变频器在锅炉风机上的应用

2 0 1 1 年第 6 期 总 第 1 4 8期 冶 金 动 力 MEr A I I U R G I C A L P O WE R 5 1 变频器在锅炉风机上的应用 王建虎， 贾梅红 ( 河北联合大学冶金学院， 河北唐山 0 6 3 0 0 0 ) 【 摘要1目 前在国内的火力发电及冶金动力厂中，锅炉风机负荷调整主要通过调节人口档板开度来实 现。由于该调节方式损失大， 浪费严重 ， 同时给机组安全运行带来隐患， 所以近年来对锅炉风机推广采只 j 变频 调速运行方式 ， 这样既可以达到节电效果 ， 延长风机使用寿命 ， 又能提高自动控制能力， 减少风机启动过程中 造成扭矩过大问题， 提高运行经济陛。 【 关键词】 变频器 ； 风机； 调速运行 【 中图分类号】 T M 6 2 1 2 【 文献标识码】B 【 文章编号】 1 0 0 6 6 7 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 0 5 1 0 3 Ap p l i c a t i o n o f Fr e q u e n c y Co n v e r t e r i n Bo i l e r Bl o we r WANG J i a n - h u ， J I A Me i - h o n g ( Me t a l l u r g y l m出me ， He b e i U n i t e d U n i v e r s i t y ,T a n g s h a n ,He b e i 0 6 3 0 0 0 ,C h i n a ) 【 A b s t r a c t A t p r e s e n t ， b o i l e r b l o w e r l o a d i s r e g u la t e d m a in l y b y e n tr a n c e d a m p e r o p e n - i n g i n d o me s t i c t h e r ma l p o we r g e n e r a t i o n a n d me t all u r g i c p o we r p l a n t T h i s r e gul a t i o n w a y w a s t e s a l o t a n d t h e r e wo u l d b e h i d d e n t r o u b l e s i n s a f e t y o p e r a t i o n o f t h e u n i t I n r e c e n t y e a r s ，t h e o p e r a t i o n mo d e o f e q u e n e y s p e e d c o n t r o l i s a p p l i e d f o r t h e b o i l e r b l o w e r I t C a l l r e a c h e n e r g y s a v i n g e f f e c t ，p r o l o n g s e r v i c e l i f e o f t h e b l o w e r ，i n c r e a s e a u t o ma t i o n c o n t r o l c a - p a c i t y ，d e c r e a s e e x c e s s i v e t o r q u e i n s t a r t i n g o f t h e b l o w e r a n d i mp r o v e o p e r a t i o n e c o n o my 【 Ke y w o r d s 】 e q u e n c y c o n v e r t e r ； b l o w e r ； s p e e d c o n t r o l o p e r a t i o n 1 概述 唐钢炼铁北区动力厂有 7台7 5 t h ， 3台 1 3 0 t h 全燃煤气锅炉， 为三台高炉供风， 并提供五台发电 机组 的用汽 ，每 台锅炉有一台送 风机和两台引风 机 ， 原来全部采用交 流异 步电动机直接拖动 ， 恒速 运行。