锅炉风机节能方式的探索与分析

1、我厂锅炉风机节能方式的探索与分析1引言目前，在我国电源结构中，火电装机容量占74%,发电量占80%；水电装机容量占25%, 发电量占19%；核电仅占1%左右，因此火电机组及其辅机设备的节能改造工作是非常重要的。 火电厂中的各类辅机设备中，风机水泵类设备占了绝大部分，蕴藏着巨大的节能潜力。由于 火电机组调峰力度的加大，这些机组的负荷变化范围很大，必须实时调节风机水泵的流量。 随着电力行业的改革不断深化，厂网分家，竞价上网政策的逐步实施，降低厂用电率，降低 发电成本，提高上网电价的竞争力，已成为各火电厂努力追求的经济目标，要求越来越迫切。 能源是国家重要的物质，能源的供需矛盾已成为制约我国社会主义

2、经济建设的主要因素之 一。在能源问题上我国提出“节约与开发并重”的方针，就是依靠技术进步，把节约能源以 解决能源问题作为我国重要的技术经济政策。我厂作为一家热电公司，公司发电总装机容量 6.3万千万，现在八机七炉，年发电量4.4亿千瓦时，供热量152万吉焦，目前供热面积200 多万平方米，并对供热用户实行四季全日制生活用热水。锅炉风机是发电厂重要能耗设备， 大多数风机在使用过程中都存在大马拉小车的现象，风机额定转速时的风量远远超过实际所 需风量，调节风量大小以往的做法是调节挡风板开度来实现的，此方法实际上是通过人为增 加阻力的办法达到调节的目的,浪费大量电能，回收这部分电能损耗会收到很大的节能

3、效果。 利用变频器的调速功能,应用到风机上能够节约大量电能，当风量减少时采用变频调速方式 降低风机转速，减少电机输入功率，从而降低能耗。交流异步电机转速与电源的频率f成正比（n转速=（1-S转差率）X60Xf频率/p极对数）, 改变定子供电频率就改变了电动机的转速，从而改变了电动机的输入功率。变频调速装置是 将电网50Hz的交流电，变成频率可调的交流电去驱动交流电动机实现调速的。其特点是效率 高，没有因调速带来的附加转差损耗，调速的范围大、精度高、无级调速，大量节约电能,以及 其能方便实现与自动化控制系统（如DCS系统等）间的通讯，使其在各领域得到广泛的应用。2风机节能原理2.1.电机的旋转速

4、度为什么能够自由地改变？n = 60f/p（1-s） n:电机的转速f:电源频率p:电机磁极对数s：电机的转差率电机的转速=60（秒）大频率（Hz）/电机的磁极对数-电机的转差率电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，rpm/min也可表示为rpm电机的旋转速度同频率成比例同步电机的转差矩为0,同步电机的转速=60（秒）*频率 （Hz） /电机的磁极对数异步的转速比同步电机的转速低。例如：4极三相步电机60Hz时 低于1,800 r/min 4极三相异步电机50Hz时低于 1,500 r/min本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电 机。感应式交流电机(以后简称为

5、电机)的旋转速度近似地确决于电机的极对数和频率。由电机的工作原理决定电机的磁极对数是固定不变的。由于电机的磁极对数1个磁极 对数等于2极，电机的极数不是一个连续的数值(为2的倍数，例如极数为2, 4, 6)，所 以不适和改变该值来调整电机的速度。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机， 这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。 改变频率和电压是最优的电机控制方法如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止 电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要

6、同时改变电压。例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这 时变频器的输出电压就必须从400V改变到约200V。2运行工况分析根据火电设计规程sdj-79规定，燃煤锅炉的送、引风机的风量裕度分别为5%和5%10%， 风压裕度分别为10%和10%15%。加上设计过程中很难计算管网的阻力、并考虑到长期 运行过程中发生的各种问题，通常裕度约2030%。因此这些风机运行时，只有靠调节风 门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。在节流调节过程中，风机固有特性不变， 仅仅靠关小风门或挡板的开度，人为地增加管路的阻力，由此增大管路系统的损失，造成风 机的高耗能运行。

7、在一般情况下，采用调节门调节的风机，在两者偏离10%时，效率下降 8%左右；偏离20%时，效率下降20%左右；而偏离30%时，效率则下降30%以上，也就 是说采用挡板调节的风机其实际消耗功率与风量大致成正比，与风门的开度也大致成正比， 对于采用调节门调节风量的风机，这是一个固有的不可避免的问题从上述工况中的风门开度 及效率也可以看出这一点对运行情况进行分析，可以得出以下两点风机实际风量约为额定风量的一部分，风机远离额定点运行，其实际运行效率很低。由于挡板的存在，挡板前后存在压差，消耗了很大一部分能量。所以可以从以上两个方面改善其运行工况，减小损耗，达到节能的目的。采用调速控制装置，通过改变风机

