引風(fēng)機(jī)變頻控制改造的節(jié)能評(píng)估

1、引風(fēng)機(jī)變頻控制改造的節(jié)能評(píng)估摘要： 本文從風(fēng)機(jī)和變頻器的運(yùn)行原理上對(duì)火電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)節(jié)能情況進(jìn)行了估算。為正在實(shí)施改造或即將要改造的電氣人員提供一個(gè)參考評(píng)估實(shí)例。 關(guān)鍵字：引風(fēng)機(jī)風(fēng)量 風(fēng)壓 變頻調(diào)速 綜合廠用電率引言：引風(fēng)機(jī)是火電廠重要的輔助設(shè)備之一，它將鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)除塵裝置后排向煙道，用來(lái)調(diào)整鍋爐爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定。我國(guó)現(xiàn)行的火電設(shè)計(jì)規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐的引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度510%，風(fēng)壓裕度為10%15%。根據(jù)泵于風(fēng)機(jī)中的理論，在理想的狀況下：風(fēng)量 轉(zhuǎn)數(shù)；動(dòng)力P （轉(zhuǎn)數(shù)）3。從節(jié)能的觀點(diǎn)來(lái)看，采用變頻技術(shù)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制實(shí)時(shí)變化的風(fēng)量在節(jié)約廠用電方面有潛可挖。隨著發(fā)電負(fù)荷的

2、大范圍內(nèi)調(diào)整，引風(fēng)機(jī)風(fēng)量也因鍋爐負(fù)荷變化而經(jīng)常處于一種低效率狀態(tài)，大量的能量浪費(fèi)在風(fēng)道擋板上。鍋爐送引風(fēng)機(jī)是目前火電廠中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造的首選和主要對(duì)象。尤以引風(fēng)機(jī)為多，其拖動(dòng)功率一般為3152500kW，電壓等級(jí)為6kV、10kV。其原因主要是風(fēng)機(jī)的節(jié)能潛力大，調(diào)速范圍寬，使用高壓變頻改造時(shí)其技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能都較好。一、我廠的現(xiàn)狀：我廠的三臺(tái)發(fā)電機(jī)額定功率3×200MW，單機(jī)組額定負(fù)荷時(shí)鍋爐蒸發(fā)量610T/H(最大連續(xù)蒸發(fā)量670T/H)，雙引風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，鍋爐進(jìn)出風(fēng)量調(diào)節(jié)均由擋板控制，引風(fēng)機(jī)電機(jī)單機(jī)功率1600kW（YFKK6306W，6kV，995r/min）

3、，總功率6×1600kW，占機(jī)組容量的1.6%。我廠采用了高效離心風(fēng)機(jī)，但實(shí)際運(yùn)行效率并不高，其主要原因之一是風(fēng)機(jī)的調(diào)速性能差，二是運(yùn)行點(diǎn)偏離風(fēng)機(jī)的最高效率點(diǎn)。因此，提高引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率對(duì)降低我廠用電率具有重要的作用。下表是我廠6臺(tái)引風(fēng)機(jī)電機(jī)的用電情況統(tǒng)計(jì)：（發(fā)電和用電量單位：kWh）（用電量單位：kWh）表三中的第一列“引風(fēng)機(jī)節(jié)電率”為引風(fēng)機(jī)使用變頻調(diào)速和擋板控制風(fēng)量時(shí)的平均功率下降百分比。即：(P擋板P變頻器) / P擋板 × 100%，在這里的P擋板為：1187kW 。二、引風(fēng)機(jī)流量估算：目前我廠的引風(fēng)機(jī)風(fēng)量由擋板調(diào)節(jié)，其風(fēng)壓H與風(fēng)量Q的理想特性曲線可以用二次拋物線來(lái)

4、擬合。如圖1：圖 1 單機(jī)運(yùn)行時(shí)的H Q圖我廠為雙機(jī)并列運(yùn)行，單機(jī)額定流量設(shè)計(jì)為鍋爐額定負(fù)荷時(shí)所需風(fēng)量的75%（一般在鍋爐風(fēng)機(jī)容量設(shè)計(jì)時(shí)，單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)具備帶75%負(fù)荷運(yùn)行的能力，這主要是從機(jī)組運(yùn)行的安全性出發(fā)的;當(dāng)失去一側(cè)送引風(fēng)機(jī)時(shí)，機(jī)組還能帶75%的負(fù)荷運(yùn)行。所以當(dāng)雙側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，機(jī)組帶滿負(fù)荷時(shí)，送引風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)余量在2030%左右，風(fēng)門開(kāi)度一般為5060%,這也是從風(fēng)門調(diào)節(jié)的靈敏度來(lái)考慮），即上圖中的Q1點(diǎn)，鍋爐額定負(fù)荷下雙機(jī)并列運(yùn)行時(shí)的單機(jī)風(fēng)量比Q1點(diǎn)小?，F(xiàn)在以圖1中1點(diǎn)的風(fēng)量和風(fēng)壓為參考量，其它點(diǎn)的風(fēng)量和風(fēng)壓用標(biāo)幺值表示，一般Hmax=1.3 1.5左右，在這里選取Hmax=1.4計(jì)算，

