變頻風量調節系統在鍋爐節能降耗領域的應用

袁 峰

（武鋼能源總廠熱力廠，湖北武漢 430083）

1 前言

熱力廠現有20多座鍋爐，鍋爐的引風機普遍采用330～2800k W大型電動機，且全部為定速電機，無論負載高低，電能消耗居高不下，造成了能源的極大浪費，以引風機電機最大的燒結電站為例：燒結電站3臺余熱鍋爐引風機目前采用擋板調節方式，配用電動機為2800k W，在鍋爐運行中，電功率基本不變，僅依靠引風機的擋板開度調節進風量，即通過爐膛壓力信號依靠D C S對擋板進行調節來達到生產所需風量及壓力，該風機電機功率高達2800k W，每年電費消耗很大。

2 問題的提出

鍋爐進風量的傳統調節方式是調節引風機擋板，即僅僅改變引風通道的流通阻力，而驅動源的輸出功率并沒有改變，節流損失相當大，浪費了大量電能。致使耗電率高，發電成本不易降低。同時，電機啟動時會產生5～7倍的沖擊電流，對電機構成損害。風機系統自動化水平低，不能及時調節，運行效率低。為此，我們采用變頻調節方式對風機系統進行改造，利用改變電機轉速來調節鍋爐進風量的運行方式，以減少溢流和節流損失，提高系統運行的經濟性。

此次變頻節能改造擬對上述3臺風機系統進行初步改造，計劃改造設備參數統計如下：

（1）電機額定數據：

型號：Y R k k 800-6

額定功率：2800k W

額定電壓：10k V

額定電流：195A

額定轉速：980r/m i n

功率因數：0.80

（2）負載額定數據：

型號：2700D IB B 80

額定流量：58萬m3/h

全壓：4750P a

軸功率：2580k W

（3）系統運行數據：

閥門開度：55%

運行電流：172A啟動方式：水阻啟動年運行時間：8000h運行靠擋板調節風量風壓。此風機主要是輸送熱蒸汽用。

3.1 采用變頻調速的優點

3.1.1 風機啟停頻繁，軸承容易彎曲變形的故障現象

由于燒結環冷機工況不穩定，造成引風機啟停頻繁，沒有盤車裝置風機軸承在靜止狀態下容易產生彎曲變形。對此采用變頻器裝置，利用變頻器的變速功能，在環冷機停止工作時，可對引風機進行低速盤車避免軸承彎曲，大大減少此類故障的發生。

3.1.2 采用變頻啟動，棄用水阻啟動，可以確保職工人身安全

3臺引風機原采用水阻啟動，而水阻屬于20世紀70年代左右的產物，安全上存在很大隱患，已屬于漸被淘汰的產品。燒結余熱鍋爐引風機水阻同樣在設計上也存在缺陷，4燒、5燒引風機的水電阻曾于2008年、2011年兩次發生爆炸故障，險些造成人身事故，淘汰水電阻后，運行人員的人身安全得到可靠保障。

3.1.3 提高網側功率因數

原電機直接由工頻驅動時，滿載時功率因數為0.8～0.9，實際運行功率因數遠低于額定值。采用高壓變頻調速系統后，電源側的功率因數可提高到0.95以上，大大的減少無功功率的吸收，進一步節約上游設備的運行費用。

3.1.4 降低設備運行與維護費用

采用變頻調節后，通過調節電機轉速實現節能；轉速降低，主設備及相應輔助設備如軸承等磨損較前減輕，維護周期、設備運行壽命延長；變頻改造后風門開度可達100%，運行中不承受壓力，可顯著減少風門的維護量。在使用變頻器過程中，只需定期對變頻器進行除灰清潔維護，不用停機，保證了生產的連續性。從實際改造情況看，采用變頻調速后，運行與維護費用大大降低。

3.1.5 軟啟軟停功能

采用高壓變頻改造后，電機實現軟啟軟停，啟動電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網無任何沖擊，電機使用壽命延長。在整個運行范圍內，電機可保證運行平穩，損耗減小，溫升正常，無任何附加的異常振動和噪音。

3.1.6 保護功能增加，提高電氣運行的可靠性

與原來舊系統相比較，變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能，提高了電機運行的可靠性。

3.1.7 便于實現高度自動化

變頻改造后便于實現控制系統自動化。風機系統的風量經常需要根據工藝的要求變化，在過去用擋板調節時，存在執行機構的開度與流量的關系曲線的線性問題。往往由于執行機構的磨損量過大，閥門特性發生變化，出現非線性問題，致使調節過程失誤，自動控制系統無法正常工作。而變頻調速始終保持在線性高精度0.1～0.01H z的范圍內工作，為實現系統的自動化創造了優越條件。

3.1.8 增強系統運行的可靠性

智能高壓變頻調速系統適應電網電壓波動能力強，電壓工作范圍寬，電網電壓在-35%～+15%之間波動時，系統均可正常運行。

4 變頻調速方案的節能估算

燒結余熱鍋爐風機高壓變頻改造節能分析節能分析：

設備名稱：燒結余熱鍋爐 1#、4#、5#引風機電機

工頻運行功率（平均）：2383k W

變頻后運行功率（平均）：2050k W

節電率：14%

每小時節約電量：333k W

5 方案確定

采用手動一拖一旁路方式改造電氣原理如圖1。

圖1 改造電氣原理示意圖

系統母線電源經變頻裝置刀閘K 1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經刀閘K 2送至電動機系統母線電源還可經刀閘K 2切換至工頻側直接起動電動機。變頻裝置故障保護由變頻器故障節點與用戶開關連鎖，一旦變頻故障即可馬上斷開輸入側高壓開關及刀閘K 1，將變頻裝置隔離，切換刀閘K 2至工頻側，合高壓開關工頻起動電機運行。刀閘K 1、K 2之間具有閉鎖和防止誤操作功能。

2800k W風機系統原有軟啟動系統保留在工頻旁路回路中，以保證工頻旁路時可以成功軟啟動。

燒結余熱鍋爐引風機變頻器運行數據：

燒結余熱鍋爐引風機（3臺）：2800k W/10k V

系統配置型號：T t n v e r t-A 4 H 3500/03 Y，Ⅰout=200A

系統旁路及啟動方式：一拖一手動旁路

單元配置：T I N V U-210/17 B 1

系統尺寸及重量：6010×1200×2550（長×寬×高），8220k g

6 改造后燒結余熱鍋爐引風機變頻調速裝置試運行情況

2012年11月8日，燒結電站3臺余熱鍋爐引風機電機變頻改造全部完成，通過采用變頻啟動，解決了風機沒有盤車裝置的弊端，減少了風機震動的頻率及停爐的次數。同時又解決了水阻啟動在工藝上存在的缺陷，使維護量大幅減少。目前變頻器運行穩定。

7 改造后的節能檢驗

7.1 經濟效益計算

經實測，現在余熱爐產汽量和改造前產汽量一樣的情況下，風機每小時耗電量要比原來減少200k W·h，3臺引風機每天節約成本：200×0.5×24×3=7200元每年節約成本：

7200元×200日=140萬元

即3臺引風機每年可節約電費140萬元。

7.2 社會效益

由于變頻器的安全性遠高于水電阻啟動方式，因此，本次改造不僅確保了職工的人身安全，也大大提高了引風機的工作可靠性（每年可增加30個工作日）。

8結論

變頻風量調節技術是一項新技術，該技術通過追蹤燒結余熱鍋爐的重要參數（爐膛負壓、煙溫、汽包水位等）自動調節引風機電機轉速，來達到進風量自動控制的效果，實現鍋爐引風機安全、節能、高效運行。