變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐風(fēng)機(jī)改造中應(yīng)用

1、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)2006年第2期,天津市300072)摘要:、產(chǎn)品加工制造業(yè)中的重要設(shè)備,根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況,最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對(duì)象,出于節(jié)能的迫切需要,本文以鍋爐風(fēng)機(jī)為例,采用變頻調(diào)速技術(shù)加以改造,不僅大大減少能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗,而且控制精度得到提高。關(guān)鍵詞:變頻技術(shù);變頻調(diào)速;節(jié)能;風(fēng)機(jī)改造中圖分類號(hào):TK223文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):1008-0155(2006)02-0097-03在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中,風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場(chǎng)合,根

2、據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié),以適應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況,而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門、擋板開度的大小來調(diào)整受控對(duì)象。這樣,不論生產(chǎn)的需求大小,風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn),而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過程中,不僅控制精度受到限制,而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗,從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加,設(shè)備使用壽命縮短,設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。風(fēng)機(jī)多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行,存在啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命,而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備,時(shí)常出現(xiàn)風(fēng)機(jī)損壞同時(shí)電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。近年來,出于

3、節(jié)能的迫切需要和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求,人們采用變頻調(diào)速器(簡(jiǎn)稱變頻器),其有易操作、免維護(hù)、控制精度高,并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn),因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)的方案開始逐步取代風(fēng)門、擋板的控制方案。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系:n=60f(1-s)/p,(式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)),通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術(shù),電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。下面就以榆林天然氣化工有限公司35T鍋爐風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)改造為例,分析變頻調(diào)速技術(shù)在鍋爐風(fēng)機(jī)

4、改造應(yīng)用中的節(jié)能效果。一、應(yīng)用調(diào)速方案的技術(shù)分析1、鍋爐現(xiàn)狀目前35噸鍋爐長(zhǎng)期運(yùn)行在額定負(fù)荷76%左右,實(shí)際蒸汽量為27噸,燃?xì)饬亢惋L(fēng)量(鼓風(fēng)、引風(fēng))調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)擋板的開度來實(shí)現(xiàn)的,此種風(fēng)量調(diào)節(jié)方式使風(fēng)機(jī)的效率降低,有相當(dāng)部分電能轉(zhuǎn)收稿日期:2005-08-15作者簡(jiǎn)介:王化冰,天津大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院在職碩士,陜西紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。97© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 技術(shù)與經(jīng)濟(jì)內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)2006年第2期為機(jī)械能消耗在擋板的阻力上,浪費(fèi)大量

5、電能,回收這部分電能損耗會(huì)收到很大的節(jié)能效果。2、鍋爐風(fēng)機(jī)負(fù)荷運(yùn)行分析量下降到60%時(shí),軸功率將下降到額定功率的22%,當(dāng)然還需考慮由于轉(zhuǎn)速下降引起壓力下降及效率下降等的影響。即使如此,節(jié)電潛力還是很大的。采用變頻調(diào)速方式的節(jié)電效果如圖2。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè),風(fēng)門擋板的開度為:一次鼓風(fēng)機(jī)為58%,二次鼓風(fēng)機(jī)為38%,引風(fēng)機(jī)44%。風(fēng)機(jī)效率:鼓風(fēng)機(jī)約50100%,引風(fēng)機(jī)約65100%,實(shí)施變頻調(diào)速運(yùn)行,風(fēng)機(jī)效率可提高到90%,降低風(fēng)機(jī)功耗。3、,施。圖2變頻調(diào)速節(jié)電效果圖1、一次鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用風(fēng)門調(diào)節(jié):電機(jī)功率P=200KW,額定電流I=361A,工作電壓V=385v,工作電流I工=280A,設(shè)備

6、年運(yùn)行時(shí)間T=8760h(12個(gè)月)電機(jī)消耗的功率為:圖1變頻調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)力線路圖二、節(jié)能效果的估算(35T鍋爐200KW一次鼓風(fēng)機(jī)一臺(tái),75KW二次鼓風(fēng)機(jī)一臺(tái),250KW引風(fēng)機(jī)一臺(tái),全年運(yùn)行)從流體力學(xué)原理知道,風(fēng)機(jī)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速及電機(jī)功率的關(guān)系:當(dāng)改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí),流量與轉(zhuǎn)速成正比:Q1/Q2=n1/n2=×P電機(jī)=I工cos<385×280×0.85×0.9=142.8(KW)年耗電量:E變閥1=P電機(jī)×T=142.8×8760=1,250,928.0(KWh)采用變頻調(diào)節(jié)時(shí),根據(jù)目前所測(cè)工況:鼓風(fēng)機(jī)閥門開度57.81%,考慮壓力