5、假設(shè)圖1中2點(diǎn)的風(fēng)量標(biāo)幺值為a；其中a（0，1。HQ曲線可以表示為：H = 1.4 - 0.4Q2；根據(jù)電機(jī)軸功率與風(fēng)壓、風(fēng)量之間的關(guān)系：P H × Q將上式轉(zhuǎn)化為： P = K×H×Q ；（K為常數(shù)） （1） P1 = K×1×1 = K；P 2 = K×H×Q = K ×（1.4a - 0.4 a3）根據(jù)上述公式可得用檔板調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)，減小風(fēng)量節(jié)約的電能比為： P / P1= 1 -1.4a + 0.4a3 a（0，1 （2）引用表三的數(shù)據(jù)：平均功率 P0 = 1187 k W，即實(shí)際運(yùn)行時(shí)的功率P20 ；額定功

6、率P10= 1500 k W ；電機(jī)效率按照98%計(jì)算，平均功率 P = 1163 k W，額定功率P1= 1470 k W ；P/P1 = 0.209 （3）將（3）式中的結(jié)果帶入（2）式中可得： a = 0.64三、節(jié)能估算：當(dāng)引風(fēng)機(jī)電機(jī)采用變速調(diào)節(jié)控制時(shí)：HRQ之間的關(guān)系如下圖：圖 2 變速控制時(shí)風(fēng)量為Q2的H Q曲線其中理想的風(fēng)道阻力曲線R是一條與風(fēng)量有關(guān)的拋物線；H0為凈風(fēng)壓； 標(biāo)幺值一般為：0.2 0.4；在這里取 H0 = 0.3 進(jìn)行估算。當(dāng)風(fēng)量為Q2時(shí)，R曲線可以用函數(shù)：R = 0.3 +（1 - 0.3）×Q2 = 0.3 + 0.7 Q2 （4）則：P 2= K

7、 ×（0.3 Q + 0.7 Q3）/ （5）其中為所使用變頻器的效率，在此取 = 0.95 ，可以得到表達(dá)式： P 2/ P 2 =（0.3 a+ 0.7 a3/（1.4a - 0.4 a3 （6）將我廠 a = 0.64 的數(shù)據(jù)帶入上式得到：P 2/ P 2 = 0.5 （7）P 20=（1163/2）/ 0.98 = 593 k W （電機(jī)效率0.98）節(jié)電百分比： （ 1187 - 593 ）× 100 / 1187 50 （8）由（8）可知：從理論上講，風(fēng)機(jī)采用變頻器變速調(diào)節(jié)以后，引風(fēng)機(jī)用電量（包括變頻器電能損耗）將會(huì)比以前少一半。通過(guò)表三中的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插值可以得

8、出：變頻改造后綜合廠用電百分比下降0.64。每年帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益： 1187 × 0.5 × 6200 × 6 / 10000 = 2208 萬(wàn)度 （9）四、數(shù)據(jù)有效性分析：（1）當(dāng)我廠引風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓Hmax=1.3或1.5時(shí)，P / P1 = 0.209，流量為： a1.3 = 0.68 ；a1.5 = 0.60。a值隨H增大而呈現(xiàn)遞減趨勢(shì) 。其各種情況如下表：（2） 引風(fēng)機(jī)以其平均功率 P 1187 kW 運(yùn)行是一種便于計(jì)算的理想模型。在實(shí)際運(yùn)行中，其功率大小與鍋爐的實(shí)時(shí)負(fù)荷相關(guān)。在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率的有效上限為1440kW ；有效下限為：108

9、0 kW。超過(guò)69時(shí)間的負(fù)荷分布在：1080 - 1296 kW之間。下表模擬了幾種運(yùn)行方式下采用變頻調(diào)速控制的省電情況。根據(jù)表五中數(shù)據(jù)可以看出，第五種方式與引風(fēng)機(jī)多數(shù)時(shí)間的電機(jī)功率統(tǒng)計(jì)類似，但是考慮到有少數(shù)時(shí)間鍋爐負(fù)荷大幅度調(diào)整，第四種方式與實(shí)際的省電結(jié)果更靠近。通過(guò)表三中的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插值計(jì)算，我們可以得到引風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速控制改造將使綜合廠用電百分比將會(huì)下降0.63。每年帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益： 1187 × 0.483 × 6200 × 6 / 10000 = 2130 萬(wàn)度小結(jié)：在火電廠實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于事先很難準(zhǔn)確地計(jì)算出管網(wǎng)的阻力，并且要考慮到長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中可能發(fā)生的各種問(wèn)題，所以通常是把系統(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓富裕量作為選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)的設(shè)計(jì)值。但風(fēng)機(jī)的型號(hào)和系列是有限的，往往在選用不到合適的風(fēng)機(jī)型號(hào)時(shí)，只好往大機(jī)號(hào)上靠。這樣鍋爐送引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度達(dá)20%30%是比較常見(jiàn)的。本文通過(guò)對(duì)我廠引風(fēng)機(jī)的實(shí)際耗電數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)，相關(guān)的結(jié)論參數(shù)也是根據(jù)相應(yīng)的規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出，并對(duì)可能出現(xiàn)的不同的參數(shù)組做了歸納、計(jì)算、列表。在數(shù)據(jù)的計(jì)算過(guò)程中，所用的數(shù)據(jù)模型都是理想化的，與引風(fēng)機(jī)在變頻改造后的實(shí)際運(yùn)行曲線有一定出入。因而本文得到的數(shù)據(jù)與改造后的實(shí)