变频技术在锅炉引风机上的应用

变频技术在锅炉引风机上的应用变频技术在锅炉引风机上的应用 和变频技术的发展概况和变频技术的发展概况 摘摘 要要 变频技术的产生和发展解决了锅炉运行中控制的难题 而变频技术作为 一种电子技术 它的应用使设备工作效率明显提高 操作更加方便 节约能源 降低运行成本 带来可观的经济效益 同时使锅炉对大气的污染大大减轻 司 炉工强度大大改善 所以被广泛地应用到各个领域 也为实现自动化控制提供 了良好的帮助 关键词关键词 变频器 变频技术 锅炉风机 经济效益 变频调速 应用 发展 1 1 变频技术变频技术 变频技术是一种电力电子技术 变频器是在变频技术上产生的 它能够应 用在大部分的电机拖动场合 由于它能提供精确的速度控制 因此可以方便地 控制机械传动的升 降和变速运行 变频器经常被用于系统复杂 工作环境恶 劣 高负荷 长时间运行的工况中 由于采用了通讯方式 可以通过 PC 机来方 便地进行组态和系统维护 简单讲变频器是由三绕组输人变压器 整流电路 合成母线 逆变电路 合成滤波电路 控制柜等组成 目前 变频调速技术已 经被推广应用到风机 水泵节能改造等上 用途广泛 二 变频器在风机控制系统中的应用二 变频器在风机控制系统中的应用 2 12 1风机改造的必要性风机改造的必要性 风机在工业生产中有着广泛的应用 随着社会经济的发展 能源紧张的问 题越来越严重 电力消耗也越来受到各个企业的重视 高效低耗的技术已愈来 愈受到人们的关注 在此领域应用变频调速技术 既能节省电能 又能改善风 机性能 提高供气品质 变频节能改造已成为当今经济环境和基本国情的必然 趋势 耗用功率与流量的关系如下 Q Kn2 T2 const P2 P0 KP1 K 为流量比例常数 流量 Q 与转速 n 成正比 电动机的耗用功率与流量成正比 通过大量的工程实践证明空压机采用变频节能改造节电率在20 以上 2 22 2风机节能改造原理风机节能改造原理 我国以往除尘风机控制中一直普遍存在着较大能源浪费现象 由于 大马 拉小车 和落后的挡板 阀门等调节方式 致使风机的运行效率只有 30 60 浪费了大量的电能 根据流体机械的特性而开发的风机专用型变频 器 通过调节风机拖动电机的输入频率 从而改变风机的转速 调节气体流量 流速和压力 取代挡板 阀门等落后调节方式 可轻松实现25 80 的节能 量 风机类负载 各行各业普遍采用 多数是用调节档板开度来调节风量 浪 费大量电能 石家庄炼油厂65吨 时中压锅炉是为回收催化裂化装置生产中产生 的一氧化碳气而设置的主要动力设备 由于燃烧燃料的不同 所需风量相差近 一倍 为此 他们对锅炉风机采用变频调速控制 去掉了风机档板 年节电67 万度 节电率67 7 锅炉燃烧率提高1 6 2 7 节省燃料油989 1628吨 如 图1为变频器控制风机电动机系统框图 风压设定通过变频器的输人端子设定 压力传感器将压力信号传送给变频器 变 频器通过预编程序进行运算 对应不同压力输出控制信号 从而控制电动机使 风机改变转速来调节炉膛风压 炉膛内风压通过风压传感器将信号传送给变频 器 实现自动控制 在变频状态下 应用变频器改变风机电机输入电压的频率 从而控制电机 的转速 电机的转速可以用下面公式表示 风机的变速运动是利用改变风机转速来改变风机曲线这种变化关系可以用一组 公式来表达 式中 n 风机转速 Q 风量 P 风压 N 功率 将公式 l 与 2 2相结合 其结果恰好符合系统曲线公式 一般使用的风机 其选用风量 风压通常都超过实际需要 风量裕量5 15 压力裕量为10 30 传统控制裕量方法大多采用挡板式阀门来调节 虽然方 法简单 但实际上是通过人为增加阻力的办法来达到调节的目的 不仅造成了 浪费 还增加了噪音污染 经过对变频器的改造具有以下优点 1 实现了软起动 避免了启动冲击电流和机械冲击 而变频调速则可以 在零速零电压启动 使用变频调速能充分降低启动电流 提高绕组承受力 用 户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低 电机的寿命则相应增加 2 降低电力线路电压波动 在电机工频启动时 电流剧增的同时 电压 大幅度波动 电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量 电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常 如传 感器 