7、下降的影響,取風(fēng)量Q=75%電機(jī)消耗功率:P變頻=PQ3=200×0.753=84.4(KW)風(fēng)機(jī)的壓頭與轉(zhuǎn)速的平方成正比:H1/H2=(n1/n2)年耗電量:E變頻=P變頻×T=84.4×8760=739,125.0(KWh)風(fēng)機(jī)的電機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比:P1/P2=(n1/n2)3因此可得年節(jié)電量為:E1節(jié)省=E變閥1-E變頻=1,250,928.0-739,125.0=511,803.0(KWh)2、二次鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)當(dāng)風(fēng)量減少,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí),其電動(dòng)機(jī)輸入功率迅速下降,例如風(fēng)量下降到80%,轉(zhuǎn)速也下降到80%,其軸功率則下降到額定功率的51%;若風(fēng)98&#

8、169; 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 技術(shù)與經(jīng)濟(jì)內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)2006年第2期采用風(fēng)門調(diào)節(jié):電機(jī)功率P=75KW,額定電流I=139A,工作電壓V=385v,工作電流I工=74A,因此可得年節(jié)電量為:E引節(jié)省=E變閥3-E變頻=1,251,215.7-601,428.8=649,787.0(KWh)4、鍋爐全年總節(jié)電量為:E=E1節(jié)省+E2節(jié)省+E引節(jié)省=1,382,243.0(KWh):0.4元/W=E×0.4元/KWh=552,897.20(元

9、RMB)6、節(jié)電效果;設(shè)備年運(yùn)行時(shí)間T=8760h(12個(gè)月)電機(jī)消耗的功率為:=×P電機(jī)=I工cos<380×125×0.85×0.9=37.7(KW)年耗電量:E變閥2=P電機(jī)×T=37.7×8760=329,961.0(KWh)采用變頻調(diào)節(jié)時(shí),:閥門開度,取風(fēng)量Q=55%電機(jī)消耗功率:P變頻=PQ3=75×0.553=12.5(KW)變閥總電量:E變閥=E變閥1+E變閥2+E變閥3=2,832,101.7(KWh)年耗電量:E變頻=P變頻×T=12.5×8760=109,308.4(KWh)節(jié)

10、電效果:E/E變閥=48.8%三、采用風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的特點(diǎn)1.對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)寬范圍無(wú)級(jí)調(diào)速,電機(jī)可連續(xù)因此可得年節(jié)電量為:E2節(jié)省=E變閥2-E變頻=329,961.0-109,308.4=220,652.6(KWh)3、引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)平滑穩(wěn)定變速。2.電機(jī)由于軟啟動(dòng),啟動(dòng)電流小,啟動(dòng)過程平穩(wěn),對(duì)電網(wǎng)和電器沒有沖擊,對(duì)風(fēng)機(jī)不產(chǎn)生大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩沖擊,可延長(zhǎng)鼓引風(fēng)機(jī)的使用壽命,減少維修費(fèi)用。3.由于電機(jī)軸功率下降,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低,能減采用風(fēng)門調(diào)節(jié):電機(jī)功率P=250KW,額定電流I=461A,工作電壓V=380v,工作電流I工=280A,設(shè)備年運(yùn)行時(shí)間T=8760h(12個(gè)月)電機(jī)消耗的功率為:=×P

11、電機(jī)=I工cos<385×280×0.85×0.9=142.8(KW)輕機(jī)械振動(dòng)和噪聲,改善勞動(dòng)環(huán)境。4.為了保證鍋爐的安全運(yùn)行,設(shè)置工頻變頻調(diào)速運(yùn)行自動(dòng)切換系統(tǒng)。5.風(fēng)量可進(jìn)行自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)。6.具有變頻器及外設(shè)故障診斷功能。年耗電量:E變閥3=P電機(jī)×T=142.8×8760=1,251,215.7(KWh)采用變頻調(diào)節(jié)時(shí),根據(jù)目前所測(cè)工況:引風(fēng)機(jī)閥門開度44.29%,考慮壓力下降的影響,取風(fēng)量Q=65%實(shí)踐證明,變頻器用于風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制取得了顯著的節(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,并且因此而大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用,還降低了停產(chǎn)周期。直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯,設(shè)備一次性投資通?？梢栽?個(gè)月到16個(gè)月的生產(chǎn)中全部收回。(責(zé)任編輯:牧雨)電