高壓變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐引風機改造中的節(jié)能運用＊

陳笑梅，楊亞洲

（1.國家電網(wǎng)甘肅送變電工程公司甘肅誠信電力機具制造有限責任公司，甘肅蘭州730050；2.大型電氣傳動系統(tǒng)與裝備技術(shù)國家重點實驗室，甘肅天水741020；3.天水電氣傳動研究所有限責任公司，甘肅天水741020）

高壓變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐引風機改造中的節(jié)能運用＊

陳笑梅1，楊亞洲2，3

（1.國家電網(wǎng)甘肅送變電工程公司甘肅誠信電力機具制造有限責任公司，甘肅蘭州730050；2.大型電氣傳動系統(tǒng)與裝備技術(shù)國家重點實驗室，甘肅天水741020；3.天水電氣傳動研究所有限責任公司，甘肅天水741020）

隨著高壓變頻裝置應用領(lǐng)域的不斷擴大，高壓變頻調(diào)速技術(shù)已廣泛應用于鋼鐵、煤炭、石油、化工等行業(yè)，其對優(yōu)化生產(chǎn)工藝、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟效益等都具有重要意義。針對某公司鍋爐引風機變頻改造案例，采用變頻調(diào)速技術(shù)對傳統(tǒng)的鍋爐引風機系統(tǒng)進行改進，并通過改造前后相關(guān)數(shù)據(jù)的分析來驗證該技術(shù)的可行性。

高壓變頻裝置；引風機；調(diào)速技術(shù)

1 引言

某公司共有6座鍋爐12臺引風機，用于向全公司各分廠提供蒸汽以推動化工生產(chǎn)。長期以來，這些鍋爐引風機一直采用液力偶合器調(diào)速方式來調(diào)節(jié)風量，調(diào)速范圍小，精度低，線性度差，響應速度慢，高速丟轉(zhuǎn)約5%－10%，低速轉(zhuǎn)差損耗大，最高可達額定功率的15%，特別是低負荷時節(jié)流損耗更大。啟動這些風機將會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊，同時啟動沖擊轉(zhuǎn)矩也會顯著危害電機和風機的使用壽命。

為了徹底解決上述問題，對6座鍋爐的12臺引風機進行變頻改造十分必要。本文采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，實現(xiàn)電機連續(xù)無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬，調(diào)節(jié)精度高，運行效率大。同時實現(xiàn)電機的軟啟動，減少啟動沖擊及設備磨損。通過改變電動機轉(zhuǎn)速使爐膛的負壓和氧量等指標與引風機的風量維持穩(wěn)定關(guān)系，以滿足鍋爐燃燒及穩(wěn)定運行需要，達到改善技術(shù)工藝和節(jié)能降耗的目的。

2 變頻改造方案

該公司六座鍋爐的12臺引風機均采用高壓變頻裝置，利用變頻器來改變電動機的轉(zhuǎn)速，以此來調(diào)節(jié)引風機的風量和風壓。一臺鍋爐的2臺引風機均采用一拖一的方式，兩臺引風機并列運行，通過主從控制結(jié)構(gòu)以滿足多機間的力矩平衡及速度同步，其主從控制回路圖如圖1所示。

高壓變頻裝置采用單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器，由若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)方式直接實現(xiàn)高壓輸出。該變頻器對電網(wǎng)的諧波污染小，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置，輸出波形好，不存在由諧波引起的電動機附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動、噪聲、輸出du／dt、共模電壓等問題，可應用于普通的異步電動機，且對電動機及輸出電纜的長度無特殊的要求。

圖1 兩臺引風機主從控制回路圖

為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，為變頻器同時加裝自動工頻旁路裝置，其主回路圖如圖2所示。

變頻器發(fā)生故障時，變頻器同時斷開輸入和輸出，電機可以自動切換到工頻下運行，保證風機能夠持續(xù)不間斷地工作以不影響生產(chǎn)。工頻旁路由2個高壓真空接觸器1kM和2kM、2個高壓隔離開關(guān)QS1和QS2及高壓斷路器3QF組成（其中QF為甲方原有的高壓開關(guān)）。要求QS1、QS2、1kM、2kM不能與3QF同時閉合，在電氣上實現(xiàn)聯(lián)鎖。變頻運行時，QS1、QS2閉合，1kM、2kM 閉合，3QF 斷開；工頻運行時，QS1、QS2斷開，1kM、2kM 斷開，3QF 閉合。

為了實現(xiàn)變頻器的故障保護，變頻器對變頻側(cè)主回路1kM、2kM及工頻側(cè)3QF和10kV開關(guān)QF進行聯(lián)鎖，一旦變頻器出現(xiàn)故障并發(fā)送故障信號給旁路柜，旁路柜就會跳開QF和1kM、2kM，同時通過延時繼電器延時2～5s閉合3QF，續(xù)而閉合QF，使電機投入工頻運行。