接近开关和接触器等均会动作出错 而采用变频调速后 因能在零频零 压时逐步启动 则能最大程度上消除电压下降 3 可对风机的风量作平滑的无级调速 风机工作在最佳工作点 可提高 风机效率 避免了 喘振 现象 稳定了炉膛压力 满足工作环境的要求 同 时使供气精度提高 避免了供气压力的波动 使生产工艺进一步改善 4 避免了风机和电机的各种控制阀门的频繁动作 延长了各阀的使用寿 命 5 实现了自动控制 揭开了锅炉运行自动化的新篇章 通过高速通讯连 接的变频器系统可以最大程度上降低系统维护时间 提高生产效率 减少运行 成本 由于最终的能耗是与电机的转速成立方比 所以采用变频后 大大地节 约了成本 投资回报更快 用户也愿意接受 三 效益与回报三 效益与回报 以瑞明电厂装有2台125MW机组 每台锅炉配有2台电机型号为JSQ151228的引 风机改造为例 它的绝缘等级为B级 Y接线方式 额定功率700kW 功率因数0188 额定电压6kV 额定电流8413A 转速740r min 风量410000m3 h 压力31972kPa 而在送风机耗电量基本相同情况下的比较 选择变频改造前的2006年9月1日至 12日与变频改造后的2006年10月1日至12日区间的数据进行比较 见表3 从表3 可知 在机组送风机耗电量基本相等的情况下 引风机采用变频控制的耗电量只 有工频控制的61 19 即变频控制比工频控制可省电38 81 可见 采用变频控制 后节能效果明显 表表3在送风机耗电量基本相同的情况下瑞明电厂在送风机耗电量基本相同的情况下瑞明电厂 风机变频改造前后节能效果比较风机变频改造前后节能效果比较 MWh 时间送风机耗电量引风机耗电量 2006 09 01 2006 09 12 改造前 176 484302 700 2006 10 01 2006 10 12 改造后 168 504 185 220 从以上比较可得到 风机改变频控制后 每个月大约可以节约厂用电量 326 172MWh 若平均上网电价以0 48元 kWh 计算 则每月可节省费用15 656256 万元 扣除机组应有检修 停运及计算误差等因素 现以80 计算 则每年节约 直接收益约150 3万元 以改造费用200多万元计 即使不考虑其它经济效益 仅 以节约电能一项计算 在2年内也就可回收投资 风机采用变频控制后 机组在 定压状态下运行时 进 出口挡板全开 减少了机械部分的磨损 延长风机大修 周期 节省大量的检修费用 还实现了电动机的软启动 对电动机和电网的冲击 大幅度下降 延长了设备的使用寿命 提高了电气保护质量 同时系统动态响应 速度快 调节性好 自动投入率高 炉膛负压调整稳定 降低了操作人员的劳动强 度 提高了机组运行的安全性 更重要是它的节能效果取得了可观的经济效益 4 4 变频调速技术的发展概况变频调速技术的发展概况 近10年来 随着电力电子技术 计算机技术 自动控制技术的迅速发展 电 气传动技术面临着一场历史革命 即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技 术取代模拟控制技术已成为发展趋势 电机交流变频调速技术是当今节电 改 善工艺流程以提高产品质量和改善环境 推动技术进步的一种主要手段 变频 调速以其优异的调速和起制动性能 高效率 高功率因数和节能效果 广泛的适 用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式 变频技术 的应用在我国有很大的发展 并取得了良好的效果 可以说 变频技术已为大多 数用户所接受 但是 不能不指出 我国在变频技术的应用方面 与发达国家的水 平尚有很大差距 目前 我国在用的交流电动机使用变频调速运行的仅6 左右 而工业发达国家已达60 70 日本在风机 水泵上变频调速的采用率已达10 而我国还不足0 01 在日本 空调器的70 采用了变频调速 而我国才刚刚起步 从这个现实出发 变频技术尚有很大的发展空间 我们应该锲而不舍地做好推广 应用工作 4 14 1变频调速技术的发展概况变频调速技术的发展概况 电气传动控制系统通常由电动机 控制装置和信息装置3部分组成 电气传 动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运转状态 实现电能 机械 能的转换 达到优质 高产 低耗的目的 电气传动分成不调速和调速两大类 调速又分交流调速和直流调速两种方式 不调速电动机直接由电网供电 但随着 