变频调速技术在锅炉风机改造中应用

1、技术与经济内蒙古煤炭经济2006年第2期,天津市300072)摘要:、产品加工制造业中的重要设备,根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况,最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象,出于节能的迫切需要,本文以锅炉风机为例,采用变频调速技术加以改造,不仅大大减少能源浪费和设备损耗,而且控制精度得到提高。关键词:变频技术;变频调速;节能;风机改造中图分类号:TK223文献标志码:B文章编号:1008-0155(2006)02-0097-03在工业生产、产品加工制造业中,风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合,根

2、据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节,以适应工艺要求和运行工况,而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样,不论生产的需求大小,风机都要全速运转,而运行工况的变化则使得能量以风门、挡板的节流损失消耗掉了。在生产过程中,不仅控制精度受到限制,而且还造成大量的能源浪费和设备损耗,从而导致生产成本增加,设备使用寿命缩短,设备维护、维修费用高居不下。风机多数采用异步电动机直接驱动的方式运行,存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点。不仅影响设备使用寿命,而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备,时常出现风机损坏同时电机也被烧毁的现象。近年来,出于

3、节能的迫切需要和对产品质量不断提高的要求,人们采用变频调速器(简称变频器),其有易操作、免维护、控制精度高,并可以实现高功能化等特点,因而采用变频器驱动的方案开始逐步取代风门、挡板的控制方案。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系:n=60f(1-s)/p,(式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数),通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术,电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。下面就以榆林天然气化工有限公司35T锅炉风机变频调速系统改造为例,分析变频调速技术在锅炉风机

4、改造应用中的节能效果。一、应用调速方案的技术分析1、锅炉现状目前35吨锅炉长期运行在额定负荷76%左右,实际蒸汽量为27吨,燃气量和风量(鼓风、引风)调节是通过调节挡板的开度来实现的,此种风量调节方式使风机的效率降低,有相当部分电能转收稿日期:2005-08-15作者简介:王化冰,天津大学自动化学院在职硕士,陕西纺织服装职业技术学院讲师。97© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 技术与经济内蒙古煤炭经济2006年第2期为机械能消耗在挡板的阻力上,浪费大量

5、电能,回收这部分电能损耗会收到很大的节能效果。2、锅炉风机负荷运行分析量下降到60%时,轴功率将下降到额定功率的22%,当然还需考虑由于转速下降引起压力下降及效率下降等的影响。即使如此,节电潜力还是很大的。采用变频调速方式的节电效果如图2。通过对现场的检测,风门挡板的开度为:一次鼓风机为58%,二次鼓风机为38%,引风机44%。风机效率:鼓风机约50100%,引风机约65100%,实施变频调速运行,风机效率可提高到90%,降低风机功耗。3、,施。图2变频调速节电效果图1、一次鼓风机系统采用风门调节:电机功率P=200KW,额定电流I=361A,工作电压V=385v,工作电流I工=280A,设备

6、年运行时间T=8760h(12个月)电机消耗的功率为:图1变频调速系统动力线路图二、节能效果的估算(35T锅炉200KW一次鼓风机一台,75KW二次鼓风机一台,250KW引风机一台,全年运行)从流体力学原理知道,风机风量与转速及电机功率的关系:当改变风机转速时,流量与转速成正比:Q1/Q2=n1/n2=×P电机=I工cos<385×280×0.85×0.9=142.8(KW)年耗电量:E变阀1=P电机×T=142.8×8760=1,250,928.0(KWh)采用变频调节时,根据目前所测工况:鼓风机阀门开度57.81%,考虑压力

7、下降的影响,取风量Q=75%电机消耗功率:P变频=PQ3=200×0.753=84.4(KW)风机的压头与转速的平方成正比:H1/H2=(n1/n2)年耗电量:E变频=P变频×T=84.4×8760=739,125.0(KWh)风机的电机轴功率与转速立方成正比:P1/P2=(n1/n2)3因此可得年节电量为:E1节省=E变阀1-E变频=1,250,928.0-739,125.0=511,803.0(KWh)2、二次鼓风机系统当风量减少,风机转速下降时,其电动机输入功率迅速下降,例如风量下降到80%,转速也下降到80%,其轴功率则下降到额定功率的51%;若风98&#

8、169; 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 技术与经济内蒙古煤炭经济2006年第2期采用风门调节:电机功率P=75KW,额定电流I=139A,工作电压V=385v,工作电流I工=74A,因此可得年节电量为:E引节省=E变阀3-E变频=1,251,215.7-601,428.8=649,787.0(KWh)4、锅炉全年总节电量为:E=E1节省+E2节省+E引节省=1,382,243.0(KWh):0.4元/W=E×0.4元/KWh=552,897.20(元

9、RMB)6、节电效果;设备年运行时间T=8760h(12个月)电机消耗的功率为:=×P电机=I工cos<380×125×0.85×0.9=37.7(KW)年耗电量:E变阀2=P电机×T=37.7×8760=329,961.0(KWh)采用变频调节时,:阀门开度,取风量Q=55%电机消耗功率:P变频=PQ3=75×0.553=12.5(KW)变阀总电量:E变阀=E变阀1+E变阀2+E变阀3=2,832,101.7(KWh)年耗电量:E变频=P变频×T=12.5×8760=109,308.4(KWh)节

10、电效果:E/E变阀=48.8%三、采用风机变频调速的特点1.对电机实现宽范围无级调速,电机可连续因此可得年节电量为:E2节省=E变阀2-E变频=329,961.0-109,308.4=220,652.6(KWh)3、引风机系统平滑稳定变速。2.电机由于软启动,启动电流小,启动过程平稳,对电网和电器没有冲击,对风机不产生大的起动转矩冲击,可延长鼓引风机的使用寿命,减少维修费用。3.由于电机轴功率下降,风机转速降低,能减采用风门调节:电机功率P=250KW,额定电流I=461A,工作电压V=380v,工作电流I工=280A,设备年运行时间T=8760h(12个月)电机消耗的功率为:=×P

11、电机=I工cos<385×280×0.85×0.9=142.8(KW)轻机械振动和噪声,改善劳动环境。4.为了保证锅炉的安全运行,设置工频变频调速运行自动切换系统。5.风量可进行自动/手动调节。6.具有变频器及外设故障诊断功能。年耗电量:E变阀3=P电机×T=142.8×8760=1,251,215.7(KWh)采用变频调节时,根据目前所测工况:引风机阀门开度44.29%,考虑压力下降的影响,取风量Q=65%实践证明,变频器用于风机驱动控制取得了显著的节电效果,是一种理想的调速控制方式。既提高了设备效率,又满足了生产工艺要求,并且因此而大大减少了设备维护、维修费用,还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显,设备一次性投资通常可以在9个月到16个月的生产中全部收回。(责任编辑:牧雨)电