变频器在锅炉风机上的节能与应用

1、变频器在锅炉风机上的节能与应用 合肥众诚热电有限公司 姚家玲摘要目前，在我国电网的总负荷中，电动机是国民经济领域中各行各业大量使用的设备，其用电量约占60%左右，因此，正确合理地使用电动机对与整个国民经济的健康发展有至关重要的意义。要想合理有效地使用和控制电动机，就必须对电动机的特性以及电动机的控制装置变频器的原理和应用有比较详细的了解，特别是电动机的调速是应用技术中的重点，目前最为有效的方法就是采用变频调速技术。关键词： 变频器 锅炉风机 调速 节能 应用1、方案的提出 合肥众诚热电有限公司现在五台UG75/5.3M19 75t/h循环硫化床锅炉,三台QF212被压式汽轮发电机组，是集中供热

2、、发电为一体的热电联产企业。在75t/h循环硫化床锅炉二次风机系统配置了五台同型号的JLG7527BNO14.8D型风机，风量为49235m3/h,二次风压为9443Pa，单台风机电机的功率为185KW，转速为1450r/min（电机型号为Y3154）。锅炉二次风机采用恒转矩运行，调节风门挡板调节风量。恒速电机驱动风机，存在着大量浪费能源现象。锅炉蒸发量、温度、压力进行调节时，就要同时调整风门，使之与负荷变化相适应。采用调节挡板调节风量，二次风机电机从电网消耗的能量饼没有减少，电动机的轴输出功率没有改变，通过调整风门改变二次风量达到锅炉工况要求，但是，电能有效利用减少，而损耗增加。如果对锅炉二

3、次风机电动机采用速度控制，因为所需要动力与扭矩的3磁方成比例的减少，从而能实现大幅度的节能。通过锅炉热力试验、数据统计分析，风机单耗和电机的功率存在浪费能源，锅炉二次风机电机长期在额定负荷3050%状态下运行。通过运行实践证明：锅炉二次风机系统采用挡板调节方式在实际运用中存在以下问题：1.1、挡板式调节，调速线度差，同步性差，能量损失较大，燃烧不稳；1.2、挡板式调节拖动锅炉二次风机电机始终以额定转速转动，因此产生的电能损耗，致使锅炉二次风机长期运行额定负荷3050%，大马拉小车，浪费电能；1.3、锅炉二次风机电机直接启动，启动电流大，对厂用电系统冲击较大，易造成事故；1.4、锅炉二次风机电机

4、接在380V低压母线段，电机采用过载热偶保护，短路采用空气开关保护，保护性能差，容易造成开关越级跳闸。针对上述情况公司对设备节能改造提出要求，考虑电机的节能首选对异步电动机调速的控制方式进行探讨：2、异步电动机调速的控制方式2.1、变极调速变极调速是异步电动机的极对数是由定子绕组的联接方式来决定的，通过变换定子绕组的联接来改变异步电动机的极对数。变极调速虽然可用于笼式异步电动机，其优点是设备简单、操作方便、机械特性较硬、效率高，既适用于恒转矩调速，又适用于恒功率调速；其缺点是有级调速，级数有限，只适用于不需平滑调速的场合。2.2、定子调压调速 从异步电动机的机械特性分析，定子调压调速是一种改变

5、转差率S的调速方法。其调速的优点是调速平滑，采用闭环系统时，特性较硬，调速范围宽；缺点是低速时，转差功率损耗大，效率低。2.3、转子串电阻调速 转子串电阻调速设备投资不高，设备和线路简单，但其机械特性较软，调速范围受到一定限制，且低速时转差功率损耗大，效率低，经济效率差，只能在一些调速要求不高的场合使用。2.4、串级调速 串级调速具有机械性比较硬、调速平哈、损耗小、效率高等优点，便于向大容量发展，已广泛用于风机泵类，矿井提升机等多种机械中，但也存在功率因数较低等缺点。2.5、电磁转差离合器调速 电磁转差离合器调速系统以恒定转速运转的异步电动机为原动机，其主要特点是控制简单、运行可靠、能平滑调速

