變頻器在鍋爐風(fēng)機(jī)上的節(jié)能與應(yīng)用

1、變頻器在鍋爐風(fēng)機(jī)上的節(jié)能與應(yīng)用 合肥眾誠熱電有限公司 姚家玲摘要目前，在我國電網(wǎng)的總負(fù)荷中，電動機(jī)是國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中各行各業(yè)大量使用的設(shè)備，其用電量約占60%左右，因此，正確合理地使用電動機(jī)對與整個國民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展有至關(guān)重要的意義。要想合理有效地使用和控制電動機(jī)，就必須對電動機(jī)的特性以及電動機(jī)的控制裝置變頻器的原理和應(yīng)用有比較詳細(xì)的了解，特別是電動機(jī)的調(diào)速是應(yīng)用技術(shù)中的重點(diǎn)，目前最為有效的方法就是采用變頻調(diào)速技術(shù)。關(guān)鍵詞： 變頻器 鍋爐風(fēng)機(jī) 調(diào)速 節(jié)能 應(yīng)用1、方案的提出 合肥眾誠熱電有限公司現(xiàn)在五臺UG75/5.3M19 75t/h循環(huán)硫化床鍋爐,三臺QF212被壓式汽輪發(fā)電機(jī)組，是集中供熱

2、、發(fā)電為一體的熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)。在75t/h循環(huán)硫化床鍋爐二次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)配置了五臺同型號的JLG7527BNO14.8D型風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為49235m3/h,二次風(fēng)壓為9443Pa，單臺風(fēng)機(jī)電機(jī)的功率為185KW，轉(zhuǎn)速為1450r/min（電機(jī)型號為Y3154）。鍋爐二次風(fēng)機(jī)采用恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量。恒速電機(jī)驅(qū)動風(fēng)機(jī)，存在著大量浪費(fèi)能源現(xiàn)象。鍋爐蒸發(fā)量、溫度、壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)時，就要同時調(diào)整風(fēng)門，使之與負(fù)荷變化相適應(yīng)。采用調(diào)節(jié)擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量，二次風(fēng)機(jī)電機(jī)從電網(wǎng)消耗的能量餅沒有減少，電動機(jī)的軸輸出功率沒有改變，通過調(diào)整風(fēng)門改變二次風(fēng)量達(dá)到鍋爐工況要求，但是，電能有效利用減少，而損耗增加。如果對鍋爐二

3、次風(fēng)機(jī)電動機(jī)采用速度控制，因?yàn)樗枰獎恿εc扭矩的3磁方成比例的減少，從而能實(shí)現(xiàn)大幅度的節(jié)能。通過鍋爐熱力試驗(yàn)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，風(fēng)機(jī)單耗和電機(jī)的功率存在浪費(fèi)能源，鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)長期在額定負(fù)荷3050%狀態(tài)下運(yùn)行。通過運(yùn)行實(shí)踐證明：鍋爐二次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用擋板調(diào)節(jié)方式在實(shí)際運(yùn)用中存在以下問題：1.1、擋板式調(diào)節(jié)，調(diào)速線度差，同步性差，能量損失較大，燃燒不穩(wěn)；1.2、擋板式調(diào)節(jié)拖動鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)始終以額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，因此產(chǎn)生的電能損耗，致使鍋爐二次風(fēng)機(jī)長期運(yùn)行額定負(fù)荷3050%，大馬拉小車，浪費(fèi)電能；1.3、鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)直接啟動，啟動電流大，對廠用電系統(tǒng)沖擊較大，易造成事故；1.4、鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)

4、接在380V低壓母線段，電機(jī)采用過載熱偶保護(hù)，短路采用空氣開關(guān)保護(hù)，保護(hù)性能差，容易造成開關(guān)越級跳閘。針對上述情況公司對設(shè)備節(jié)能改造提出要求，考慮電機(jī)的節(jié)能首選對異步電動機(jī)調(diào)速的控制方式進(jìn)行探討：2、異步電動機(jī)調(diào)速的控制方式2.1、變極調(diào)速變極調(diào)速是異步電動機(jī)的極對數(shù)是由定子繞組的聯(lián)接方式來決定的，通過變換定子繞組的聯(lián)接來改變異步電動機(jī)的極對數(shù)。變極調(diào)速雖然可用于籠式異步電動機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、操作方便、機(jī)械特性較硬、效率高，既適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又適用于恒功率調(diào)速；其缺點(diǎn)是有級調(diào)速，級數(shù)有限，只適用于不需平滑調(diào)速的場合。2.2、定子調(diào)壓調(diào)速 從異步電動機(jī)的機(jī)械特性分析，定子調(diào)壓調(diào)速是一種改變

