磁縣觀臺電廠風(fēng)機變頻節(jié)能改造方案
一、引言
鍋爐在選用與其配套的風(fēng)機容量時，均是按鍋爐的最大蒸發(fā)量予以考慮，且留有20%風(fēng)壓和20%流量的裕量。這就是說，即使鍋爐全載運行，其風(fēng)門開度也不會是100%，最多僅能達(dá)到80%左右，并且鍋爐根據(jù)季節(jié)不同負(fù)荷量也會相應(yīng)變化。此外，風(fēng)機在選用其配套電動機時，也留有一定裕量。因而在鍋爐的正常運行中，其電動機總是處于不全載情況下運行。因此，對鍋爐風(fēng)機的節(jié)能改造具有十分重要的經(jīng)濟意義。風(fēng)機系統(tǒng)中流量的調(diào)節(jié)常采用改變擋板開度的方式，因而在擋板上產(chǎn)生了附加的壓力損失。浪費了大量能源。采用變頻調(diào)速技術(shù)改造風(fēng)機系統(tǒng)，不僅可以節(jié)約能源，而且使系統(tǒng)運行更加合理可靠。
二、節(jié)能分析
變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率達(dá)到改變電機轉(zhuǎn)速的目的。通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。如下圖示為壓力H-流量Q曲線特性圖:
n1-代表電機在額定轉(zhuǎn)速運行時的特性；
n2-代表電機降速運行在n2轉(zhuǎn)速時的特性；
R1-代表風(fēng)機、泵類管路阻力最小時的阻力特性；
R2-代表風(fēng)機、泵類管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。
風(fēng)機、泵類在管路特性曲線R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風(fēng)機、泵類所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小流量到Q2，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機、泵類的工作點移到R2上的B點，壓力增大到H2，這時風(fēng)機、泵類所需的功率正比于H2與Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風(fēng)機、泵類所需的功率增大了。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運行成本換取簡單控制方式。
若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風(fēng)機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。對于風(fēng)機、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，通常采用以下兩種方式進(jìn)行計算：若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風(fēng)機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。對于風(fēng)機、泵類設(shè)備采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果，根據(jù)風(fēng)機平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載關(guān)系式：P / P0=（n / n0）3計算（P0額定轉(zhuǎn)速n0時的功率；P為轉(zhuǎn)速n時的功率），當(dāng)電機在額定轉(zhuǎn)速的80%運行時，理論上其消耗的功率為額定功率的（80%）3，即51.2%，去除機械損耗電機銅、鐵損等影響。節(jié)能效率也接近40% 。
節(jié)能效果計算
（1）1#、2#鍋爐引風(fēng)機200KW，鼓風(fēng)機110KW，二次風(fēng)機110KW。假設(shè)風(fēng)量在80%—50%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為30%，電費按0.5元/KWH,一年運行天數(shù)300，則1#、2#鍋爐風(fēng)機每年節(jié)約的電費：
2*（200+110+110）*30%*24*300*0.5=907200元。
（2） 3#鍋爐引風(fēng)機220KW，鼓風(fēng)機200KW，二次風(fēng)機110KW。假設(shè)風(fēng)量在80%—50%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為30%，電費按0.5元/KWH,一年運行天數(shù)300，則每年節(jié)約的電費：（220+200+110）*30%*24*300*0.5=572400元。
三、改造前設(shè)備工況
貴公司設(shè)備是通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板和閥門的開啟角度的機械調(diào)節(jié)方法來滿足不同的用風(fēng)量，這種操作方式的缺點是:（1）電機及風(fēng)機的轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷強度重，電能浪費嚴(yán)重；（2）調(diào)節(jié)精度差，控制不精確；（3）電氣控制直接起動，啟動時電流對電網(wǎng)沖擊大，需要的電源（電網(wǎng)）容量大，功率因素較低；（4）起動時機械沖擊大,設(shè)備使用壽命低；（5）電氣保護(hù)特性差，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護(hù)設(shè)備等。采用變頻器可實現(xiàn)大的電動機的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機故障率，延長使用壽命，同時也降低了對電網(wǎng)的容量要求和無功損耗。
四、變頻改造方案
根據(jù)原有控制系統(tǒng)，可以做如下改動，保持原有系統(tǒng)不變，增加變頻柜，系統(tǒng)各臺電機均由相應(yīng)變頻器驅(qū)動，在變頻器出現(xiàn)故障時可選擇工頻啟動，以使用原有的控制系統(tǒng)。也可以直接用雙投開關(guān)，在變頻器出現(xiàn)故障時將雙投開關(guān)切向原有的控制系統(tǒng)，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。通過調(diào)節(jié)電位器以調(diào)節(jié)各變頻器的頻率，保證一定的煤風(fēng)比例。負(fù)壓則通過顯示的壓力情況，人為地調(diào)節(jié)變頻器的頻率。變頻柜控制電氣圖如下：
工變頻切換圖
采用雙投開關(guān)圖
根據(jù)貴公司的實際情況和達(dá)到更好的節(jié)能效果，可以對下面設(shè)備進(jìn)行改造，下表為變頻改造參數(shù)表：
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設(shè)備名稱 |
極數(shù) |
電機功率 |
變頻器型號 |
備注 |
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1#爐引風(fēng)機 |
四極 |
200KW |
CDI9000-P200 T4 |
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1#爐送風(fēng)機 |
二極 |
110KW |
CDI9000-P110 T4 |
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1#爐二次風(fēng)機 |
二極 |
110KW |
CDI9000-P110 T4 |
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3#爐引風(fēng)機 |
六極 |
220KW |
CDI9000-P220 T4 |
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3#爐送風(fēng)機 |
四極 |
200KW |
CDI9000-P200 T4 |
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3#爐二次風(fēng)機 |
四極 |
110KW |
CDI9000-P110 T4 |
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五、總結(jié)
采用變頻器控制將有以下諸多優(yōu)點：
(1)、采用變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速，取消擋板調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障 率，節(jié)電效果顯著；
(2)、采用變頻器控制電機，實現(xiàn)了電機的軟啟動，延長了設(shè)備的使用壽 命，避免了對電網(wǎng)的沖擊；
(3)、電機將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運行，減少了噪聲對環(huán)境的影響；；
(4)、具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護(hù)功能；
(5)、安裝時可不破壞原有的配電設(shè)施， 具有工變頻切換，保證生產(chǎn)的連續(xù)性
(3)、電機將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運行，減少了噪聲對環(huán)境的影響；；
(4)、具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護(hù)功能；
(5)、安裝時可不破壞原有的配電設(shè)施， 具有工變頻切換，保證生產(chǎn)的連續(xù)性
實踐證明，變頻改造具有顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且還大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費用，另外當(dāng)采用變頻調(diào)速時，由于變頻裝置內(nèi)的直流電抗器能很好的改善功率因數(shù)，也可以為電網(wǎng)節(jié)約容量。直接和間接經(jīng)濟效益十分明顯。
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