VACON 變頻器在火力發(fā)電廠(chǎng)75噸鍋爐風(fēng)機(jī)應(yīng)用
摘要：
青島歐控電氣技術(shù)有限公司是芬蘭威肯（VACON）變頻器在山東地區(qū)的一級(jí)代理商。青島歐控電氣（OKON）致力于變頻器及相關(guān)產(chǎn)品的推廣、技術(shù)支持、售后服務(wù)以及工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成。
關(guān)鍵字：
一、行業(yè)概訴
目前，在我國(guó)電源結(jié)構(gòu)中，火電裝機(jī)容量占74%，發(fā)電量占80%；水電裝機(jī)容量占25%，發(fā)電量占19%；核電僅占1%左右。火電廠(chǎng)中的各類(lèi)輔機(jī)設(shè)備中，風(fēng)機(jī)，水泵類(lèi)設(shè)備占了絕大部分，蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能潛力。
二、風(fēng)機(jī)的選擇和應(yīng)用
風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠(chǎng)重要的輔助設(shè)備之一，我國(guó)電站已經(jīng)普遍采用了離心風(fēng)機(jī)。以75(T/H)循環(huán)流化床爐為例，通常每臺(tái)鍋爐配備一臺(tái)400KW引風(fēng)機(jī)，一臺(tái)315KW一次風(fēng)機(jī)，一臺(tái)250KW二次風(fēng)機(jī)。由于鍋爐在正常運(yùn)行中的燃燒構(gòu)成，熱負(fù)載，電負(fù)荷以及季節(jié)等變化因數(shù)較大，因此，鍋爐燃燒所需要的氧氣在各不同的情況下也相應(yīng)有較大的變化，然而，鍋爐配置的風(fēng)機(jī)是按鍋爐最大負(fù)荷情況下所需最大風(fēng)量來(lái)設(shè)計(jì)的，并考慮鍋爐在事故狀態(tài)下的風(fēng)壓，風(fēng)量裕度，
即相應(yīng)的保險(xiǎn)系數(shù)。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的火電設(shè)計(jì)規(guī)程：SDJ—79規(guī)定，燃煤鍋爐的送，引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度分別為5%和5~10%，風(fēng)壓裕度分別是10%和10~15%，而實(shí)際設(shè)計(jì)中，風(fēng)量和風(fēng)壓的裕度達(dá)20~30%是比較常見(jiàn)的。所以，風(fēng)機(jī)電機(jī)功率的配置一般都比較大。
三、風(fēng)量控制
1、風(fēng)門(mén)控制
鍋爐風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度通常都比較大，如果采用風(fēng)門(mén)控制，風(fēng)門(mén)擋風(fēng)板的平均開(kāi)度一般在50%左右，大量能源浪費(fèi)在克服擋風(fēng)板阻力上，風(fēng)機(jī)效率下降。由圖1和 2可見(jiàn)能源的損耗和風(fēng)機(jī)效率的下降。同時(shí)還會(huì)帶來(lái)管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定，難以精確控制，以及電機(jī)啟動(dòng)電流過(guò)大造成的對(duì)電機(jī)的損耗和電網(wǎng)沖擊等其他問(wèn)題。
2、液力耦合器控制
液力耦合器是一種利用液體介質(zhì)傳遞轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備，其主動(dòng)輸入軸端與原傳動(dòng)機(jī)相聯(lián)結(jié)，從動(dòng)輸出軸端與負(fù)載軸端聯(lián)結(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)液體介質(zhì)的壓力，使輸出軸的轉(zhuǎn)速得以改變。理想狀態(tài)下，當(dāng)壓力趨于無(wú)窮大時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速相等，相當(dāng)于鋼性聯(lián)軸器。當(dāng)壓力減小時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低，連續(xù)改變介質(zhì)壓力，輸出轉(zhuǎn)速可以得到低于輸入轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。
根據(jù)液力耦合器的上述特點(diǎn)，可以等效如圖所示的模型
功率控制調(diào)速原理表明，傳動(dòng)速度的改變，實(shí)質(zhì)是機(jī)械功率調(diào)節(jié)的結(jié)果。因此液力耦合器輸出轉(zhuǎn)速的降低，實(shí)際是輸出功率減小。在調(diào)速過(guò)程中，液力耦合器的原傳動(dòng)轉(zhuǎn)速?zèng)]有發(fā)生變化，假設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，原傳動(dòng)的機(jī)械功率也不變，那么輸入與輸出功率的差值功率那里去了呢，顯然是被液力耦合器以熱能形式損耗掉了。因此，我們不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為液力偶合器調(diào)速是"丟轉(zhuǎn)"，而實(shí)際是丟功率。設(shè)原傳動(dòng)功率為PM1，輸出功率為PM2，損耗功率則為