由于锅炉燃料主要来源于高炉产生的高炉煤 气， 其压力波动较大， 锅炉负荷不稳定 ， 为了保持锅 炉负荷及炉膛负压的稳定性， 风机调节档板长期处 于频繁的动作中， 使得电动机长期处于过载或轻载 状态 ，因此决定在 4 5 t n 1 锅炉上试用风机调速运 行， 引风机采用变频调速。 异步电动机的变频调速是通过改变定子的供 电电源频率来改变旋转磁场的同步转速， 从而改变 转子的转速， 交流变频变压调速装置有半导体电子 元器件和三相交流电动机组成。对于交流电动机， 转速 n 与频率 f 成正比， 所以， 连续调节电动机的频 率能相应改变电动机的转速。 2 变频调速的特点 ( 1 ) 调速效率高、 调速范围广 ， 接近于理想的调 节和调速。 调速比可达 1 ： 1 0 、 1 ： 2 0 ， 如果采用专用电 动机， 调速比高达 1 ： 1 3 3 ； ( 2 ) 若传动效率高， 可采用变换器变频调速， 电 动机转差率变化小， 从高速到低速都能保持低转差 率运行。与变极调速、 变转差率调速等方法相比， 电 动机的损耗小， 效率高， 变换器的变极效率也高， 通 常在 9 5 以上； ( 3 ) 可实现真正的软启动， 对电动机和电网无 冲击； ( 4 ) 改造设备时， 不涉及电动机及所驱动的风 机本身， 停机改造的时间短， 影响生产少； ( 5 ) 变频装置发生故障时， 可以退出运行改由 电网直接供电， 不会影响风机的连续运行。 ( 6 ) 拖动风机 ， 可以按负荷( 风量或流量) 的大 小 自动调节频率和转速， 达到最经济运行， 避免了 靠调节风门或阀门所造成能量的极大浪费。 3 经济比较 风机在设计选型时都以系统设计参数风量和 风压为基准 ， 所选的风机以恒定转速为依据， 要求 配备运转可靠、 造价低廉的异步电动机。为了风机 启动安全， 在选择电动机功率时应满足风机设计参 5 2 冶 金 动 力 ME TAL L URG I CAL P OWER 2 0 1 1 年第 6 期 总第 1 4 8期 数轴功率安全系数，而在运行中由于电动机转速恒 定 ，风机参数的调整只能通过改变系统阻力的方法 来完成， 即调整风机入口调节挡板开度， 当系统阻力 增大时， 风机耗电相对提高， 并且风箱振动较大， 易 出现焊 口开焊现象 ， 影响正常生产 ， 造成经济浪费。 目 前提出对风机的叶轮调速，可解决由于系统阻力 造成风机耗电高的问题，经过试运行其节电效果比 较理想。 根据风机的特生 和运行状况进行比较， 以图 1 和图 2 所示两种不同状况图来说明采用调速运行 的经济效益。 O Q n Q Q Q _ - 风的流量；H 一风压 N 一功率曲线 ； R 卜一 系统阻力曲线 图 1 风机节流运行调节 图 1 中， A为设计参数点， B为运行工况点， 日 为节流造成的压降损失 ， 为节流造成 的功率损 失。可以看出， A点是系统阻力曲线 R 与风机特性 曲线交点， 所对应的是风机设计参数， B点是运行曲 线点 ， A与 B点之间为风机 的裕 量值 ， A Q = Q 一 Q ； AH= Hc - - HB ； AN=N N口 o H 日B 凰 0 Q Q o( Q B Q Q 图 2 风机调速运行曲线 图2中， R 凡是以转速 n为参量的系统阻力曲 线， A为额定负荷运行工作点， 为调节转速与恒定 转速的比， 为功率曲线。 从图2 看出， A点为风机额定负荷运行点， 当风 机转速随锅炉负荷调整降低时，风机通过改变叶轮 的转速使风机运行参数 Q和 相应下降， 而风机的 轴功率也同时大幅度降低 ，使风机始终处在曲线的 最佳高效区运行。当风机尺寸和气体密度保持不变 时 ，风机轴功率随叶轮转速值的变化是按 3 次方规 律 =P i x n 3 _风机调速后轴功率 ； n 一 风机额定转速时轴功率 ； 一 调节转速与恒定转速的比； 所 以采用调节转速比调节系统阻力运行方式更 为合理， 更经济。 以我厂 3 、 4炉 为例进 行 比较 ， 4号 炉吸风 机 2 0 0 4年加装了变频变压器从试验情况可以看出 ， 风 机采用调节转速后的节电效果比较明显 ，测试结果 见表1 和表 2 。 表 1 3 、 4号锅炉在不同负荷运行时的表盘参数 注 ： 表中 I 为电流 ； Y为挡板开度 表 2 锅炉不 同负荷运行 时引风机耗电情况 通过表 2 中实测的风机在不同负荷运行时耗电 的情况表明， 风机采用调节转速装置， 省去了调节挡 板执行器， 调节转速幅度越大， 在低负荷运行的时间 越长， 节电的效果越明显。 