电力电子技术的发展这类原本不调速的机械越来越多地改用调速传动以节约电 能 节约15 20 或更多 改善产品质量 提高产量 在我国60 的发电量是通过 电动机消耗的 因此调速传动是一个重要行业 一直得到国家重视 目前已有一定 规模 而我国是一个发展中国家 许多产品的科研开发能力仍落后于发达国家 至今自行开发生产的变频调速产品大体只相当于国际上80年代水平 变频调速 技术在国民经济和日常生活中的重要地位是由以下因素决定的 1 应用面广 是工业企业和日常生活中普遍需要的新技术 2 是节约能源的高新技术 3 是国际上技术更新换代最快的领域 4 是高科技领域的综合性技术 5 是替代进口 节约投资的最大领域之一 我国电气传动与变频调速技术的发展简史示于表1 表1 我国电气传动与变频调速技术的发展简史 技术特征 应用年代 带电机扩大机的发电机 电动机机组传动 汞弧整流器供电的直流调速传动 磁放大器励磁的发电机 电动机机组传动 晶闸管变流器励磁的发电机 电动机机组 晶闸管变流器供电的直流调速传动 饱和磁放大器供电的交流调速传动 静止串级调速交流调速传动 循环变流器供电的交流变频调速传动 电压或电流型6脉冲逆变器供电的交流变频调速 传动 BJT IGBT IGCT PWM逆变器供电的交流变频调速 传动 50年代初 70年代中 50年代后期 60年代后期 60年代初 70年代中 60年代后期 70年代后期 70年代初 现在 60年代初 60年代后期 70年代中 现在 80年代后期 现在 80年代初 现在 90年代初 现在 4 4 2 2国内国内变频技术的变频技术的现状现状 从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距10 15年 在大功 率 交 无换向器电机等变频技术方面 国内只有少数科研单位有能力制造 但在 数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距 而这方面产品在诸如抽水蓄能 电站机组起动及运行 大容量风机 压缩机和轧机传动 矿井卷扬方面有很大 需求 在中小功率变频技术方面 国内几乎所有的产品都是普通的V f控制 仅有 少量的样机采用矢量控制 品种与质量还不能满足市场需要 每年需大量进口 国内交流变频调速技术产业状况表现如下 1 变频器的整机技术落后 国内虽有很多单位投入了一定的人力 物力 但由于 力量分散 并没有形成一定的技术和生产规模 2 变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白 3 相关配套产业及行业落后 4 产销量少 可靠性及工艺水平不高 4 4 3 3影响变频技术推广应用的主要因素和解决途径影响变频技术推广应用的主要因素和解决途径 纵观我国变频调速技术的应用 总的说来是一个由试验到实用 由零星到大 范围 由辅助系统到生产装置 由单纯考虑节能到全民改善工艺水平 由手动控制 到自动控制 由低压中小容量到高压大容量 一句话 由低级到高级的过程 但 根据我国国情来分析 又有许多影响变频技术推广应用的因素 影响我国变频技 术推广可归结为 变频器一次性投入较高 对变频技术的了解和认识有待提高 技 术人员对变频技术的掌握程度不够 可靠的售后技术服务网络还未形成 五五 结束语结束语 工业锅炉风机采用变频器调速实现风量控制 稳定性和可靠性高 调节特 性好 由于变频器可以非常平滑稳定地调整风量 运行人员可灵活地调控燃烧 状况 提高了锅炉效率 减少工作强度 变频调速使电机运行明显改善 维护 量明显减少 使系统更加方便操作 设备工作效率明显提高 系统采用过流 过压 瞬时断电 短路 欠压 等多种保护 避免了因此赞成电机烧损而影响 生产所带来的直接和间接经济损失 更为重要是它的节能效果取得了可观的经 济效益 变频调速技术作为高新技术 基础技术和节能技术 已经渗透到经济 领域所有技术部门中 我国以后在变频调速技术方面应积极做的工作是 1 应用变频调速技术来改造传统的产业 节约能源及提高产品质量 获得较好 的经济效益和社会效益 2 大力发展变频调速技术 必须把我国变频调速技术提高到一个新水平 缩小 与世界先进水平的差距 提高自主开发能力 满足国民经济重点工程建设和市 场的需求 3 规范我国变频调速技术方面的标准 提高产品可靠性工艺水平 实现规模化 标准化生产 参考文献 参考文献 1 张燕宾 变频调速应用实践 北京机械工业出版社 2002 2 何衍庆 黎冰 黄海燕