6、，用于通风类或恒转矩类负荷，其缺点是低速时损耗大，效率低。2.6、变频调速 根据异步电动机的转速关系n = 601(1-S)/p ,当极对数P不变时，电动机转子转速n与定子电源频率1成正比，因此连续低改变供电电源的频率，就可以连续平滑低调节电动机的转速，这种调速方法称为变频调速，它可以方便地实现恒转矩或恒功率调速，整个调速特性与直流电动机调压和弱磁调速十分相识，并可与直流调速相媲美。异步电动机变频调速的原理是将交流瞬变成直流，平滑滤波后再经过逆变回路，将直流变成不同频率的交流电，使电机获得无极调速所需要的电压和频率。它完全不同于前面提到的各种调速方式，变频调速具有较好的调速性能。通过对异步电动

7、机调速的控制方式进行分析、比较，我们认为在异步电动机中变频调速具有较好的调试性能，具有调速范围广、平滑性较高、机械特性较硬等优点，决定对锅炉二次风机电气回路进行改造。3、变频器在锅炉二次风机电机上的选用、设计3.1、变频器的功能选用针对锅炉二次风机的特点，结合现有设备，对通用变频器得运行方式和功能进行比较：目前新型的通用变频器采用数字控制，对变频器进行设定操作实现人机对话，变频器参数的设定与显示更直观清晰，运行操作简单方便。通用变频器的基本运行方式有以下几种：A、正反转运行；B、多级速度运行；C、自动频率调整运行；D、多电机运行；结合变频器运行方式，我们对变频器的功能及其合理使用做来充分的调查

8、和选用:正常变频器具备以下十各功能：A、V/类型的选择，包括最高频率、基本频率和转矩类型等；B、调整启动转矩合理改善变频器起动时的低速性能，使电机输出的转矩能满足生产负载起动要求；C、设定加、减速时间，避免在启动过程中出现过流，可以合理调整电机在加速和减速过程中的电流自动调整最佳时间；D、参数自动调整，只需要使用数字操作器或远程操作器即可完成自动调整，并可读出所调参数；E、合理选用频率跨调能够保证系统正常运行；F、制动电阻的选择是决定制动电流的大小，制动电阻的功率将影响制动的速度；G、电子热继电器保护设定其主要目的是防止电动机因持续过电流造成绕组过热而损坏，考虑变频器电子热继电器的门限最大值不

9、超过变频器的最大于容许输出电流；H、直流制动是使电动机停止时，可以使电动机转子准确地停止在某一位置；I、变频器和备用电源的切换是保证变频器在事故情况可自动切换，保证设备的安全运行；J、变频器的保护，由于设置不当、负载变化、外界运行条件的改变以及变频器的元器件的损坏或解除不良等因数都有可能造成变频器的故障，当变频器故障出现故障和非正常运行时，变频器必须快速可靠的保护。3.2、变频器的安装环境变频器对环境温度、湿度都有一定的要求，环境温度越高、腐蚀性气体浓度越大，其寿命就越短，其寿命就越短，变频器对海拔高度的影响也很大，当平波电容器的内外压力不平衡时就导致电容爆裂，同时变频器最好安装在室内，不要受

10、到阳光的直接照射。在计算柜内所有电气装置的运行功率和散热功率、最大承受温度，综合考虑计算出柜子的体积，柜体材料散热方式、换流型式等。在设计安装时应综合考虑中心控制室、变频器、电动机三者之间的距离，尽量减少谐波的影响。3.3、变频器的一次、二次回路设计根据上述情况的调查和研究公司决定选用ABB生产的ACS800控制系统代替锅炉风机调节挡板式控制，（控制方式：将锅炉二次风机挡板打开，并保留，使其二次风机挡板的开度为100%，电机采用变频启动，通过调整电机转速来控制风量，当变频器故障时可切换为风门挡板调节）。根据变频器的安装环境、变频器柜体设计和变频器与电机的距离变频器外部配件及布线要求，我公司组织

11、技术人员会同ABB代理厂家对锅炉185KW二次风机电机一次主接线、二次控制回路接线图设计：图一：锅炉185KW二次风机电机变频器及电气一次主接线图图二：锅炉185KW二次风机电机变频控制回路接线图4、锅炉二次风机变频器调试 根据设备的使用说明书详细了解其性能，并选择的设定、保护和显示功能，特别是使用变频器是需要注意的问题进行分析、总结。在将变频器接通电源前检查变频器的输入、输出端是否按要求接对，回路是否完好，设备安装验收完毕。4.1、变频器空载试验将变频器的接地端子接入大地，以确保人身安全，经过漏电保护开关接入电源输入端子，以确保机械故障时能迅速切断电源，同时检查显示窗的出厂显示是否正常，并熟