5、轉(zhuǎn)差率S的調(diào)速方法。其調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑，采用閉環(huán)系統(tǒng)時，特性較硬，調(diào)速范圍寬；缺點(diǎn)是低速時，轉(zhuǎn)差功率損耗大，效率低。2.3、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速設(shè)備投資不高，設(shè)備和線路簡單，但其機(jī)械特性較軟，調(diào)速范圍受到一定限制，且低速時轉(zhuǎn)差功率損耗大，效率低，經(jīng)濟(jì)效率差，只能在一些調(diào)速要求不高的場合使用。2.4、串級調(diào)速 串級調(diào)速具有機(jī)械性比較硬、調(diào)速平哈、損耗小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，便于向大容量發(fā)展，已廣泛用于風(fēng)機(jī)泵類，礦井提升機(jī)等多種機(jī)械中，但也存在功率因數(shù)較低等缺點(diǎn)。2.5、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的異步電動機(jī)為原動機(jī)，其主要特點(diǎn)是控制簡單、運(yùn)行可靠、能平滑調(diào)速

6、，用于通風(fēng)類或恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)荷，其缺點(diǎn)是低速時損耗大，效率低。2.6、變頻調(diào)速 根據(jù)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系n = 601(1-S)/p ,當(dāng)極對數(shù)P不變時，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子電源頻率1成正比，因此連續(xù)低改變供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑低調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速，它可以方便地實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，整個調(diào)速特性與直流電動機(jī)調(diào)壓和弱磁調(diào)速十分相識，并可與直流調(diào)速相媲美。異步電動機(jī)變頻調(diào)速的原理是將交流瞬變成直流，平滑濾波后再經(jīng)過逆變回路，將直流變成不同頻率的交流電，使電機(jī)獲得無極調(diào)速所需要的電壓和頻率。它完全不同于前面提到的各種調(diào)速方式，變頻調(diào)速具有較好的調(diào)速性能。通過對異步電動

7、機(jī)調(diào)速的控制方式進(jìn)行分析、比較，我們認(rèn)為在異步電動機(jī)中變頻調(diào)速具有較好的調(diào)試性能，具有調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機(jī)械特性較硬等優(yōu)點(diǎn)，決定對鍋爐二次風(fēng)機(jī)電氣回路進(jìn)行改造。3、變頻器在鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)上的選用、設(shè)計(jì)3.1、變頻器的功能選用針對鍋爐二次風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，對通用變頻器得運(yùn)行方式和功能進(jìn)行比較：目前新型的通用變頻器采用數(shù)字控制，對變頻器進(jìn)行設(shè)定操作實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，變頻器參數(shù)的設(shè)定與顯示更直觀清晰，運(yùn)行操作簡單方便。通用變頻器的基本運(yùn)行方式有以下幾種：A、正反轉(zhuǎn)運(yùn)行；B、多級速度運(yùn)行；C、自動頻率調(diào)整運(yùn)行；D、多電機(jī)運(yùn)行；結(jié)合變頻器運(yùn)行方式，我們對變頻器的功能及其合理使用做來充分的調(diào)查

8、和選用:正常變頻器具備以下十各功能：A、V/類型的選擇，包括最高頻率、基本頻率和轉(zhuǎn)矩類型等；B、調(diào)整啟動轉(zhuǎn)矩合理改善變頻器起動時的低速性能，使電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩能滿足生產(chǎn)負(fù)載起動要求；C、設(shè)定加、減速時間，避免在啟動過程中出現(xiàn)過流，可以合理調(diào)整電機(jī)在加速和減速過程中的電流自動調(diào)整最佳時間；D、參數(shù)自動調(diào)整，只需要使用數(shù)字操作器或遠(yuǎn)程操作器即可完成自動調(diào)整，并可讀出所調(diào)參數(shù)；E、合理選用頻率跨調(diào)能夠保證系統(tǒng)正常運(yùn)行；F、制動電阻的選擇是決定制動電流的大小，制動電阻的功率將影響制動的速度；G、電子熱繼電器保護(hù)設(shè)定其主要目的是防止電動機(jī)因持續(xù)過電流造成繞組過熱而損壞，考慮變頻器電子熱繼電器的門限最大值不