液力偶合器是一種耗能型的機(jī)械調(diào)速裝置，調(diào)速越深（轉(zhuǎn)速越低）損耗越
大，特別是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于原傳動(dòng)輸入功率不變，損耗功率將轉(zhuǎn)速損失成比例增大。對(duì)于風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化，原傳動(dòng)輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低，損耗功率相對(duì)小一些，但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小，調(diào)速效率仍然很低。液力耦合器的調(diào)速效率曲線(xiàn)如圖2所示，平均效率在50%左右。
3、變頻調(diào)速
變頻調(diào)速是靠調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量。按流體機(jī)械定律，風(fēng)機(jī)軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間有：
在風(fēng)機(jī)風(fēng)量有100%下降到50%時(shí)，變頻調(diào)節(jié)與風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)相比，風(fēng)機(jī)的效率平均高出30%以上，除了大量節(jié)省能源外，采用變頻控制還有以下優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)軟啟動(dòng)，齊全的保護(hù)功能，調(diào)速特性?xún)?yōu)良，精度高，自動(dòng)化程度高，便于監(jiān)測(cè)和通訊，維護(hù)方便等。
圖1 離心風(fēng)機(jī)不同調(diào)節(jié)方式下的耗電特性比較
圖2 不同調(diào)節(jié)方式下的風(fēng)機(jī)效率
四、變頻調(diào)速方案選擇
由于電機(jī)電壓，變頻器輸入電壓等級(jí)不同，電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速有如下四種方案：高-----高，高---低---高，高----低，低----低等4類(lèi)。
合理的電壓等級(jí)選用，VACON工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)結(jié)合VACON變頻器特性一般按如下原則選用經(jīng)濟(jì)合理的方案：
1、400KW以下電動(dòng)機(jī) 380V變頻器+低壓電動(dòng)機(jī) 低—低方案
2、400KW---800KW電動(dòng)機(jī) 690V變頻器+690V電動(dòng)機(jī) 高---低方案
3、800KW---1500KW電動(dòng)機(jī) 低壓變頻器+高壓電動(dòng)機(jī) 高—低--高方案
4、1500KW以上 高壓變頻器+高壓電動(dòng)機(jī) 高---高方案
五、投資成本與回報(bào)比較
以75噸流化循環(huán)爐為例，一般電廠(chǎng)6KV電壓計(jì)算，引風(fēng)機(jī)400KW，一次風(fēng)機(jī)315KW，二次風(fēng)機(jī)250KW各一臺(tái)計(jì)算主要設(shè)備投資成本比較。另外，在通常設(shè)計(jì)中風(fēng)門(mén)依然保留，以及電纜等成本不列入比較之中，以下成本分析旨在比較各方案的差異性。
1、風(fēng)門(mén)+高壓電動(dòng)機(jī)控制 合計(jì)成本(RMB)75萬(wàn)
主要設(shè)備 成本(RMB)
三臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī) 33萬(wàn)
7臺(tái)高壓控制柜 42萬(wàn)
優(yōu)點(diǎn)：投資成本低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單
缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)電流大，不節(jié)能，控制精度低，難維護(hù)，自動(dòng)化程度不高。
2、液力耦合器+高壓電動(dòng)機(jī) 合計(jì)成本(RMB)114萬(wàn)
主要設(shè)備 成本(RMB)
三臺(tái)液力耦合器 30萬(wàn)
三個(gè)液耦執(zhí)行器 9萬(wàn)
7臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)柜 42萬(wàn)
三臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī) 33萬(wàn)