8、的转速，从而改变风机风量以适应生产工艺的需要，这种 调节方式称为风机的调速控制。风机以调速控制方式运行能耗最省，综合效益最高。交流电 机的调速方式有多种、变频调速是高效的最佳调速方案，它可以实现风机的无级调速，并可 方便地组成闭环控制系统、实现恒压或恒流量的控制。2.3变频控制系统改造的节能分析 挡板这种调节方式虽然简单易行，已成习惯，但它是以增加管网损耗，耗费大量能源为代价 的。对于大功率电机，耗能则更大。当采用变转速调节时，其效率最高，因为风量随转速的 一次方下降，而其轴功率则按转速的三次方规律下降，而目前性能最佳的调速方式则是国际 上公认的交流变频调速技术。异步电动机的转矩是电机的磁通与

9、转子内流过电流之间相互 作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和， 严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出 电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。电动机使用工频电源驱动 时，电压下降则电流增加；对于变频器驱动，如果频率下降时电压也下降，频率下降（低速） 时,如果输出相同的功率，则电流增加，但在转矩一定的条件下,电流几乎不变。采用变频器运转， 随着电机的加速相应提高频率和电压，起动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同， 为125%200%）。用工频电源直接起动时，起动电流为67倍，因此

10、，将产生机械电气上的冲 击。采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）。起动电流为额定电流的1.21.5倍，起 动转矩为70%120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，起动转矩为100%以上， 可以带全负载起动。这样就大大降低了启动时的大电流对网内电压的冲击，提高了系统的安 全性从流体力学的原理得知，使用感应电机驱动的风机，轴功率P与风量Q，风压H的关系为： PQxH当电动机的转速由n1变化到n2时,Q、H、P与转速的关系Q2=Q1xN2/N1H2=H1x（N2/N1）2P2=P1x（N2/N1）3可见风量Q和电机的转速n是成正比关系的，风压与风机的转速平方成正比关系。所需 的轴功

11、率P与转速的立方成正比关系。所以当需要的额定风量降低时，通过调节风机的转 速方式调节，所需功率则呈立方下降。所以当需要80%的额定风量时，通过调节电机的转 速至额定转速的80%，即调节频率到40赫兹即可，这时所需功率将仅为原来的51.2%。 如下图所示，从风机的运行曲线图来分析采用节能控制系统调速后的节能效果。 如图1示出风机的风压h-风量q曲线特性图。图1风机的h- q曲线图1中：n1-代表风机在额定转速运行时的特性；n2-代表风机降速运行在n2转速时的特性; r1-代表风机管路阻力最小时的阻力特性；r2-代表风机管路阻力增大到某一数组时的阻力特 性当所需风量从Q1减小到Q2时，如果采用调节

12、阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性 曲线上移，系统的运行工况点从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积 H2xQ2成正比；如果采用调速控制方式，风机转速由N1下降到N2，其管网特性并不发生 改变，但风机的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点。此时所需轴功率P3 与面积H3xQ2成正比。从理论上分析，所节约的轴功率（P）与H2H3CB的面积成正比， 此时风机轴输出功率与转速的立方成正比。风机流量、转速、轴功率及电源频率关系如表1所列。表1风机流量、转速、轴功率芨频率美系频率担X转速。.袖昉军*50HOO呢4590%90%72.91%4080%SO%5L2%3575%7

13、5%和3%3060%60%21.6%2550%50%12.5%考虑减速后效率下降和调速装置的附加损耗，通过实践的统计，风机/水泵类通过调速控制可节能20%50%以次看来，要提高引风机电动机的工作效率，节约电能，在引风机电动机上装上变频调速装置，是最佳选择，2.4节能配置方案根据我公司锅炉风机使用特性，采取一对一控制的方式在这台90kw的引风电机启动柜上配 置一台节能器，节能器型号为：PI7800 100kw以#5号炉一台90KW引风电机为列进行一下分析额定电压380V 额定电流160A 功率因数=0.887工作电流120A运行时消耗功率=1.732UIcos中=1.732x380 x120 x