以上两台锅炉相同负荷比 较分析，以单炉年平均负荷 5 5 t h 计算，每年运行 7 0 0 0 h 统计， 两台引风机加装变频调速装置后节电 为 ( 1 2 4 8 9 7 2 ) + ( 1 1 4 6 8 1 6 ) + 0 7 5 x 2 x 7 0 0 0 = 4 3 4 7 万 k W h ， ( 调节挡板执行器电机功率为 0 7 5 k W) ， 电价以 0 6 k W h元计算 ， 一年可节省 2 6 0 8 6万元 ， 1 6 个月就可以收回投资( 改造费用约 3 5 万元) 。 ( 下转第 5 6页) 冶 金 动 力 MF L UR GI C AL P OWER 2 0 1 1 年第6 期 总第 1 4 8期 我国大型回转水泥窑尾气等其他大量废气中低温余 热利用提供技术保障和经验， 从而为实现我国节能 降耗减排目标做出贡献。 我国面临的能源紧缺的严峻形势 ，节能工作得 到了各级政府的高度重视。能源、 环保是制约钢铁、 水泥等高耗能工业发展的最大瓶颈， 节能、 降耗已经 成为这些高耗能企业新的追求 目 标。不论从外部环 境到企业内在需求，中低温余热发电都具备了快速 发展的条件， 预计余热发电将成为钢铁和水泥等高 耗能行业投资的新热点。 在钢铁生产过程 中， 烧结工 序的能耗约占总能耗的 1 0 ， 位居第二。在烧结工 序总能耗中， 有近 5 0 的热能以烧结机烟气和冷却 机废气的显热形式排人大气。由于烧结冷却机废气 的温度不高，以往对这部分热能 的回收利用重视不 够。 但烧结废气不仅数量大 ， 而且可供回收的热量也 大 ， 实际上大有文章可做。 5 结束语 综上所述 ，目前国内外对中低温余热利用大部 分停留于热风烧结及产生低容量低品位蒸汽或热水 利用 ，从能源利用的有效性和经济性角度，利用烧 结冷却系统等的中低温废气通过余热锅炉产生更高 流量和更高参数蒸汽发电或作为动力直接拖动机械 是最为有效的余热利用方式 ，也是未来 中低温余热 利用的发展方 向。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 3 2 8 作者简介： 陈通( 1 9 8 2 一 ) ， 男， 2 0 0 7 年6 月毕业于河北工程大学热能 与动力工程专业 ， 助理工程师 ， 现从事钢 厂热能动力专业设备技 术管 理工作 。 ( 上接 第 5 2页) 4结 论 对锅炉风机采用变频器调速 ， 经过一年多的试 用， 有很好的节电效果， 结论总结如下： ( 1 )采用交流变频器对风机调速节能效果好， 具 有调节效率高、 范围广、 精度高等优点， 且输入功率 因数高 ， 对电网无冲击 ， 能实现电机软启动。 ( 2 ) 变频器调速装置的日常维护工作量比较小， 能长期稳定的投入运行。 ( 3 ) 从安全角度考虑 ， 采用变频器调速时， 如果变 频器出现意外故障可随时使风机切人恒速运行。 ( 4 ) 变频器调速的传递效率高 ， 无用功少。 ( 5 )变频器的初投资较大， 但节能效果好， 从长远 经济效益来看， 此措施可行。 ( 6 ) 根据风栅 l生能 ， 风压与转速是二次方关系 ， 对 于风压较高的离心式风机采用变频器调节节电效果 会更明显 。 ( 7 ) 由于变频器有一定的散热量，故此安装地点 要有 良好的通风散热性能。 收稿 日期： 2 0 1 1 0 5 1 8 作者简历： 王建虎， 2 0 0 1 年毕业于河北工业大学， 在攻读河北联合 大学本专、 的硕士学位， 现从事锅炉运行和管理工作。 2 0 1 1 年全国冶金热电专业年会在本溪召开 2 0 1 1年 9月 2 3 2 5日， 由 台 金动力节能促进会热电专业组和全 国冶金动力信息网联合主办、 本钢板 材股份有限公司发电厂承办的全国冶金热电专业 2 0 1 1 年年会在辽宁省本溪市金山宾馆召开。参加会议 的有全国各钢铁企业热电专业单位及相关单位的代表近 1 0 0 人 。 会议由冶金动力节能促进会热电专业组 组长单位武钢能动总厂热力厂厂长杨国华同志主持， 本钢板材股份有 限公 司副总经理许 家彦 同志 出席会 议并代表东道主发表 了热情的欢迎讲话 ， 介绍 了本钢的历史与现状。全国 台 金动力信息网秘书长戴建良 致开幕词， 分析了今年以来特别是下半年以来我国钢铁行业面临的困难形势， 提 出了这次会议的任务， 就 是要进一步交流我国钢铁行业热电专业在安全发电