燃煤炉鼓风机中变频器的节能分析

第１９卷　第１期　电子设计工程　２０ｌ　１年１月　Ｖｏ１．１９　Ｎｏ．１　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｊａｎ．２０１１　燃煤炉鼓风机中变频器的节能分析　武欣　（西安铁路职业技术学院陕西西安７１００１４）　摘要：为了降低燃煤炉鼓风机的用电率、减少起动电流、提高功率因数、改善司炉工工作强度，提出了将变频器用在　燃煤炉鼓风机中。与传统的燃煤炉鼓风机系统相比较。该系统利用变频器进行流量（风量）控制时，可节约大量电能。　通过详细分析压力　一流量Ｑ曲线，得出变频调速后风机所需功率明显减少。同时，变频器的软启动功能和平滑调速　的特点可实现对系统的平稳调节，使系统工作状态稳定，延长锅炉各部件的使用寿命。最后通过实际数据可知使用变　频器后的燃煤炉鼓风机是节能的　关键词：变频器；鼓风机；调速；节能；分析　中图分类号：ＴＰ２９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—６２３６（２０１１）０１—０１３５—０２　Ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｎ　ｃｏａｌ－ｆｉｒｅｄ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｂｌｏｗｅｒ　ＷＵ　Ｘｉ“　（Ｘｉ＇ａｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｌｎｓｔｉｔｕｅ，Ｘｉ＇ａｎ　７１００１４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｌｏｗｅｒ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｂｌｏｗｅｒ，ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｓｔａｒｔｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔ，ｔｏ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｆａｃｔｏｒ，ａｎｄ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｆｉｒｅｍａｎ’Ｓ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｃｏａｌ－ｆｉｒｅｄ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｂｌｏｗｅｒ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｃｏａｌ－ｉｆｒｅｄ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｂｌｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｅｄ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ（ａｉｒ　ｖｏｌｕｍｅ），ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｓａｖｅ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｈ—ｌｆｏｗ　Ｑ　ｃｕｒｖｅ，ｉｔ　ｉｓ　ｄｅａｒ　ｔｈａｔ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｏｆ　ｂｌｏｗｅｒ　ｉｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ｓｏｆｔ—ｓｔａｒｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｓｍｏｏｔｈ　ｓｐｅｅｄ　ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ　ｃｏｕｌｄ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｓｍｏｏｔｈ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ　ｍａｄｅ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｏｒｋｅｄ　ｓｔａｂｌｅ　ａｎｄ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ　ｔｈｅ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｉｆｅ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｏｉｌｅｒ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｄａｔａ　ｓｈｏｗｓ　ｉｔ　ｉｓ　ｅｎｅｒｇｙ—ｅｆｉｆｃｉｅｎｔ　ｔｏ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｎ　ｃｏａｌ・ｆｉｒｅｄ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｂｌｏｗｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｏｎｖｅ￣ｅｒ；ｂｌｏｗｅｒ；ｓｐｅｅｄ　ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ；ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｓｉｓ　目前我国各类机械与电气设备中与风机配套的电机约占　全国电机装机量的６０％，耗用电能约占全国发电总量的１／３。　１节能原理　但大多数风机在使用过程中都存在“大马拉小车”的现象，加　交流电动机的转速，ｖ为：　之生产、工艺等方面的变化，经常需要调节气体的流量、压　Ｎ＝６０ｆ（１　）　；　（１）　力、温度等．而且目前国内大多数单位仍采用落后的调节档　式中，Ⅳ为电机每分钟转速，厂为电机接收频率，Ｐ为电机磁极　风板或阀门开启度的方式调节气体的流量、压力、温度等『Ｉｊ。　对数，ｓ为电机转差率。　这实际上是通过人为增加阻力的方式。并以浪费电能和金钱　由此可知交流电机的转速与接收频率成正比，通过改变　为代价来满足工艺或工程对气体流量调节的要求。这种调节　电机的供电频率可达到调整电机转速的目的。由流体传输设　方式，不仅浪费了能源，而且调节精度差，很难满足现代化工　备（水泵、风机）的工作原理可知：水泵、风机的流量（风量）与　业生产及服务等方面的需求，负面效应大。　其转速成正比；水泵、风机的压力（扬程）与其转速的平方成　变频器的出现为交流调速方式带来了一场革命。