12、悉变频器的操作键盘进行检查；4.2、变频器带电机空载运行详细设置电机的功率、级数，综合考虑变频器的工作电流、容量和功率来选择功率和过载保护值；设定变频器的最大输出频率、基频，设置转矩特性和自带键盘的操作模式，对运行键、停止键，观察电机的正常起停；牢固熟悉变频器的运行发生故障保护代码，便于事故查询和修改保护定值。4.3、变频器在锅炉二次风机的DCS控制、运行操作程序和操作中的注意事项。 正常运行选择“变频”运行，KM1和KM3工作，当变频器故障情况下，切除变频器，将选择开关打至“工频”运行，锅炉使用二次风机的风门挡板进行调节风量，以保证锅炉在各种状态下可以正常运行。1）、送电操作步骤 A、将#3

13、锅炉二次风机电机抽屉开关退至工作位置，合上#3锅炉二次风机电机380V空气开关。 B、合上#3锅炉二次风机电机控制回路开关QF3，风扇电源开关QF5、柜内照明开关QF7;2）、设备启动、停止操作步骤A、在开关室工频/变频启动·检查#3锅炉二次风机电机变频器控制柜电源指示灯HL1亮；·选择#3锅炉二次风机电机变频器控制柜“本柜/远控”KK1开关在“本柜”位置；·选择#3锅炉二次风机电机变频器控制柜“工频/变频”KK2开关在“工频”或“变频”位置；·按下#3锅炉二次风机电机变频器控制柜“工频启动”按钮SB3；·检查工频启动电流及电动机运行状况。B、

14、在DCS“工频/变频”启动·检查#3锅炉二次风机电机变频器控制柜电源指示灯HL1亮；·选择#3锅炉二次风机电机变频器控制柜“本柜/远控”KK1开关在“远控”位置；·选择#3锅炉二次风机电机变频器控制柜“工频/变频”KK2开关在“工频”或“变频”位置；·按下#3锅炉二次风机电机DCS “工频启动”；·检查工频启动电流及电动机运行状况。5、 变频器使用后的节电、保护情况分析5.1、节电分析；1999年到2001年通过锅炉、电气运行综合日报表分析，锅炉二次风机单耗平均为1.47Kw.h/t（锅炉每1吨蒸发量二次风机电机所消耗的电量）；2002年到20

15、08年锅炉二次风机单耗平均为1. 10Kw.h/t（锅炉每1吨蒸发量二次风机电机所消耗的电量）；按照年锅炉蒸发量和工业用电费用0.8元/ Kw.h，通过使用变频器前、后单耗数据对比分析，年节约为4万元，34年收回成本。5.2、变频器在使用中的运行及保护由于设置不当、负载变化、外界运行条件的改变以及变频器的元器件的损坏或解除不良等因数都有可能造成变频器的故障，当变频器故障出现故障和非正常运行时，变频器必须快速可靠的保护。目前我们使用变频器具有六大保护功能：1）、过电流保护2）、过载保护3）、制动电阻过载保护4）、过电压保护5）、反接保护6）、其他保护（包含欠电压保护、CPU故障保护、电源掉电重合

16、闸保护以及外部跳闸保护等）6、总结变频器应用不仅节能电能，同时也解决来传统工业无法解决的问题。6.1、变频器控制锅炉二次风机运行，大大节约了电能，根据节能分析在工况条件相同的情况下，系统单耗比以前降低0.37w.h/t，有效改变大马拉小车的浪费电能的现象；6.2、变频器的软启动功能，避免来大电流对电机带来的电冲击，保护来电机。同时也减少来大电流启动对厂用电系统的冲击；6.3、变频器自身的过电压、欠电压、过电流、过载、过热、绝缘损坏等保护功能有效地保护电动机的安全运行，避免由此引发的各种故障的扩大，同时便于专业人员在最短的时间内，通过人机对话窗口，检查故障信息处理；6.4、变频器安装后，风机转速长期在额定转速以下运行，降低来设备的磨损程度，降低来噪音，延长来风机的使用寿命；6.5、锅炉二