燃氣鍋爐離心風機變頻控制節能效果分析

摘 要：根據風機定律，結合風機流量、風壓、功率與轉速的關系，通過理論計算與現場實際測量的對比，分析變頻器應用在實際工程中真實的節能效果。

關鍵詞：風機；風機定律；變頻器

據有關部門統計，風機水泵類負載在國民經濟生產部門中所占比例約為全國總電力消耗的40%。根據風機定律，如采用傳統節流調控方式運行，存在運行效率低、電耗高的缺陷，不符合國家節能降耗的要求。因此，提高風機負載的運行效率，從而降低風機運行電耗，是設計者反復考慮的問題。目前常見的調控方式主要包括變頻調控、液力耦合器調控、內饋斬波調控等，其中最為普遍接受并且效率較高的方式是變頻調速控制。但變頻調控方式的實際效果具體怎樣，各變頻器廠家及設計單位各說各異。結合我公司總承包建設的一臺40 t/h燃氣鍋爐項目的實地檢測，最終得出一組數據。結合理論計算及檢測數據驗證變頻調速的實際節能效果。

一、理論計算

1.節流調節方式下風機電耗

鍋爐引風機（配套電機160kW）廠家經過實測提供的風機效率曲線圖，分析風機在節流調節方式下的實際電耗。

引風機性能表及性能曲線如下：

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通過上圖可知，風機的最佳運行工況點是在全壓P=2815 Pa，流量Q=112375 m3/h，此時風機的效率是85.3%，所需功率為131.4 KW。風機選配電機為132 kW。

因此風機風量通過節流調節的工況下，在風機流量的降低過程中，全壓逐步提高，風機所需功率也在降低，但降低幅度不大。在流量Q=71099 m3/h時，風機的消耗功率P=98.2 kW。

2.變頻調速原理

異步電動機的轉速（n）取決于三個參數：供電頻率（f），電機極數（P）以及電機轉差率（s）。轉速計算公式如下：

n=60×f×（1-s）/（2P） （公式1）

一臺已經出廠的電機，其極數和額定轉差率已經確定，因此，改變電機轉速最為方便的方式就是改變供電頻率。采用變頻調速的原理就是通過在電機與電網間串接一臺變頻器，從而改變電機的供電頻率，達到電機調速的目的。

例1.鍋爐鼓風機所配的電機為4極三相異步電機，額定轉差率為2%，求該電機在額定頻率下的額定轉速和電機在頻率為32 Hz下的轉速。

根據公式1可得：

n0=60×50×（1-2%）/2=1480轉/分鐘；

n1=60×32×（1-2%）/2=940轉/分鐘。

3.風機定律

風機定律是風機調速節能的理論基礎，其具體表述為“如果風機滿足幾何相似、運動相似和動力相似三個相似條件，風機運行過程中流量、風壓、轉速以及功率間滿足以下三個條件：①風量與轉速成正比；②風壓與轉速的平方成正比；③風機軸功率與轉速的三次方成正比。”

本工程中，由于鍋爐為微負壓燃燒，風機出口管道阻力可以忽略不計。因此風機轉速變化時，風機本身性能曲線的變化可滿足風機定律。

式2：Q1/Q0=（n1/n0）；式3:H1/H0=(n1/n0)2；式4：P1/P0=（n1/n0）3。

n1，n0：n1風機實際運行轉速，n0風機額定轉速。

Q1，Q0∶Q1風機實際運行風量；Q0風機額定流量。

H1，H0∶H1風機實際運行風壓；H0風機額定風壓。

P1，P0∶P1風機實際運行功率；Q0風機額定功率。

例2.鍋爐鼓風機所配的電機為4極三相異步電機，額定功率為132 kW，在最佳工況點風機所需功率為131.41 kW，求風機在頻率為32 Hz的情況下，風機的風量和所需的功率。

根據公式1~4，風機風量和功率計算如下：

Q1=112375×（940/1480）=71373 m3/h

P1=132×（940/1480）3=33.82 kW

通過上述計算可知，兩種調控方式，在Q≈Q1時，

P-P1=98.2-33.82=64.38 kW

二、風機的實際電耗

變頻調速的風機在實際運行過程中，風機的風量、風壓都會發生改變，風機的效率曲線會嚴重偏離，同時，由于變頻器本體串接在電網和風機之間，變頻器本身的功率消耗也會疊加到風機的功率消耗中。因此，變頻器調速的風機功率消耗不可能與理論計算相同。

同一臺風機在不同頻率下的實際測量電流見下表（測量位置在變頻器進線端）■

注：電機功率因數0.87，效率97%。

由上表可知，風機運行在32 Hz下，實際功耗為62.6 kW。實際功耗低于節流調節控制方式，但高于理論計算的功耗。

實際節電量為：98.2-62.6=35.6 kW。

三、經濟效益分析

目前，風機在32 Hz下長期運行，風機每小時節電35.6 kW.H。按全年運行6000小時，電價按0.6元/kW.H計算，則全年節約結果計算如下：

35.6×6000×0.6=12.8萬元。

變頻器采用國產品牌，價格3.2萬元，三個月即可收回成本。

四、結論

1.風機的功耗在節流調節控制方式下，只是改變了風機的流量，但對風機的全壓改變不大，因此風機的電耗雖然有所降低，但功耗依然很大，風機運行很不經濟。

2.風機采用變頻調節，確實節能效果十分明顯，但與理論計算值差距很大。理論公式不能作為實際計算依據。

參考文獻：

［1］郭立君.泵與風機.3版.中國電力出版社，2004－08.

［2］唐介.電機與拖動.2版.高等教育出版社，2010－02.

［3］王廷才.變頻器原理及應用.2版.機械工業出版社，2005－07.

［4］徐甫榮.風機水泵變頻調速節能的分析與計算.變頻技術應用，2007.

作者簡介：

崔玉濤（1981年—），男，2005年畢業于內蒙古科技大學電氣自動化專業，現為太原市太原鍋爐集團有限公司電氣專業員工。主要從事小型熱力發電廠的設計、施工和調試工作。

編輯 溫雪蓮