9、超過變頻器的最大于容許輸出電流；H、直流制動是使電動機(jī)停止時，可以使電動機(jī)轉(zhuǎn)子準(zhǔn)確地停止在某一位置；I、變頻器和備用電源的切換是保證變頻器在事故情況可自動切換，保證設(shè)備的安全運(yùn)行；J、變頻器的保護(hù)，由于設(shè)置不當(dāng)、負(fù)載變化、外界運(yùn)行條件的改變以及變頻器的元器件的損壞或解除不良等因數(shù)都有可能造成變頻器的故障，當(dāng)變頻器故障出現(xiàn)故障和非正常運(yùn)行時，變頻器必須快速可靠的保護(hù)。3.2、變頻器的安裝環(huán)境變頻器對環(huán)境溫度、濕度都有一定的要求，環(huán)境溫度越高、腐蝕性氣體濃度越大，其壽命就越短，其壽命就越短，變頻器對海拔高度的影響也很大，當(dāng)平波電容器的內(nèi)外壓力不平衡時就導(dǎo)致電容爆裂，同時變頻器最好安裝在室內(nèi)，不要受

10、到陽光的直接照射。在計(jì)算柜內(nèi)所有電氣裝置的運(yùn)行功率和散熱功率、最大承受溫度，綜合考慮計(jì)算出柜子的體積，柜體材料散熱方式、換流型式等。在設(shè)計(jì)安裝時應(yīng)綜合考慮中心控制室、變頻器、電動機(jī)三者之間的距離，盡量減少諧波的影響。3.3、變頻器的一次、二次回路設(shè)計(jì)根據(jù)上述情況的調(diào)查和研究公司決定選用ABB生產(chǎn)的ACS800控制系統(tǒng)代替鍋爐風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板式控制，（控制方式：將鍋爐二次風(fēng)機(jī)擋板打開，并保留，使其二次風(fēng)機(jī)擋板的開度為100%，電機(jī)采用變頻啟動，通過調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制風(fēng)量，當(dāng)變頻器故障時可切換為風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)）。根據(jù)變頻器的安裝環(huán)境、變頻器柜體設(shè)計(jì)和變頻器與電機(jī)的距離變頻器外部配件及布線要求，我公司組織

11、技術(shù)人員會同ABB代理廠家對鍋爐185KW二次風(fēng)機(jī)電機(jī)一次主接線、二次控制回路接線圖設(shè)計(jì)：圖一：鍋爐185KW二次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器及電氣一次主接線圖圖二：鍋爐185KW二次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻控制回路接線圖4、鍋爐二次風(fēng)機(jī)變頻器調(diào)試 根據(jù)設(shè)備的使用說明書詳細(xì)了解其性能，并選擇的設(shè)定、保護(hù)和顯示功能，特別是使用變頻器是需要注意的問題進(jìn)行分析、總結(jié)。在將變頻器接通電源前檢查變頻器的輸入、輸出端是否按要求接對，回路是否完好，設(shè)備安裝驗(yàn)收完畢。4.1、變頻器空載試驗(yàn)將變頻器的接地端子接入大地，以確保人身安全，經(jīng)過漏電保護(hù)開關(guān)接入電源輸入端子，以確保機(jī)械故障時能迅速切斷電源，同時檢查顯示窗的出廠顯示是否正常，并熟

12、悉變頻器的操作鍵盤進(jìn)行檢查；4.2、變頻器帶電機(jī)空載運(yùn)行詳細(xì)設(shè)置電機(jī)的功率、級數(shù)，綜合考慮變頻器的工作電流、容量和功率來選擇功率和過載保護(hù)值；設(shè)定變頻器的最大輸出頻率、基頻，設(shè)置轉(zhuǎn)矩特性和自帶鍵盤的操作模式，對運(yùn)行鍵、停止鍵，觀察電機(jī)的正常起停；牢固熟悉變頻器的運(yùn)行發(fā)生故障保護(hù)代碼，便于事故查詢和修改保護(hù)定值。4.3、變頻器在鍋爐二次風(fēng)機(jī)的DCS控制、運(yùn)行操作程序和操作中的注意事項(xiàng)。 正常運(yùn)行選擇“變頻”運(yùn)行，KM1和KM3工作，當(dāng)變頻器故障情況下，切除變頻器，將選擇開關(guān)打至“工頻”運(yùn)行，鍋爐使用二次風(fēng)機(jī)的風(fēng)門擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)量，以保證鍋爐在各種狀態(tài)下可以正常運(yùn)行。1）、送電操作步驟 A、將#3

