鼓風(fēng)機變頻節(jié)能分析

近幾年，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)得到了普遍推廣及應(yīng)用。同時變頻技術(shù)也已從U/F比控制、電壓空間矢量控制，發(fā)展到無速度傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）。功率開關(guān)器件從GTO、GTR、IG- BTJPM,發(fā)展到IGCT,變頻器的優(yōu)點在各個領(lǐng)域應(yīng)用中被充分地證實。

在工業(yè)與民用鍋爐的節(jié)能控制中，也逐步引入了變頻調(diào)速技術(shù)，利用該技術(shù)對鍋爐輔機中的鼓（引）風(fēng)機、水泵進(jìn)行無級調(diào)速控制，得到了顯著的節(jié)能效果。

鍋爐傳統(tǒng)控制的弊端

鍋爐負(fù)荷由于存在隨季節(jié)或生產(chǎn)的周期性變化而差異較大，工業(yè)與民用鍋爐傳統(tǒng)控制手段存在如下缺陷：

1）負(fù)荷低時，風(fēng)量過大，造成空氣過量，系數(shù)及排煙溫度過高，使?fàn)t堂溫度高熱效率卻低，形成二高二低現(xiàn)象。

2）由于輔機的轉(zhuǎn)速恒定，鍋爐負(fù)荷下降時，只能依靠調(diào)節(jié)管網(wǎng)中的風(fēng)門或閥門來減少流量，此時風(fēng)機或水泵本身的性能曲線雖然不變，但包括節(jié)流裝置在內(nèi)的整個裝置效率明顯下降，且輔機造成大量的電能浪費。

為克服上述缺陷，設(shè)計了燃燒自動控制系統(tǒng)，采用計算機控制模型和變頻調(diào)速技術(shù)，達(dá)到節(jié)能的目的。

鍋爐燃燒自動控制系統(tǒng)

3.1  送風(fēng)自動調(diào)節(jié)

當(dāng)入煤量發(fā)生變化時，爐堂溫度與送風(fēng)量有一極值關(guān)系。為了提高鍋爐熱效率，送風(fēng)量與入爐煤量保持適當(dāng)?shù)谋壤?，計算機控制模型中廣泛采用這種自尋最佳風(fēng)煤化調(diào)節(jié)規(guī)律，示意圖見圖1所示。K1為風(fēng)煤化系數(shù)。

圖1送風(fēng)自動調(diào)節(jié)示意圖

3.2  負(fù)壓自動調(diào)節(jié)

爐內(nèi)壓力控制在微負(fù)壓狀態(tài)下，且能控制從爐堂到爐堂出口、對流管束、省煤器直到煙道出口的煙氣速度，從而控制各段熱量的分配和傳熱系數(shù)。圖2為爐堂負(fù)壓自動調(diào)節(jié)示意圖。

圖2負(fù)壓自動調(diào)節(jié)示意圖

變頻調(diào)速的自控方式及節(jié)能理論依據(jù)

4.1  變頻調(diào)速的自控方式

1）  開環(huán)控制：適用在恒速輸出量不變條件下，其電路簡單、費用低，示意圖如圖1所示。

圖3開環(huán)控制方塊圖

2）  閉環(huán)控制：適用在變速、輸出量變動條件下, 如圖2所示。

圖4閉環(huán)控制方塊圖

閉環(huán)控制要增加傳感器、調(diào)節(jié)器，投資及安裝量稍大，但能提高控制精度，可達(dá)≤1%,且閉環(huán)控制較開 環(huán)控制多節(jié)電5%?10%。在鍋爐輔機（風(fēng)機、水泵）中均采用閉環(huán)控制。

4.2 風(fēng)機（泵）變頻調(diào)速節(jié)能的依據(jù)

風(fēng)機（水泵）負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系：

式中：V—風(fēng)機轉(zhuǎn)速n時的風(fēng)量;Vo—風(fēng)機轉(zhuǎn)速n₀ 時的風(fēng)量;H―風(fēng)機轉(zhuǎn)速n時的全壓；H₀一風(fēng)機轉(zhuǎn)速n₀時的全壓；N一風(fēng)機轉(zhuǎn)速n時的軸功率；N。一風(fēng)機轉(zhuǎn)速n₀時的軸功率；n一風(fēng)機運行轉(zhuǎn)速；n₀一風(fēng)機基準(zhǔn)（額定）轉(zhuǎn)速;ρ、ρ₀一不同介質(zhì)的密度。

若忽略介質(zhì)密度ρ的影響，則風(fēng)機功率Nccn³,即風(fēng)機功率和轉(zhuǎn)速立方成正比。同理，泵類軸功率也與其轉(zhuǎn)速立方成正比。若轉(zhuǎn)速n降為額定轉(zhuǎn)速的70%,則功率降低到34%。

若電動機以定速運轉(zhuǎn)，用擋板（閥門）調(diào)節(jié)風(fēng)（流） 量的方法，改為根據(jù)所需要的風(fēng)（流）量而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的技術(shù)手段，會節(jié)約大量電能。鼓風(fēng)機運轉(zhuǎn)特性見圖5所示。泵類的全揚程特性見圖6所示。功率特性見圖7所示。風(fēng)機泵類其節(jié)電率見表1。

圖5鼓風(fēng)機的運轉(zhuǎn)特性（風(fēng)量、轉(zhuǎn)速一所需功率特性）

圖6泵的全揚程一流量特性

表1

圖4保護(hù)裝置的軟件模塊框圖

能化故障診斷、可靠性高、功能性強以及調(diào)試、維護(hù)簡便和能實現(xiàn)集中和遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點。

微機式保護(hù)裝置的研制和應(yīng)用不僅提高了電力變壓器運行的可靠性，同時對于實現(xiàn)企業(yè)供電系統(tǒng)運行和集中控制的自動化、智能化有著重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景。

節(jié)能效果經(jīng)濟(jì)分析

下面以10T鍋爐為例，僅對其鼓引風(fēng)機進(jìn)行變頻調(diào)速控制。

鼓風(fēng)機30kW,引風(fēng)機55kW,變頻器投資分別為 3萬與4萬元,共投資7萬元。若按調(diào)速后轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的70%,每天運行16小時,每年按300個工作日計算，每度電按0. 6元，其節(jié)約的電費、電量如表2所示。一次性多投資回收期僅為(6.3*10⁴)/161568（年），效益特別顯著。以上計算中，還未考慮去掉風(fēng)門電動執(zhí)行機構(gòu)節(jié)省的投資、變頻后使鼓引風(fēng)機軟起動、軟停止、工作電流降低使鼓引風(fēng)機電動機壽命延長等帶來的經(jīng)濟(jì)效益，如考慮以上因素，則綜合效益更加顯著，投資回收期更短。

圖7功率特性

表2

在平方減轉(zhuǎn)矩負(fù)載（即功率Pccn³）中，特別是流體負(fù)載（風(fēng)機、泵）中，推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的前景。功率開關(guān)器件IGBT具有快速的開關(guān)特性，配以矢量控制，且裝置模塊化，在低壓和小功率范圍內(nèi)，幾乎取代了其它的調(diào)速裝置。近期集成門控晶閘管IGCT投入使用，其性能優(yōu)于GTO、 IGBT,適用于中壓（3000V以上）、大功率的流體負(fù)載。在控制技術(shù)上也已發(fā)展到直接轉(zhuǎn)矩控制DTC。這些技術(shù)、器件的應(yīng)用，應(yīng)根據(jù)具體的負(fù)載及采用的目的（是節(jié)能還是調(diào)速）來具體實施。

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