變頻技術在鍋爐風機改造中的應用

王 鋒

（陜西凌云電器集團有限公司，陜西 寶雞 721006）

變頻技術在鍋爐風機改造中的應用

王 鋒

（陜西凌云電器集團有限公司，陜西 寶雞 721006）

研究變頻技術在鍋爐風機改造中的應用，利用變頻技術來改造鍋爐風機，實現了節約能源、降低成本、提高企業效益的目標。變頻調速可調性能好，反應速度快，線性度和準確性均很高，為實現高程度自動化奠定了基礎。

變頻技術；鍋爐；風機；節能

隨著世界各國對綠色環保和低碳生活的推廣，節能減排已成為我們國家的一項基本政策，也是目前企業發展中的一項重要舉措。許多老企業的大功率電機設備，都存在設備落后、能耗大、對環境污染嚴重的現象，通過變頻技術改造鍋爐風機后，發現設備具有性能可靠、功能齊全、噪音低、操作靈活等優點，給企業帶來的經濟效益也非常顯著。這也是筆者在本文中積極提倡的原因。

1 鍋爐風機的現狀及改造原因

大多數風機、水泵在使用過程中，都存在大馬拉小車的現象，加之因生產、工藝等方面的變化，需要經常調節氣體和液體的流量、壓力等。很多企業原有鍋爐的風機，還采用的是落后的靠調節擋板（閥門）開啟度的方式，來調節風量。這實際上是通過人為增加阻力的方式，并以浪費電能和金錢為代價，來滿足工藝和工況對氣體調節的要求。這種調節方式，不僅精度差，費力費時費錢，而且很難滿足現代化工業進步的要求，這就迫切需要我們利用新技術來改造老設備。

2 應用變頻技術的實施方案

根據風機的特性，風機的流量變化，與轉速成正比；而功率變化，則與轉速變化立方成正比。因此，當風機轉速降低時，風量減少，電機功率則成立方比下降。所以采用調速方式運行設備，可以大量節約電能。

2.1 風機調節輸出風量的方法

（1）通過改變風機的管網特性曲線，來實現對風機風量的調節。這種辦法是通過調節擋風板的開關程度來實現的。如圖1所示。

圖1 不同管網的特性曲線風機風量的特性曲線

在調節風機流量的過程中，而風機的性能曲線（H-Q曲線）不變，工況點沿著風機的性能曲線(HQ曲線)由M1移到 M2，特性曲線由 R1變為R2，風機輸出流量由Q1變為Q2，這種方法結構簡單，操作容易。目前多數風機都采用這種方法，但是由于風機的內部壓力由H1變為H2，這樣，在流量減少的同時，壓力同時上升，在檔板上消耗了大量的無效軸功率，極大地降低了風機的轉換效率，浪費了大量的能源。

（2）通過改變風機葉片的角度，來實現對風機的風量調節。當風機管網性能曲線不變時，通過改變風機葉片的角度，使風機的特性曲線（H-Q曲線）改變。在調低流量的同時，風機內部壓力也隨之下降，具有很好的節電效果。但是這種方法使風機葉輪結構復雜，調節機構磨損較大。同時，調節葉片角度必須停機進行，無法用在需要風機連續運行、連續調節的場合。

（3）通過改變風機的轉速，來實現對風機的風量調節。在風機的管網特性不變，改變風機的轉速，使風機的特性曲線（H-Q曲線）平行移動，達到調節風量的目的。如圖2所示。

圖2 風機的轉速不同時的特性曲線

當風機轉速降低，流量降低的同時，風機的壓力也同時隨之降低，這樣，具有極好的節電效果。這種方法不必對風機本身進行改造，轉速由外部調節，風機檔板可處于全開位置保持不變，并能實現無級線性調節風量。

（4）轉速與采用擋板調節流量消耗功率的差值，在調節相同風量時，其運行對比前圖可見，在額定風量時，兩種調節方式的消耗軸功率是相同的；在不同風量時，轉速調節是所有調節中消耗軸功率最少的一種。