14、0.887=93.4KW每年耗电量（全年运行330天计）93.4KWx24x330=739728 度如使用变频技术后分析数据额定电压380v以40HZ运行是电流为100A 功率因数为1P=1.732x380 x75x1=65.4KW改造后每年耗电量（全年运行330天计）65.4KWx24x330=517968 度3、每年节省的电量：739728-517968=221760 度节电率：221760739728=30%从分析节果上看，大大降低了厂用电率，提高了控制水平、降低工人劳动强度，而且具有 很好的经济效益。调速的目的是保持出口压力恒定，闭环控制响应灵敏，节能效果明显。 这只是一台风机的分析，

15、如果多台采用，效果自然而欲。控制方式应采用风机恒压供风智能控制系统，图1风机变频调速系统框图是由工控机、可编程控制器（PLC）、变频器、压力传感器、软件控制单元、风机切换单元 等组成，辅助设备为空调装置。此控制系统根据压力传感器检测到的风机出口的压力值，通 过可编程控制器调节计算来控制变频器调整风机电机的工作状态，在精确地控制风机出口压 力的同时，延长风机系统的使用寿命，并大幅度地节约电能。引风机，送风机是机组长期连续运行的重要设备，在进行变频调速节能改造时，都要采 用一施一方案，即一台设备配置一台110%容量的变频器，并且要设计工频旁路系统，当变 频器故障时将设备切换到电网运行。为了避免因设

16、备的切换影响机组安全运行，还要设计同 步切换（Bypass）控制功能，实现真正的平稳无扰动切换。对于可以间歇工作的设备，以保证 变频器和拖动设备的安全。根据风机的运行特性，由于现场情况是风门100%全开，而运行电流才150A，未达到额 定电流，电机运行效率只有60%左右。如果运行用节能控制系统器来提高电机的运行效率， 势必会影响风量，因此，在风门全开的情况下，利用节能控制系统器虽然可以提高功率因素， 但是势必要影响风量。建议采用功率适当的电机或者采用降压的方式来对此种状况节能改 造。为了改善变频器的用电环境，提高电机的功率因数，应采用加交流输入输出电抗器的方 法，为避免过大的电流浪涌电流造成变

17、频器整流部分故障，应在变频器的输入侧加装交流电 抗器，加装后亦可改变电源侧的功率因数。通过对变频器在工业锅炉上的应用进行总结，具有以下优点：1、节电降耗效果显着，操作简便，调节平衡，尤其与微机控制相联更体现了优越性，深受 司炉工的欢迎。2、平滑启动及转机转速下降，机械磨损减小，故障率下降，减少了停机、停炉对生产的影 响。3、档板和调节阀的机械磨损、卡死等故障不复存在了。2.5节能控制系统调速其他附加好处1）网侧功率因数提高：原电机直接由工频驱动时，满载时功率因数为0.85左右，实际 运行功率因数远低于0.8。采用节能控制系统调速系统后，电源侧的功率因数可提高到0.9 以上，无需无功补偿装置就能

18、大大的减少无功功率，满足电网要求，可进一步节约上游设备 的运行费用。2）设备运行与维护费用下降：采用节能控制系统调节后，由于通过调节电机转速实现 节能，在负荷率较低时，电机、风机/水泵转速也降低，主设备及相应辅助设备如轴承等磨 损较前减轻，维护周期可加长，设备运行寿命延长；并且节能控制系统改造后风门/阀门开 度可达100%，运行中不承受压力，可显著减少风门/阀门的维护量。节能控制系统器运行中， 只需定期对节能控制系统器除尘，不用停机，保证了生产的连续性。随着生产的需要，调节 风机/水泵的转速，进而调节风机/水泵风量，既满足生产工艺的要求，工作强度又大大降低。 采用节能控制系统技术调速后，减少了

19、机械磨损，维护工作量降低，检修费用下降。3）用节能控制系统调速装置后，可对电机实现软启动，启动时电流不超过电机额定电 流的1.2倍，对电网无任何冲击，电机使用寿命延长。在整个运行范围内，电机可保证运行 平稳，损耗减小，温升正常。风机/水泵启动时的噪音和启动电流非常小，无任何异常振动 和噪音。4）与原来旧系统相比较，节能控制系统器具有过流、短路、过压、欠压、缺相、温升 等多项保护功能，更完善地保护了电机。5）操作简单，运行方便。可通过计算机远程给定风量或压力等参数，实现智能调节。6）适应电网电压波动能力强，电压工作范围宽，电网电压在-15%+10%之间波动时， 系统均可正常运行改善变频器的用电环