青島歐控電氣技術(shù)有限公司是芬蘭威肯（VACON）變頻器在山東地區(qū)的一級(jí)代理商。青島歐控電氣（OKON）致力于變頻器及相關(guān)產(chǎn)品的推廣、技術(shù)支持、售后服務(wù)以及工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成。
關(guān)鍵字：
一、行業(yè)概訴
目前，在我國(guó)電源結(jié)構(gòu)中，火電裝機(jī)容量占74%，發(fā)電量占80%；水電裝機(jī)容量占25%，發(fā)電量占19%；核電僅占1%左右。火電廠(chǎng)中的各類(lèi)輔機(jī)設(shè)備中，風(fēng)機(jī)，水泵類(lèi)設(shè)備占了絕大部分，蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能潛力。
二、風(fēng)機(jī)的選擇和應(yīng)用
風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠(chǎng)重要的輔助設(shè)備之一，我國(guó)電站已經(jīng)普遍采用了離心風(fēng)機(jī)。以75(T/H)循環(huán)流化床爐為例，通常每臺(tái)鍋爐配備一臺(tái)400KW引風(fēng)機(jī)，一臺(tái)315KW一次風(fēng)機(jī)，一臺(tái)250KW二次風(fēng)機(jī)。由于鍋爐在正常運(yùn)行中的燃燒構(gòu)成，熱負(fù)載，電負(fù)荷以及季節(jié)等變化因數(shù)較大，因此，鍋爐燃燒所需要的氧氣在各不同的情況下也相應(yīng)有較大的變化，然而，鍋爐配置的風(fēng)機(jī)是按鍋爐最大負(fù)荷情況下所需最大風(fēng)量來(lái)設(shè)計(jì)的，并考慮鍋爐在事故狀態(tài)下的風(fēng)壓，風(fēng)量裕度，
即相應(yīng)的保險(xiǎn)系數(shù)。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的火電設(shè)計(jì)規(guī)程：SDJ—79規(guī)定，燃煤鍋爐的送，引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度分別為5%和5~10%，風(fēng)壓裕度分別是10%和10~15%，而實(shí)際設(shè)計(jì)中，風(fēng)量和風(fēng)壓的裕度達(dá)20~30%是比較常見(jiàn)的。所以，風(fēng)機(jī)電機(jī)功率的配置一般都比較大。
三、風(fēng)量控制
1、風(fēng)門(mén)控制
鍋爐風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度通常都比較大，如果采用風(fēng)門(mén)控制，風(fēng)門(mén)擋風(fēng)板的平均開(kāi)度一般在50%左右，大量能源浪費(fèi)在克服擋風(fēng)板阻力上，風(fēng)機(jī)效率下降。由圖1和 2可見(jiàn)能源的損耗和風(fēng)機(jī)效率的下降。同時(shí)還會(huì)帶來(lái)管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定，難以精確控制，以及電機(jī)啟動(dòng)電流過(guò)大造成的對(duì)電機(jī)的損耗和電網(wǎng)沖擊等其他問(wèn)題。
2、液力耦合器控制
液力耦合器是一種利用液體介質(zhì)傳遞轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備，其主動(dòng)輸入軸端與原傳動(dòng)機(jī)相聯(lián)結(jié)，從動(dòng)輸出軸端與負(fù)載軸端聯(lián)結(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)液體介質(zhì)的壓力，使輸出軸的轉(zhuǎn)速得以改變。理想狀態(tài)下，當(dāng)壓力趨于無(wú)窮大時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速相等，相當(dāng)于鋼性聯(lián)軸器。當(dāng)壓力減小時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低，連續(xù)改變介質(zhì)壓力，輸出轉(zhuǎn)速可以得到低于輸入轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。
根據(jù)液力耦合器的上述特點(diǎn)，可以等效如圖所示的模型
功率控制調(diào)速原理表明，傳動(dòng)速度的改變，實(shí)質(zhì)是機(jī)械功率調(diào)節(jié)的結(jié)果。因此液力耦合器輸出轉(zhuǎn)速的降低，實(shí)際是輸出功率減小。在調(diào)速過(guò)程中，液力耦合器的原傳動(dòng)轉(zhuǎn)速?zèng)]有發(fā)生變化，假設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，原傳動(dòng)的機(jī)械功率也不變，那么輸入與輸出功率的差值功率那里去了呢，顯然是被液力耦合器以熱能形式損耗掉了。因此，我們不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為液力偶合器調(diào)速是"丟轉(zhuǎn)"，而實(shí)際是丟功率。設(shè)原傳動(dòng)功率為PM1，輸出功率為PM2，損耗功率則為