随着变　正比，而水泵、风机的轴功率等于流量与压力的乘积，故水　频技术的不断完善、发展，变频调速性能日趋完美，已被广泛　泵、风机的轴功率与其转速的ｉ次方成正比（即与电源频率　应用于不同领域的交流调速，推动了工业生产的自动化发展　的三次方成正比）　。　进程。变频调速用于交流异步电机调速．其性能远远超过以　用变频器进行流量（风量）控制时，可节约大量电能。锅　往任何交、直流调速方式，而且结构简单、调速范围宽、调速　炉控制系统在设计时是按现场最大需求量来考虑的，其鼓风　精度高、安装调试使用方便、保护功能完善、运行稳定可靠、　机、引风机、给水泵、循环泵都是按单台设备的最大工况来考　节能效果显著，已经成为交流电机调速的最新潮流Ｉ　Ｉ。　虑的．在实际使用中有９０％以上的时间它们都工作在非满　收稿日期：２０１０—０６—２３　稿件编号：２０１００６０５３　载状态下。采用阀门、自动滑阀调节不仅增大了系统循环压　作者简介：武欣（１９７７一），女，陕西周至人。讲师。研究方向：智能控制。　一１３５—　《电子设计工程｝２０１１年第１期　力和节流损失．而且由于调节是阶段性的，造成整个系统工　控制方式。　作存波动状态。而安装变频控制系统则可一劳永逸地解决该　图１中，ｎ．代表电机在额定转速运行时的特性；ｎ　代表　问题．还可实现自动控制．并通过节能收回投资。同时变频器　电机降速运行在ｉｚ　转速时的特性；Ｒ．代表风机、泵类管路阻　的软启动功能及平滑调速的特点可实现对系统的平稳调节，　力最小时的阻力特性；Ｒ　代表风机、泵类管路阻力增大到某　使系统Ｔ作状态稳定，延长锅炉各部件的使用寿命【３ｌ。　一数组时的阻力特性。　２节能分析　若采用变频调速，风机转速由ｎ。下降到ｎ　，这时工作点　由Ａ点移到ｃ点，流量仍是Ｑ　，压力由日。降到　，这时变频　图１［４１所示为压力Ｈ．　流量Ｑ曲线特性图：风机、泵类在　调速后风机所需的功率正比于　与Ｑ：的乘积（Ｈ　Ｑ　），即正　管路特性曲线　．＿Ｔ作时，　比于ＣＨ，ＯＱ：的面积，由图ｌ可见功率的减少是明显的。　丁况点为Ａ．其流量压力　分别为Ｑ，、Ｈ．，此时风机、　３　实例应用　泵类所需的功率正比于　某公司２００６年新安装了一台３５　ｔ硫化床开工锅炉，每　日　与Ｑ　的乘积（Ｈ．Ｑ。），即　网ｌ　风机的机械特性曲线　天２４　ｈ间断供蒸汽，鼓风机功率７５　ｋＷ。在锅炉运行中，电力　正比于　Ｈ。ＯＱ　的面积。　Ｆｉｇ．１　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｃｕｒ　ｅ　线路波动较大，鼓风机风量偏大，使用档风插板调节风量，电　由于工艺要求需减小流　ｏｆ　ｂｌｏｗｅ　机功耗基本不变，电能浪费大。根据以上缺点，经集团公司决　量到Ｑ　，实际上通过增加管网管阻，使风机、泵类的工作点移　定安装变频器。安装变频调速装置后风机起动平稳无冲击电　到Ｒ　上的口点，压力增大到日　，这时风机、泵类所需的功率　流，运行稳定。为了便于对比分析，对鼓风机的２种调节方式　正比于Ｈ　与Ｑｚ的乘积（Ｈ　ｑ：），即正比于ＢＨ：ＯＱ：的面积。显　进行了数据测量如表１　ｒ　ｌ所示。表２为该锅炉系统的２种方式　然风机、泵类所需的功率增大。这种调节方式控制虽然简　实际运行费用对比。由表２可以看出，一年共省２万元，一次　单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单　性投入控制系统共计４０万元，两年就可收回成本。　表１鼓风机测量参数表　Ｔａｂ．１　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｔａｂｌｅ　ｏｆ　ｂｌｏｗｅｒ　表２实际运行费用表　Ｔａｂ．２　Ａｃｔｕａｌ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｃｏｓｔｓ　ｌｉｓｔ　４　结　论　ＸＵ　Ｆｕ—ｒｏｎｇ．Ｔｅｃｈｎｏ—ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ　ａｎｇｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｆｏｒ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｂｌｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｐｕｍｐ　ｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｐｔａｎｔ［Ｊ】　在没有使用变频调速之前，燃煤炉鼓风机的运行方式是　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｈｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００１，４（１２）：　调整调节门的开度来满足负荷的变化要求。这种调节操作简　６４９—６５２，６５６．　单，但调节精度低，使得管网系统的运行效率低。采用变频调　【２】张燕宾．变频调速应用实践【Ｍ】．北京：机械工业出版社，　速以后，根据负荷变化来调节风压，将风压调节在一个最优　２００２：１９９—２００．　的范围内．从而提高管网运行的整体效率，节能效果更加突　ｆ３１天世成方自动化技术有限公司．锅炉辅机配套变频器节　出。可以利用变频调节精度高，操作方便的特点，优化控制系　能方案［ＥＢ／ＯＥ１．（２００８—０９—１８）．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｚｔｓｃｆ．ｃｏｍ／ｓｈｏｗ＿　统．提高系统效率。同时，变频调速之后由于管网系统运行效　ｚｈｉｃｈｉ．ａｓｐ？ＮｅｗＩＤ＝８８５＆ＣａｓＩＤ＝１　ｌ　ｌ＆ＣａｂｌＤ＝１４．　率的提高．电动机不但减小了从电网输入的功率．同时变频　【４］李良仁．变频调速技术与应用【Ｍ】．北京：电子工业出版社，　器也提高了电网输入的功率因数。这就使电动机从电网吸收　２００９：１２２—１２３．　的无功功率相对降低了，由于电网传输的无功率功率减小．　【５】刘力军，郭丽娟．变频器市场的现状分析【Ｊ］．变频器世界，　使得无功功率的传输在电网中造成的有功损耗也降低．即无　２００３（１２）：５９—６０．　功经济当量降低　。　ＬＩＵ　Ｌｉ－ｊｕｎ．ＧＵＯ　Ｌｉ－ｊｕａｎ．Ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ　ｍａｒｋｅｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｔｈｅ　参考文献：　ｗｏｄｄ　ｏｆ　Ｉｎｖｅｒｔｅｒ，２００３（１２）：５９—６０．　［１】徐甫荣．大功率风机水泵调速节能运行的技术经济分析　［６】ＪＺＨＩＣＯＮ—ＩＡ高压大功率变频调速装置技术手册【Ｍ】．哈　（１）【Ｊ】．电源技术应用，２００１，４（１２）：６４９—６５２，６５６．　尔滨：九洲电气股份有限公司：１９—２０．　一ｌ３６－