著降低。
3 采用變頻器控制方式
（1）采用變頻調(diào)速技術(shù)對引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改造。鍋爐引風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)工藝圖如圖2所示。

（2）采用微差變送器（壓力變送器）、變頻器、控制器（PID調(diào)節(jié)器）、引風(fēng)機(jī)組成的壓力閉環(huán)回路，自動控制引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使?fàn)t膛保持穩(wěn)定的微負(fù)壓，這樣既提高了控制精度，又節(jié)約了能源，使引風(fēng)機(jī)控制具有一定的合理性。引風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制原理框圖如圖3所示。

（3）為了使引風(fēng)機(jī)在變頻器故障時也能夠運(yùn)行，變頻器設(shè)置手動工頻旁路功能，即當(dāng)變頻器故障時使電機(jī)脫離變頻器，將引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)到工頻旁路狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。如圖4所示。

（4）變頻器與原DCS操作系統(tǒng)接口時，因變頻器的各控制信號及故障信號的輸出是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號（開關(guān)量）和標(biāo)準(zhǔn)模擬信號（4～20 mA或1～5 V信號），因此與DCS系統(tǒng)可直接連接，接口十分方便。
4 結(jié)束語
通過對鍋爐引風(fēng)機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的改造，可以解決擋板卡死及執(zhí)行器拐臂拉斷的問題，但更為主要的是節(jié)能效果明顯。雖然改造前期投入比較大，但從長遠(yuǎn)來看，其節(jié)約下來的電力成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于投入。鍋爐引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行也得到有效合理控制。因此，大力推廣風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能運(yùn)行，不僅是當(dāng)前企業(yè)節(jié)能降耗的重要技術(shù)手段，而且也是實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的必然要求。
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變頻器在鍋爐引風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用