20、境，3变频器的安装与注意事项3.1安装环境（1）环境温度变频器与其他电子设备一样，对周围环境温度有一定的要求，一般为“10+40C”。由于变 频器内部是大功率的电子器件，极易受到工作温度的影响，但为了保证变频器工作的安全性 和可靠性，使用时应考虑留有余地，最好控制在40C以下；4050C之间降额使用，每升 高1C，额定输出电流须减少1%。如环境温度太高且温度变化大时，变频器的绝缘性会大 大降低，影响变频器的寿命。变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随 温度升高而成指数的下降。环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。因此，我们要重 视散热问题啊！在变频器工作时，流过变频器的电流是很大

21、的，变频器产生的热量也是非 常大的，不能忽视其发热所产生的影响通常，变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少.可以用 以下公式估算：发热量的近似值=变频器容量（KW） x55 W在这里，如果变频器容量是以恒转矩 负载为准的（过流能力150% * 60s）如果变频器带有直流电抗器或交流电抗器，并且也在 柜子里面，这时发热量会更大一些。电抗器安装在变频器侧面或测上方比较好。这时可以用估算：变频器容量（KW） x60 W因为各变频器厂家的硬件都差不多，所 以上式可以针对各品牌的产品.注意：如果有制动电阻的话，因为制动电阻的散热量很大， 因此最好安装位置最好和变频器隔离开，如装在柜

22、子上面或旁边等。当变频器安装在控制机柜中时，要考虑变频器发热值的问题。根据机柜内产生热量值的增加，要适当地增加机柜的尺寸。因此，要使控制机柜的尺寸 尽量减小，就必须要使机柜中产生的热量值尽可能地减少。如果在变频器安装时，把变频器的散热器部分放到控制机柜的外面，将会使变频器有 70%的发热量释放到控制机柜的外面。由于大容量变频器有很大的发热量，所以对大容量 变频器更加有效。还可以用隔离板把本体和散热器隔开，使散热器的散热不影响到变频器 本体。这样效果也很好。变频器散热设计中都是以垂直安装为基础的，横着放散热会变差的！关于冷却风扇一般功率稍微大一点的变频器，都带有冷却风扇。同时，也建议在控制柜上出

23、风口安 装冷却风扇。进风口要加滤网以防止灰尘进入控制柜。注意控制柜和变频器上的风扇都是 要的，不能谁替代谁。其他关于散热的问题1、在海拔高于1000m的地方，因为空气密度降低，因此应加大柜子的冷却风量以改 善冷却效果。理论上变频器也应考虑降容，1000m每-5%。但由于实际上因为设计上变频 器的负载能力和散热能力一般比实际使用的要大，所以也要看具体应用。比方说在1500m 的地方，但是周期性负载，如电梯，就不必要降容。2、开关频率：变频器的发热主要来自于IGBT， IGBT的发热有集中在开和关的瞬 间。因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。有的厂家宣称降低开关频率可以扩 容，就是这个道理

24、。(2)环境湿度变频器与其他电气设备一样对环境湿度有一定要求，变频器的周围空气相对湿度 95% (无结露)，根据现场工作环境必要时须在变频柜箱中加放干燥剂和加热器。振动和冲击变频器在运行的过程中，要注意避免受到振动和冲击。大家知道，变频器是由很多 元器件通过焊接、螺丝连接等方式组装而成。当变频器或装变频器的控制柜受到机械振动或 冲击时，回导致焊点、螺丝等连接器件或连接头松动或脱落，引起电气接触不良甚至造成期 间间短路等严重故障。因此，变频器运行中除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击 源外，还应在控制柜外加装抗震橡皮垫片，在控制柜内的器件和安装板之间加装缓冲橡胶垫， 减震。一般在设备运行一

25、段时间后，应对控制柜进行检查和维护。电气环境防止电磁波干扰变频器的电气主体是功率模块及其控制系统的硬软件电路，这些元器件和软件程序 受到一定的电磁干扰时，会发生硬件电路失灵、软件程序乱飞等造成运行事故。所以为了避 免因电磁干扰，变频器应根据所处的电气环境，有防止电磁干扰的措施。例如输入电源线、 输出电机线、控制线应量远离；容易受影响的设备和信号线，应尽量远离变频器安装；关键 的信号线应使用屏蔽电缆，建议屏蔽层采用360接地法接地。防止输入端过电压变频器的主电路是有电力电子器件构成，这些器件对过电压十分敏感，变频器输入 端过电压会造成主元件的永久性损坏。例如有些工厂自带发电机供电，电网波动会比较

