電廠鍋爐風機上高壓變頻器應用探究分析

鄒德斌

摘 要:本文通過對于高壓變頻器的工作原理,以及高壓變頻器在使用后的效果分析對比。充分證明了高壓變頻器在電廠鍋爐風機上的應用具有很好的節能效果,可以帶來可觀的經濟效益。

關鍵詞:高壓變頻器節能電廠

中圖分類號:TN77 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(b)-0083-01

1 調速方法的選擇

調速方式主要有串級調速、內反饋串級調速、液力耦合器調速、高壓變頻調速等方法。但前三種方法都有其不可避免的缺點,串級調速缺點包括:難以實現系統配套、控制系統復雜、對電網影響大;內反饋串級調速缺點包括:電機需要配套、容易出現事故、對電網影響大、和設備老化快;液力耦合器調速缺點包括:精度低、啟動電流大、維修困難成本高。由于目前電力電子技術的發展,計算機控制技術的進步,現代通信技術、高壓電氣以及電機拖動等綜合性領域的學科技術不斷成熟,因此相比于其他調速方式,高壓變頻調速有無法比擬的優點[4]:

(1)由于變頻器采用的是液晶顯示界面,觸摸式調整面板,可以同步顯示電壓、電流、電機轉速、頻率,所以可以非常直觀的顯示出電機工作時的狀態。(2)準確地顯示頻率分辨率以及精確的調速精度,可以滿足全部生產工藝狀況的需要。(3)高壓變頻器帶有國際通用外部接口,可以與可編程控制器及工控機等儀表相互連接,還可以與其原設備控制回路相互連接,構成部分閉環系統。(4)由于具有工業電氣保護和電力電子保護功能,保證高壓變頻器以及電機在運行正常或故障時有可靠的安全保障。(5)由于電機具有軟制動、軟啟動;且啟動的電流小并小于電機的額定電流,電機啟動的時間連續且可調。可減少對電網的負面影響。(6)具有近程和遠程操作功能,可以通過互聯網等方式進行遠程監控功能。(7)可減少配件損耗,能夠延長設備壽命,降低成本的時候提高勞動效率。

2高壓變頻器節能原理

2.1 風機的基本參數

Q為風量(m3/h):單位時間內,風機所輸送的空氣量。

H為風壓(Pa或MPa):空氣經過風機時,單位體積空氣所增加的能量。

n為轉數(r/min):風機葉輪單位時間內的轉數。

Ps為軸功率(kW):原動機加載在風機轉軸上的功率。

Pn為有效功率(kW):單位時間內,風機對空氣做功的實際功率。

η為風機效率:風機對空氣做功,有部分損失而不能將能量全部傳遞給空氣,一個評價風機優劣的標準。

2.2 調節轉數的節能原理

采用調節風機轉數控制風量的方法與調節風門的方法相比較,有明顯的節電效果。原理如圖1所示。

在圖1中,曲線1表示風機在恒速下風壓——風量的特征曲線,曲線2表示風機在恒速下功率——風量的特征曲線;曲線3表示管網的阻力特性的曲線(風門全開的情況)。

假設風機設計在工況為A點時,為效率最高。此時,風機輸出的風量Q是100%,軸功率(Ps1)與風壓(H1)和風量(Q1)的乘積成正比關系,即Ps1與由OQ1AH1圍成的圖形面積成正比。

當風量需要調節時,例如:將風量從額定的100%減少至風量的50%,即從Q1至Q2時,如果采用調節風門的方式來調節風量,使管網阻力特性的曲線由曲線3變為曲線4。也就是說,由于風門減小開度而增加了內部管網的阻力。同時,系統的圖示工作點也由A點移動至B點。容易看出,雖然風量降低了,但由于風壓增加,Ps2與OQ2BH2圍成的圖形面積成正比。且同Ps1相比較,相差不多。

但如果采用通過調節轉速控制風量的方法,風機轉速從原來的n1降低至n2。根據風機參數的比例規律可知,可繪出在轉速n2情況下的風壓——風量的特性曲線5,風機的工況用C點表示。可見,在滿足相同的風量Q2的情況下,風壓能大幅度降到H3,軸功率因與OQ2CH3成正比,也會有明顯的下降。所節約功率與面積OQ1AH1和OQ2CH3的差值成正比。因此,可以看出,當選用調節轉速來控制風量的方法,其經濟效益十分明顯的。

由流體力學可得,風量正比于轉速的改變,風壓正比于轉速改變的平方,軸功率正比于轉速改變的立方。

當其需要的風量減少時,風機轉速下降時,風機功率以轉速的立方下降。當其需要的風量為額定風量的50%時,可知軸功率下降至額定功率的12.5%。通過上面可以看出,調速節電的效果是十分明顯的。

3 變頻器投產運營后對機組運行的影響

(1)因投入變頻器后,風道擋板處在全開位置,風道擋板的壓流損失降低為0。(2)由于變頻器可以非常平滑且穩定地調整風量,因此,運行人員就可以更加自如地調控燃燒。(3)當投入變頻器后,可以大大改善鍋爐的燃燒自動控制系統的工作狀況,從而使自動裝置的工作可靠性大大地提高。(4)如果電機的容量為800kW,大于風機的額定功率,這部分多余的容量將不會參與有效的利用,從而造成浪費。而投入變頻器后,利用變頻器可以超速的能力和功能,在不超出電機額定容量的前提下,可以使風速超速到2.5%,因而在機滿負荷下可使得吸風機風壓顯著提高,鍋爐的燃燒狀況明顯得到改善。(5)由于變頻器具有軟啟動功能,這樣就減少了電動機啟動時的啟動電流。從而有效減輕了啟動機械轉矩對電動機的機械損傷,有效的延長了電動機的使用壽命。

4 結語

隨著廠網分管,競價上網日益激烈,如何降低發電成本、提高發電企業的競爭力、挖掘節能潛力、加強內部管理是電廠必須認真對待的一件大事,當前發電廠電機節能方式的首選便是采用高壓變頻器技術。國產高壓變頻器具有價格低,其質量、可靠性、性能均很好地滿足生產要求。將高壓變頻器應用在引風機、二次引風機上,不僅能直接降低生產用電、降低成本,增大上網電量帶來的直接效益,而且同時提高設備及機組的可靠性,降低機組故障帶來的隱形成本[5]。高壓變頻器技術在火電廠有良好的發展前景。

參考文獻

[1] 趙發.淺談高壓變頻器試驗系統的設計[J].變頻器世界,2007,(6):75～78.