2.2 轉速的調節的實現

（1）改變轉差率，在低速時轉差率大，轉差損耗大，效率很低。

（2）變極調速（即改變磁極對數），不能獲得無級調速和實現自動調節。

（3）變頻調速，通過改變供電頻率實現調速，在調速過程中從高速到低速，都可以保持有較小的轉差率，可實現無級調速、自動控制、具有較好的調速性能。

綜上所述，變頻調速是異步電動機比較理想的調速方法。近年來，變頻器可靠性不斷提高，價格不斷下降。由此。我們確定了對鍋爐風機實施變頻調速改造的方案。

3 改造后的效果

凌云電器集團有限公司此次先對3#鍋爐鼓風機（11 kW）、引風機（55 kW）進行了變頻技術改造，經過考察選用了ABB公司的變頻設備（型號：ACS550，ACS401），根據爐膛負壓、蒸汽壓力、溫度等信號調整風機轉速，達到調節風量的目的。自2010年5月完成變頻改造工程，經過一個采暖期的運行設備工作正常，2010～2011年用汽淡季更突顯了變頻節能的優勢，達到了預期目標。

未進行變頻改造前，電機不能調速，風量是通過調整風閥的開啟度調節風量的大小，既不方便又浪費能源。根據需求我們對3#鍋爐進行了改造，通過頻率調整改變電機的轉速，達到調節風量的目的。

以下折線圖，改造前后3#鍋爐每8 h的用電量比較（改造前為2009年數據，改造后為2010年至今的數據），可說明實施改造后的效果。

圖3 改造前后3#鍋爐用電量對比圖

從圖3可看出，3#爐引風機變頻技術改造后，通過正確的調整供電頻率，用電量有明顯下降。

可以看出，變頻控制節能潛力巨大。改造后2010年5月～2011年3月，共計運行8106 h，每班（8 h）用電量也由483 kW·h下降到322 kW·h，較上年同期每班節電161 kW·h，平均電價按0.51元/（kW·h）計，預計全年可節省電費

161（kW·h）×3班×240日×0.51元/（kW·h）=59119元。

變頻改造費用約50000元，不到一年，便可收回全部投資，超過預期目標。

該項目以后每年可為總公司增加數萬元的凈利潤，進一步提高了企業的經濟效益。

4 結束語

變頻器的使用，實際上有著許多節能以外的好處。改造前在用汽淡季，鍋爐房風機每日啟停一般都在3～4次,頻繁啟動對設備是不利的，而風機的噪音和震動也都比較大，變頻調速則起到了一定的保護作用。

變頻調速不僅可調性能好，反應速度快，而且線性度和準確性均很高，為實現高程度的自動化提供了基礎。其保護功能齊全，變頻器本身具有欠壓、過載、短路等一系列保護功能，從而提高了電氣保護品質。電機還可以實現軟起動，對電動機和電網沖擊幅度下降，并且改善了設備運行工況，軸承溫度降低，減少了風機維修費用，轉速降低，延長了風機壽命，特別是風機的噪音和震動，都得到了非常明顯的改善。今日，計算機實現了鍋爐的自動控制，但變頻調速仍是這個系統里不可缺少的一環。

[1]孫建中，劉鳳春.電機與拖動[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]張曉娟.電機與拖動基礎[M].北京：科學出版社，2008.

Application of Converter Technique in Boiler Fan Transformation

WANG Feng
(Shan xi Lingyun Electronics Group Co.,Ltd.,BaojiShan xi721006,China)

Studying the application of converter technique in boiler fan transform ationusing converter techniqu to transform boiler fan can save energy and reduce the cost,improve enterprise efficiency.so the author think that frequency conversion is adjustable and has reaction speed,linearity and high accuracy for realizing high degree of it provides basis automation.

converter technique;boiler;fans;energy-saving

TM921.51

B

1672-545X（2011）08-0169-03

2011-05-23

王 鋒（1970-）男,陜西西安人，工程師；研究方向：電氣自動化。