變頻器檢修時隔離開關(guān)QS1、QS2由手動斷開以形成明顯的斷開點，保證工作人員的安全。

圖2 自動旁路柜主回路圖

高壓變頻裝置具有遠程控制和本地控制功能，可同時實現(xiàn)變頻器的啟動、停機、調(diào)速等控制，并對變頻器的運行數(shù)據(jù)和當前狀態(tài)實施監(jiān)控。為了實現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)的高可靠性，在現(xiàn)場操作臺上配置變頻器控制按鈕，它也可以對變頻器實施啟動、停機、加速和減速等控制。變頻調(diào)速系統(tǒng)通過DCS系統(tǒng)的模擬操作器，參照爐腔的煙氣溫度、蒸汽溫度、負壓等參數(shù)，對DCS的輸出值進行調(diào)節(jié)，并將此輸出值反饋給變頻器作為不同的頻率（速度）的給定值。變頻器通過比較轉(zhuǎn)速輸出量與DCS速度給定值之間的大小，自動調(diào)節(jié)引風機電機的轉(zhuǎn)速，以此實現(xiàn)引風機的轉(zhuǎn)速控制，使系統(tǒng)的運行達到最佳的節(jié)能效果，其爐腔負壓閉環(huán)控制框圖如圖3所示。

圖3 爐腔負壓閉環(huán)控制框圖

3 變頻改造前后節(jié)能效果的對比分析

六臺鍋爐風機變頻器從投運以來一直運行穩(wěn)定正常。在實際運行過程中，爐側(cè)需要根據(jù)機組負荷的變化要求來同時調(diào)整甲、乙引風機的轉(zhuǎn)速，以此來完成其過程控制量的調(diào)節(jié)。由于甲、乙引風機性能指標一致（忽略偶爾搶風的情況），因此可以對甲、乙引風機的運行數(shù)據(jù)合并處理。根據(jù)現(xiàn)場實際運行及數(shù)據(jù)統(tǒng)計，隨機抽取1＃爐甲引風機和6＃爐甲引風機在變頻狀態(tài)下某負荷的平穩(wěn)時間段進行統(tǒng)計計算，其耗電情況如表1所示。

表1 變頻改造前后的節(jié)能效果對比

數(shù)據(jù)計算分析（運行時間按每年330天計算）如下：

以此推算，6座鍋爐引風機一年的節(jié)電總量為：

以工業(yè)電價0.54元／kWh計算，全年可節(jié)約電費：

由式（1）～（4）可以看出，高壓變頻系統(tǒng)節(jié)電效果顯著。這是公司設備配置和工藝改造的一大成功。除此之外，該工藝改進在實際應用中還具有以下許多優(yōu)點：

（1）改善了引風機電機的啟動特性。利用變頻器的軟啟動，保持了引風機電機的啟動力矩，降低了引風機電機啟動電流對電網(wǎng)的沖擊和對供電電網(wǎng)容量的要求，減小了機械振動和磨損，提高了設備運行的穩(wěn)定性。

（2）增加了調(diào)解的靈活性。與DCS系統(tǒng)無縫連接，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的自動化調(diào)節(jié)，能更好地滿足工藝需要。

（3）變頻器功率因數(shù)可高達0.95以上。其大于電機的功率因數(shù)0.88，減少了無功，提高了上端設備的利用率。

4 結(jié)束語

從運行情況來看，高壓變頻裝置性能良好，可靠性高，節(jié)能效果明顯，能夠滿足連續(xù)生產(chǎn)對調(diào)速系統(tǒng)的要求，達到了節(jié)能和改善工藝的目的，促進了企業(yè)經(jīng)濟效益的明顯提高，贏得了使用部門及運行人員的認可。

對于已投運鍋爐引風機及其它高耗能設備推廣應用變頻調(diào)速技術(shù)，可節(jié)約能源，降低維護成本，優(yōu)化企業(yè)資源配置，為促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件，具有廣闊的推廣應用前景。

Energy saving application of high－voltage variable－frequency speed－regulation technology in boiler induced－draft fan modification

CHEN Xiao－mei1，YANG Ya－zhou2，3
（1.Gansu Chengxin Electric Power Equipment manufacturing Co.，Ltd，Lanzhou 730050，China；2.State Key Laboratory of Large Electrical Drive Systems and Equipment Technology，Tianshui 741020，China；3.Tianshui Electric Drive Research Institute Co.，Ltd.，Tianshui 741020，China）

With the continuous development enlargement of the application fields of the high－voltage variablefrequency device，the VVVF technology has been widely using in various industries of the iron and steel，the coal，the petroleum，the chemical and the other industries.It has important significance for optimizing the production process，saving the energy and improving the economic benefit.Aiming at the modification of the boiler induced－draft fan，the VVVF technology is used to improve the traditional boiler induced－draft fan.Through the comparison，analysis and calculation of the relevant data before and after modification，it is proved that the feasibility of the VVVF technology.

high－voltage variable－frequency device；induced－draft fan；speed control technology

TM921；TP273

A

2016－11－16

1005—7277（2017）02—0041—03

甘肅省杰出青年基金項目（1606RJDE321）

陳笑梅（1976－），工程師，本科，長期從事牽張設備電氣控制系統(tǒng)設計工作。