液力偶合器是一種耗能型的機(jī)械調(diào)速裝置，調(diào)速越深（轉(zhuǎn)速越低）損耗越
大，特別是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于原傳動(dòng)輸入功率不變，損耗功率將轉(zhuǎn)速損失成比例增大。對(duì)于風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化，原傳動(dòng)輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低，損耗功率相對(duì)小一些，但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小，調(diào)速效率仍然很低。液力耦合器的調(diào)速效率曲線(xiàn)如圖2所示，平均效率在50%左右。
3、變頻調(diào)速
變頻調(diào)速是靠調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量。按流體機(jī)械定律，風(fēng)機(jī)軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間有：
在風(fēng)機(jī)風(fēng)量有100%下降到50%時(shí)，變頻調(diào)節(jié)與風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)相比，風(fēng)機(jī)的效率平均高出30%以上，除了大量節(jié)省能源外，采用變頻控制還有以下優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)軟啟動(dòng)，齊全的保護(hù)功能，調(diào)速特性?xún)?yōu)良，精度高，自動(dòng)化程度高，便于監(jiān)測(cè)和通訊，維護(hù)方便等。
圖1 離心風(fēng)機(jī)不同調(diào)節(jié)方式下的耗電特性比較
圖2 不同調(diào)節(jié)方式下的風(fēng)機(jī)效率
四、變頻調(diào)速方案選擇
由于電機(jī)電壓，變頻器輸入電壓等級(jí)不同，電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速有如下四種方案：高-----高，高---低---高，高----低，低----低等4類(lèi)。
合理的電壓等級(jí)選用，VACON工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)結(jié)合VACON變頻器特性一般按如下原則選用經(jīng)濟(jì)合理的方案：
1、400KW以下電動(dòng)機(jī) 380V變頻器+低壓電動(dòng)機(jī) 低—低方案
2、400KW---800KW電動(dòng)機(jī) 690V變頻器+690V電動(dòng)機(jī) 高---低方案
3、800KW---1500KW電動(dòng)機(jī) 低壓變頻器+高壓電動(dòng)機(jī) 高—低--高方案
4、1500KW以上 高壓變頻器+高壓電動(dòng)機(jī) 高---高方案
五、投資成本與回報(bào)比較
以75噸流化循環(huán)爐為例，一般電廠(chǎng)6KV電壓計(jì)算，引風(fēng)機(jī)400KW，一次風(fēng)機(jī)315KW，二次風(fēng)機(jī)250KW各一臺(tái)計(jì)算主要設(shè)備投資成本比較。另外，在通常設(shè)計(jì)中風(fēng)門(mén)依然保留，以及電纜等成本不列入比較之中，以下成本分析旨在比較各方案的差異性。
1、風(fēng)門(mén)+高壓電動(dòng)機(jī)控制 合計(jì)成本(RMB)75萬(wàn)
主要設(shè)備 成本(RMB)
三臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī) 33萬(wàn)
7臺(tái)高壓控制柜 42萬(wàn)
優(yōu)點(diǎn)：投資成本低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單
缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)電流大，不節(jié)能，控制精度低，難維護(hù)，自動(dòng)化程度不高。
2、液力耦合器+高壓電動(dòng)機(jī) 合計(jì)成本(RMB)114萬(wàn)
主要設(shè)備 成本(RMB)
三臺(tái)液力耦合器 30萬(wàn)
三個(gè)液耦執(zhí)行器 9萬(wàn)
7臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)柜 42萬(wàn)
三臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī) 33萬(wàn)
本文標(biāo)簽：VACON 變頻器在火力發(fā)電廠(chǎng)75噸鍋爐風(fēng)機(jī)應(yīng)用
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