鼓风机变频节能分析

近几年，随着电子技术的飞速发展，变频调速技术得到了普遍推广及应用。同时变频技术也已从U/F比控制、电压空间矢量控制，发展到无速度传感器的直接转矩控制（DTC）。功率开关器件从GTO、GTR、IG- BTJPM,发展到IGCT,变频器的优点在各个领域应用中被充分地证实。

在工业与民用锅炉的节能控制中，也逐步引入了变频调速技术，利用该技术对锅炉辅机中的鼓（引）风机、水泵进行无级调速控制，得到了显著的节能效果。

锅炉传统控制的弊端

锅炉负荷由于存在随季节或生产的周期性变化而差异较大，工业与民用锅炉传统控制手段存在如下缺陷：

1）负荷低时，风量过大，造成空气过量，系数及排烟温度过高，使炉堂温度高热效率却低，形成二高二低现象。

2）由于辅机的转速恒定，锅炉负荷下降时，只能依靠调节管网中的风门或阀门来减少流量，此时风机或水泵本身的性能曲线虽然不变，但包括节流装置在内的整个装置效率明显下降，且辅机造成大量的电能浪费。

为克服上述缺陷，设计了燃烧自动控制系统，采用计算机控制模型和变频调速技术，达到节能的目的。

锅炉燃烧自动控制系统

3.1  送风自动调节

当入煤量发生变化时，炉堂温度与送风量有一极值关系。为了提高锅炉热效率，送风量与入炉煤量保持适当的比例，计算机控制模型中广泛采用这种自寻最佳风煤化调节规律，示意图见图1所示。K1为风煤化系数。

图1送风自动调节示意图

3.2  负压自动调节

炉内压力控制在微负压状态下，且能控制从炉堂到炉堂出口、对流管束、省煤器直到烟道出口的烟气速度，从而控制各段热量的分配和传热系数。图2为炉堂负压自动调节示意图。

图2负压自动调节示意图

变频调速的自控方式及节能理论依据

4.1  变频调速的自控方式

1）  开环控制：适用在恒速输出量不变条件下，其电路简单、费用低，示意图如图1所示。

图3开环控制方块图

2）  闭环控制：适用在变速、输出量变动条件下, 如图2所示。

图4闭环控制方块图

闭环控制要增加传感器、调节器，投资及安装量稍大，但能提高控制精度，可达≤1%,且闭环控制较开 环控制多节电5%〜10%。在锅炉辅机（风机、水泵）中均采用闭环控制。

4.2 风机（泵）变频调速节能的依据

风机（水泵）负载转矩与转速的关系：

式中：V—风机转速n时的风量;Vo—风机转速n₀ 时的风量;H―风机转速n时的全压；H₀一风机转速n₀时的全压；N一风机转速n时的轴功率；N。一风机转速n₀时的轴功率；n一风机运行转速；n₀一风机基准（额定）转速;ρ、ρ₀一不同介质的密度。

若忽略介质密度ρ的影响，则风机功率Nccn³,即风机功率和转速立方成正比。同理，泵类轴功率也与其转速立方成正比。若转速n降为额定转速的70%,则功率降低到34%。

若电动机以定速运转，用挡板（阀门）调节风（流） 量的方法，改为根据所需要的风（流）量而调节转速的技术手段，会节约大量电能。鼓风机运转特性见图5所示。泵类的全扬程特性见图6所示。功率特性见图7所示。风机泵类其节电率见表1。

图5鼓风机的运转特性（风量、转速一所需功率特性）

图6泵的全扬程一流量特性

表1

图4保护装置的软件模块框图

能化故障诊断、可靠性高、功能性强以及调试、维护简便和能实现集中和远程控制等优点。

微机式保护装置的研制和应用不仅提高了电力变压器运行的可靠性，同时对于实现企业供电系统运行和集中控制的自动化、智能化有着重要的意义和广阔的应用前景。

节能效果经济分析

下面以10T锅炉为例，仅对其鼓引风机进行变频调速控制。

鼓风机30kW,引风机55kW,变频器投资分别为 3万与4万元,共投资7万元。若按调速后转速为额定转速的70%,每天运行16小时,每年按300个工作日计算，每度电按0. 6元，其节约的电费、电量如表2所示。一次性多投资回收期仅为(6.3*10⁴)/161568（年），效益特别显著。以上计算中，还未考虑去掉风门电动执行机构节省的投资、变频后使鼓引风机软起动、软停止、工作电流降低使鼓引风机电动机寿命延长等带来的经济效益，如考虑以上因素，则综合效益更加显著，投资回收期更短。

图7功率特性

表2

在平方减转矩负载（即功率Pccn³）中，特别是流体负载（风机、泵）中，推广应用变频调速技术有着显著的经济效益和广阔的前景。功率开关器件IGBT具有快速的开关特性，配以矢量控制，且装置模块化，在低压和小功率范围内，几乎取代了其它的调速装置。近期集成门控晶闸管IGCT投入使用，其性能优于GTO、 IGBT,适用于中压（3000V以上）、大功率的流体负载。在控制技术上也已发展到直接转矩控制DTC。这些技术、器件的应用，应根据具体的负载及采用的目的（是节能还是调速）来具体实施。

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