火電廠鍋爐引風機節能改造探討

王闖

摘 要：對火電廠進行節能降耗設計，是實現火電行業持續發展的重要措施，需要在現有基礎上，選擇有效技術對生產系統進行優化，在不影響正常運行的前提下，降低運行能耗。引風機為火電廠生產系統內重要組成部分，為降低其運行能耗，可以選擇用變頻技術進行節能改造，需要結合風機運行原理，確定改造要點，控制好每個技術細節，在控制能耗的同時，降低風機運行故障率。文章對火電廠引風機變頻節能改造技術進行了簡要分析。

關鍵詞：引風機；節能；變頻

風機是火電廠鍋爐的重要輔助設備，對鍋爐正常燃燒起著至關重要的作用，同時其功率很大，消耗的電量也是非常可觀。引風機是將燃料在鍋爐中燃燒產生的煙氣排出，并起到維持爐膛內負壓的作用，煙氣在引風機作用下進入空預器和電除塵后進入到脫硫系統或直接排入到煙囪。引風機承擔著維持爐膛負壓的重要任務，為了機組的安全考慮，引風機的選型有兩個特點，一是引風機的容量設計裕量選的比較大，主要是防止事故時風機滿足不了大出力的要求；二是引風機的風量調節性能差。所以火電廠引風機有很大的節能空間。

一、風機在運行過程中存在的問題

現階段，我國的各個火電廠所采用的風機很多都是傳統的風機型號，這種的風機在具體的運行過程中，調節方式較為死板單一，不會對風機速度進行有效的調節，也無法對擋板的開度進行調整，這樣就會使得風機的風速無法進行控制。因此，就會導致風機在運行的時候，在受到各種因素的影響下，出現嚴重的運行問題，而主要的問題包括如下幾點：

第一，設備在長期的應用過程中，運行效率會逐漸下降。

第二，很多火電廠應用的風機在運行過程中，所承載的負荷相對較低，這樣的風機設備在容量的利用率上并不高，造成了能源和資源的浪費。

第三，部分風機只能夠利用擋板開度來對風速進行調節，而擋板本身對于能源的消耗較大，從而造成了嚴重的能源損耗。

第四，風機設備在受到各種因素的影響下，就會使得設備被磨損嚴重，從而導致其維修的次數增多，這樣就會使得維修成本費用相應增加。

第五，風機很容易在起動的時候，出現沖擊較大的情況，這樣就會使得電動機的應用時間大大縮短。同時，這種傳統風機本身的自動化水平相對較低，運行人員操作較為頻繁，很容易因為運行人員的操作失誤而使得風機受損。

由于上述多種問題的存在，我國很多火電廠的運作效率均不是很高，要想解決上述的問題，就需要合理的利用變頻調技術，依據該技術有效的實現對風機運行的調節和控制，從而減少能源的耗損，實現節能的目標，使得風機可以逐漸的實現自動化。

二、變頻調速特點

對引風機進行變頻調速，本質上就是利用電力電子技術，對頻率進行調整，可以根據實際需求調整驅動發電機速度，進而能夠調整風扇轉速。變頻調速技術已經被廣泛的應用到異步電機中，且具有高電壓、大容量變頻技術發展趨勢，與其他交換驅動器的三相異步電動機調速系統以及直流驅動系統等方法相比，變頻調速節能技術具有更明顯的優勢。

第一，速度快且穩定性高。逆變器自身具有比較高的轉換效率，結合三相異步電動機的滑差與變急速運行，變速平滑度高。

第二，電流控制。主要是指對電機啟動電流的控制，如果通過工頻來啟動時，將會產生多倍額定電流，進而會縮短電機壽命。而變頻調速方法，能夠零速零電壓啟動，頻率與電壓間可以確立穩定的關系，這樣變頻器就可以按照V/F以及矢量控制方式來帶動負載作業。對引風機進行變頻調速技術改造，可以降低啟動電流，并提高繞組承受能力，提高設備運行穩定性，降低后期維護難度。

第三，自動控制。實現了對燃燒過程的自動控制，即利用變頻技術，可以提高點對點硬線連接效果，并通過高速通信連接變頻器系統提高設備運行可靠性，降低設備維護難度，提高生產成本。

