鼓風(fēng)機(jī)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(shí)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(wú)速度傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）。功率開(kāi)關(guān)器件從GTO、GTR、IG- BTJPM,發(fā)展到IGCT,變頻器的優(yōu)點(diǎn)在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用中被充分地證實(shí)。

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(duì)鍋爐輔機(jī)中的鼓（引）風(fēng)機(jī)、水泵進(jìn)行無(wú)級(jí)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(shí)，風(fēng)量過(guò)大，造成空氣過(guò)量，系數(shù)及排煙溫度過(guò)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(jī)的轉(zhuǎn)速恒定，鍋爐負(fù)荷下降時(shí)，只能依靠調(diào)節(jié)管網(wǎng)中的風(fēng)門(mén)或閥門(mén)來(lái)減少流量，此時(shí)風(fēng)機(jī)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(gè)裝置效率明顯下降，且輔機(jī)造成大量的電能浪費(fèi)。

為克服上述缺陷，設(shè)計(jì)了燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)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(dòng)控制系統(tǒng)

3.1  送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)

當(dāng)入煤量發(fā)生變化時(shí)，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?，?jì)算機(jī)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(jiàn)圖1所示。K1為風(fēng)煤化系數(shù)。

圖1送風(fēng)自動(dòng)調(diào)節(jié)示意圖

3.2  負(fù)壓自動(dòng)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(duì)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(dòng)調(diào)節(jié)示意圖。

圖2負(fù)壓自動(dòng)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(kāi)環(huán)控制：適用在恒速輸出量不變條件下，其電路簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，示意圖如圖1所示。

圖3開(kāi)環(huán)控制方塊圖

2）  閉環(huán)控制：適用在變速、輸出量變動(dòng)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(kāi) 環(huán)控制多節(jié)電5%?10%。在鍋爐輔機(jī)（風(fēng)機(jī)、水泵）中均采用閉環(huán)控制。

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

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

式中：V—風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n時(shí)的風(fēng)量;Vo—風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n₀ 時(shí)的風(fēng)量;H―風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n時(shí)的全壓；H₀一風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n₀時(shí)的全壓；N一風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n時(shí)的軸功率；N。一風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n₀時(shí)的軸功率；n一風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速；n₀一風(fēng)機(jī)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(jī)功率Nccn³,即風(fēng)機(jī)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(dòng)機(jī)以定速運(yùn)轉(zhuǎn)，用擋板（閥門(mén)）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(huì)節(jié)約大量電能。鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性見(jiàn)圖5所示。泵類的全揚(yáng)程特性見(jiàn)圖6所示。功率特性見(jiàn)圖7所示。風(fēng)機(jī)泵類其節(jié)電率見(jiàn)表1。

圖5鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性（風(fēng)量、轉(zhuǎn)速一所需功率特性）

圖6泵的全揚(yáng)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(qiáng)以及調(diào)試、維護(hù)簡(jiǎn)便和能實(shí)現(xiàn)集中和遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點(diǎn)。

微機(jī)式保護(hù)裝置的研制和應(yīng)用不僅提高了電力變壓器運(yùn)行的可靠性，同時(shí)對(duì)于實(shí)現(xiàn)企業(yè)供電系統(tǒng)運(yùn)行和集中控制的自動(dòng)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(duì)其鼓引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制。

鼓風(fēng)機(jī)30kW,引風(fēng)機(jī)55kW,變頻器投資分別為 3萬(wàn)與4萬(wàn)元,共投資7萬(wàn)元。若按調(diào)速后轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的70%,每天運(yùn)行16小時(shí),每年按300個(gè)工作日計(jì)算，每度電按0. 6元，其節(jié)約的電費(fèi)、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(jì)算中，還未考慮去掉風(fēng)門(mén)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)節(jié)省的投資、變頻后使鼓引風(fēng)機(jī)軟起動(dòng)、軟停止、工作電流降低使鼓引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)壽命延長(zhǎng)等帶來(lái)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(jī)、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(kāi)關(guān)器件IGBT具有快速的開(kāi)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(mén)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(lái)具體實(shí)施。

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