26、大， 所以对变频器的输入端过电压应有防范措施。海拔高度变频器安装在海拔高度1000m以下可以输出额定功率。但海拔高度超过1000m，其 输出功率会下降。如变频器安装地点的海拔高度与输出电流对比图1所示，可见海拔高度超 过1000m，变频器输出电流减少，海拔高度为4000m时，输出电流为1000m时的40%。lout0 1DDD 2C0030004030 (m)图1变频器安装地点的海拔高度与输出电流对比图(6)其它环境避免变频器安装在雨水滴淋或结露的地方；防止粉尘、棉絮及金属细屑侵入；避免变频器安装在油污和盐分多的场合；远离放射性物质及可燃物。3.2安装方式与散热处理变频器在运行过程中有功率损耗

27、，并转换为热能，使自身的温度升高。粗略地说， 每1kva的变频器容量，其损耗功率约为40w50w。因此，安装变频器时要考虑变频器散 热问题，要考虑如何把变频器运行时产生的热量充分地散发出去，因此要讲究安装方式。(1)壁挂式安装变频器的外壳设计比较牢固，一般情况下，允许直接安装在墙壁上，称为壁挂式。 为了保证通风良好，所有变频器都必须垂直安装，变频器与周围物体之间的距离应满足下列 条件，如图2所示：两侧大于100mm、上下大于150mm，而且为了防止杂物掉进变频器的 出风口阻塞风道，在变频器出风口的上方最好安装档板。图2壁挂式变频器安装示意图柜式安装方式当现场的灰尘过多，湿度比较大，或变频器外围

28、配件比较多，需要和变频器安装在 一起时，可以采用柜式安装。变频器柜式安装是目前最好的安装方式，因为可以起到很好的 屏蔽幅射干扰，同时也能防灰尘、防潮湿、防光照等作用。柜式安装方式的注意事项：单台变频器采用柜内冷却方式时，变频柜顶端应安装抽风式冷却风扇，并尽量装 在变频器的正上方(这样便于空气流通)；多台变频器安装应尽量并列安装，如必须采用纵向方式安装，应在两台变频器间加装隔 板。、4变频器的接线4.1主回路接线变频器的主回路端子如图3所示。R/LI SXL2 | T/L3审 1 | S2/BI | B2 | OU/T | V/T2 W/T3POWEROPTICWs图3变频器主回路端子图(1)变

29、频器三相交流输入端子(r/l1、s/l2、t/l3)电源输入端子通过线路保护用断路器或带漏电保护的断路器连接到三相交流电源，无 需考虑连接相序。这里要特别注意的是，三相交流电源绝对不能直接接到变频器输出端子， 否则将导致变频器内部器件损坏。(2)变频器三相交流输出端子(c)输出端子应按正确的相序接入电机，如果电机方向不对，则交换(u/t1、v/t2、w/t3) 中的任意两相即可，也可以通过设置变频器参数来实现。要注意的是，输出端不能接进相电 容器和电涌吸收器。直流电抗器连接端子(1、2/b1)直流电抗器连接端子接改善功率因数用的直流电抗器，端子上连接有短路导体，使 用直流电抗器时，先要取出此短

30、路导体。注意：不使用直流电抗器时，该导体就不用去掉。制动单元连接端子(2/b1、b2)一般小功率变频器(0.7515kw)内置制动电阻，而18.5kw以上制动电阻须外置。直流电源输入端子(1、0)外置制动单元的直流输入端子，分别为直流母线的正负极。接地端子(pe)变频器会产生漏电流，载波频率越大，漏电流越大。变频器整机的漏电流大于3.5ma， 漏电流的大小由使用条件决定，为保证安全，变频器和电机必须接地。4.2注意事项接地电阻应小于103。接地电缆的线径要求，应根据变频器功率的大小而定；切勿与焊接机及其它动力设备共用接地线；如果供电线路是零地共用的话，最好考虑单独敷设地线；多台变频器接地，则应分别和大地相连，请勿使接地线形成回路，如图4所示。1正Aft1r=*try图4接地合理化配线4.3控制回路端子接线由于低压变频器控制回路电缆的过电流一般都很小，所以控制回路电缆的尺寸 规格可以规范化，为避免干扰引起的误动作，控制回路连接线应采用绞合的屏蔽线；附表为 国内某品牌变频器的控制回路用线尺寸规格。控制线与主回路电缆铺设变频器控制线与主回路电缆或其它电力电缆分开铺设，且尽量远离主电路100mm 以上；尽量不和主电路电缆平行铺设，不和主电路交叉，必须交叉时，应采取垂直交叉的方 法。电缆的屏蔽变频器电缆的屏蔽可利用已接地的金属管或者带屏蔽的电缆。屏蔽层