第四，可靠保護。變頻改造后，設置的變頻器本身具有欠電壓、過電壓、過溫、斷相、接地與短路保護，且還具有電動機過溫保護，這樣可以最大程度上來降低運行故障的影響，且可以在故障發生時確定原因，縮短故障處理所需時間。通過對引風機的變頻改造，為設備運行提供了可靠保護，有效降低電機被燒壞的可能性。

三、部分流量范圍內變頻調速

在國外的一些火力發電廠中引風機采用變頻調速時，對其流量調節常分兩步進行：在電動機的30%-80%額定轉速時，采用變頻調速方式調節流量；超過這個范圍，即在80%-100%的額定轉速時，不用變頻調速，改用工頻電源供電，并采用風機的靜葉調節流量。采用上述兩種調節方式組合是一種經濟的調節方式，其原因是：

第一，目前風機采用變頻調速的主要障礙是變頻器初投資過高，而變頻器的價格是隨著其容量的增大而增加的。若選擇變頻器的最高轉速為電動機轉速的80%，這時變頻器的容量比100%電動機額定轉速變頻調速時要小，從而可以大大降低變頻器的初投資。

第二，由于在80%的電動機轉速以上時，風機通過靜葉調節效率下降不多，故在80%以上額定轉速采用靜葉調節是合理的。

第三，為保證電廠主機在滿負荷下工作，鍋爐引風機等都必須有一定流量和風壓的安全裕量。當主機在100%額定負荷下運行時，鍋爐引風機并未達到其本身的最大流量，而僅為最大流量的80%左右。這就是說當變頻調速到電動機轉速的80%就可以滿足主機100%負荷的需要。

但是部分流量范圍內變頻調速在國內很少采用，原因是該方案需要頻繁的工頻和變頻電源的切換，安全可靠性稍差，尤其是負荷變動較大的機組，因此，不再詳細討論。

四、實例分析

以國內某發電廠鍋爐引風機變頻改造為例，進行節能論證。

1. 試驗條件

鍋爐燃燒煤質基本穩定，送、引、排粉等風機調節方式固定。試驗期間鍋爐不進行吹灰、排污、制粉系統切換等有礙試驗工況穩定的操作，主要運行參數波動范圍：汽壓±2%規定值；汽溫+5℃、-10℃；蒸發量±3%規定值。

2. 試驗方法

在風機測量流量截面，按網格法測量各點動壓值，同一點的2次測量值偏差大于2.5%時則重新測量；測量靜壓及介質溫度；同時在風機入口調節門前和出入口等3個截面測量靜壓值及介質溫度。通過測量和計算得到風機出入口的煙氣溫度、密度、流量、全壓等參數，同時測量驅動電動機功率，從而計算出不同工況下風機運行效率及風機中一位功耗和機組負荷的關系。

3. 試驗結果

通過相關試驗結果可看出：機組在300MW、250MW、150MW負荷運行，鍋爐燃燒穩定且試驗煤質相近條件下，引風機變頻調節方式運行，機組不同負荷時風機運行效率在80%左右，單位功耗隨機組負荷降低而降低；機組50%額定負荷運行時引風機運行效率僅為21.6%，風機單位功耗隨機組負荷降低而升高。

引風機電機的供電裝置經變頻改造后，風機運行效率提高到80%左右；而未改造前風機運行效率最高僅為65%，機組調峰低負荷運行時風機運行效率不足40%。電功率消耗方面，在機組低負荷運行時，風機為低速檔工頻工況運行，所消耗的電功是變頻調節方式的2倍，而機組在75%額定負荷運行，引風機則為高速檔運行，消耗電功是變頻調節方式的2倍多；機組額定負荷運行，引風機變頻調節方式運行比工頻調節方式運行節電10%左右。

五、結語

隨著電力行業的不斷發展，節能問題已經成為其研究的重要領域，風機變頻改造節能技術在火電廠中的應用具有顯著效果，它具有別的調速方式無法可比的明顯優勢。電廠中的風機耗電量占據了很大的比例，通過風機變頻改造節能技術的應用，可以節省電能，獲得良好的運行效果，在電力行業的發展中具有很好的應用前景。