13、鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)抽屜開關(guān)退至工作位置，合上#3鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)380V空氣開關(guān)。 B、合上#3鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)控制回路開關(guān)QF3，風(fēng)扇電源開關(guān)QF5、柜內(nèi)照明開關(guān)QF7;2）、設(shè)備啟動、停止操作步驟A、在開關(guān)室工頻/變頻啟動·檢查#3鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器控制柜電源指示燈HL1亮；·選擇#3鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器控制柜“本柜/遠(yuǎn)控”KK1開關(guān)在“本柜”位置；·選擇#3鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器控制柜“工頻/變頻”KK2開關(guān)在“工頻”或“變頻”位置；·按下#3鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器控制柜“工頻啟動”按鈕SB3；·檢查工頻啟動電流及電動機(jī)運(yùn)行狀況。B、

14、在DCS“工頻/變頻”啟動·檢查#3鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器控制柜電源指示燈HL1亮；·選擇#3鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器控制柜“本柜/遠(yuǎn)控”KK1開關(guān)在“遠(yuǎn)控”位置；·選擇#3鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻器控制柜“工頻/變頻”KK2開關(guān)在“工頻”或“變頻”位置；·按下#3鍋爐二次風(fēng)機(jī)電機(jī)DCS “工頻啟動”；·檢查工頻啟動電流及電動機(jī)運(yùn)行狀況。5、 變頻器使用后的節(jié)電、保護(hù)情況分析5.1、節(jié)電分析；1999年到2001年通過鍋爐、電氣運(yùn)行綜合日報(bào)表分析，鍋爐二次風(fēng)機(jī)單耗平均為1.47Kw.h/t（鍋爐每1噸蒸發(fā)量二次風(fēng)機(jī)電機(jī)所消耗的電量）；2002年到20

15、08年鍋爐二次風(fēng)機(jī)單耗平均為1. 10Kw.h/t（鍋爐每1噸蒸發(fā)量二次風(fēng)機(jī)電機(jī)所消耗的電量）；按照年鍋爐蒸發(fā)量和工業(yè)用電費(fèi)用0.8元/ Kw.h，通過使用變頻器前、后單耗數(shù)據(jù)對比分析，年節(jié)約為4萬元，34年收回成本。5.2、變頻器在使用中的運(yùn)行及保護(hù)由于設(shè)置不當(dāng)、負(fù)載變化、外界運(yùn)行條件的改變以及變頻器的元器件的損壞或解除不良等因數(shù)都有可能造成變頻器的故障，當(dāng)變頻器故障出現(xiàn)故障和非正常運(yùn)行時，變頻器必須快速可靠的保護(hù)。目前我們使用變頻器具有六大保護(hù)功能：1）、過電流保護(hù)2）、過載保護(hù)3）、制動電阻過載保護(hù)4）、過電壓保護(hù)5）、反接保護(hù)6）、其他保護(hù)（包含欠電壓保護(hù)、CPU故障保護(hù)、電源掉電重合

16、閘保護(hù)以及外部跳閘保護(hù)等）6、總結(jié)變頻器應(yīng)用不僅節(jié)能電能，同時也解決來傳統(tǒng)工業(yè)無法解決的問題。6.1、變頻器控制鍋爐二次風(fēng)機(jī)運(yùn)行，大大節(jié)約了電能，根據(jù)節(jié)能分析在工況條件相同的情況下，系統(tǒng)單耗比以前降低0.37w.h/t，有效改變大馬拉小車的浪費(fèi)電能的現(xiàn)象；6.2、變頻器的軟啟動功能，避免來大電流對電機(jī)帶來的電沖擊，保護(hù)來電機(jī)。同時也減少來大電流啟動對廠用電系統(tǒng)的沖擊；6.3、變頻器自身的過電壓、欠電壓、過電流、過載、過熱、絕緣損壞等保護(hù)功能有效地保護(hù)電動機(jī)的安全運(yùn)行，避免由此引發(fā)的各種故障的擴(kuò)大，同時便于專業(yè)人員在最短的時間內(nèi)，通過人機(jī)對話窗口，檢查故障信息處理；6.4、變頻器安裝后，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速長期在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行，降低來設(shè)備的磨損程度，降低來噪音，延長來風(fēng)機(jī)的使用壽命；6.5、鍋爐二