變頻器在熱電廠鍋爐風機中的應用

1、變頻器在熱電廠鍋爐風機中的應用The Application of Converters in the Ventilators of Power Plant本文來自2005年第9期“暖通空調行業(yè)應用”上 ,已經被閱讀過1121次作 者 ：黑龍江省科學院自動化研究所    楊秉林摘 要 ：利用變頻器技術對電廠的風機進行改造是節(jié)能降耗并改善系統性能的重要方式之一，特別是對機組變負荷的運行，該文敘述并分析了高壓變頻器在電廠風機中的應用實例和應用中的特性。英文摘 要 ：Th

2、e Importance way of reduce Losses using the Inverter by Fans in the power  plant, especially power running by variable condition, the paper introduces  the using

3、0;and features of The high-voltage invert in fans in power plant.關鍵詞： 風機   熱電廠   高壓變頻器   優(yōu)化運行     1  引言風機是一種量大面廣、耗電量極大的動力機械。我國每年風機的電能消耗占總消耗的10以上，在電力、鋼鐵、煤炭、冶煉工業(yè)中，風機的耗電量往往占生產用電的20以上。

4、因此，對風機的節(jié)能研究具有十分重要的經濟意義。風機系統中流量的調節(jié)常采用改變擋板開度的方式，因而在擋板上產生了附加的壓力損失。浪費了大量能源。采用變頻調速技術改造風機系統，不僅可以節(jié)約能源，而且使系統運行更加合理可靠，這已成為廣大工程技術人員的共識。但是，如何確定風機的調速比，使其運行在高效區(qū)，實現風機效率優(yōu)化運行，文獻報道極少。對于單臺風機運行，問題較為簡單;當多臺風機并聯或串聯時，這實質上是一個非線性規(guī)劃問題。本文分析了風機系統的運行工況，根據管網特性分為兩類系統，針對單臺風機運行、多臺并聯運行分析了最佳控制策略，確定最佳調速比3。系統己在我電廠投入運行，取得了良好的經濟、社會效益。2&#

5、160; 風機運行工況分析2.1 風機特性風機的P-Q特性曲線(即壓力流量曲線)目前還不能用理論方法精確計算得出，而只能依靠實驗方法3。根據實驗數據，風機在額定轉速n0下運行時，可按下述方程對其P-Q特性進行擬合:PPx-SxQ2    (1)式中:Px和Sx為擬合參數。對于具有駝峰的P-Q特性曲線不符合上述方程。這種特性有可能使風機處于不穩(wěn)定運行狀態(tài)，并聯運行時有可能出現喘振，選擇風機時應避免，故本文不考慮該特性。由風機的相似定理，當轉速下調時，P-Q曲線平行下移。若轉速下調到n1，則P-Q特性變?yōu)?     

6、PkPx-SxQ2    (2)式中:k(n1/n0)2，為調速比。根據-Q特性曲線，Q過高或過低時，其效率 將急劇下降，故應限制流量范圍為Qmin，Qmax;轉速過低時。也很低，故還應限制調速范圍為kmin，1。n這樣可保證風機工作在高效區(qū)。如圖1所示。圖1     P-Q特性與-Q特性當多臺風機并聯工作時，通過將各風機在相同壓力下的流量相加，可得并聯后的P-Q特性;串聯工作時，通過將各風機在相同流量下的壓力相加，可得到串聯后的P-Q特性。2.2 管路特性與系統分類當風流過管路時，受到阻力摩擦而產生的壓力損失可由下式的管網

7、特性表示:   R=PST+SQ2     (3)式中，R為管網阻力; S為管網阻力系數; PST為系統的工作壓力要求，即管網出口處壓力高出風機引風口的壓力值。系統穩(wěn)定運行時的，風機提供的壓力與R平衡P-Q曲線與管網特性曲線的交點為風機的穩(wěn)定工作點。風機系統根據PST可大致分為兩種類型:一種是對壓力無要求，根據負荷調節(jié)流量，如鍋爐的風機礦井的通風等。二是保證壓力恒定，流量由用戶控制，如煤氣輸送等。2.3 節(jié)能原理對于第1類系統，常采用調節(jié)擋板開度的方式來調節(jié)流量，這種方式實質上利用改變管網特性來改變風機工作點，如圖2所示。圖2

8、0;    擋板調節(jié)與調速調節(jié)原風機工作在A點，若通過調節(jié)擋板使流量降低為QB，則風機將工作在B點，可見此時風機產生的壓力不但沒有減小，反而增大了，多余的能量浪費在擋板上。若調節(jié)風機轉速，改變PQ特性使工作點沿管網特性移動到C點，可恰好滿足系統要求，使能量消耗大大減小。對于第2類系統，常采用恒壓調節(jié)方式。根據最不利條件下的流量QA和用戶所需壓力PST確定風機應提供的壓力PA，選擇見機參數使其工作在A點(PA，QA)。在運行過程中，只檢測出風機出口處壓力P，并根據P進行調度，使風壓恒定在PA。若流量由QA減小到QB，風機工作點將沿水平線PPA移動到C(PA，QB)點

9、。風機此時應提供的壓力為PB:  PB=PST+SQB2     (4)故多提供了PA-PB，這部分能量將消耗在管網中，浪費了能源。若同時根據流量Q和用戶所需壓力PST進行調度，可解決上述問題。若流量由QA減小到QB，根據式(3)和檢測到的流量QB，風機此時應提供的壓力為PB。調度風機將工作在最佳工作點B點(PB，QB)，恰好滿足用戶需求?？梢姡谶@種調度過程中，風機工作點沿管網特性曲線移動，始終恰好滿足用戶需求且無能量浪費，節(jié)能效果最好，如圖3所示。圖3     調度原則 所謂最節(jié)能的工作點，

10、就是使風機的流量、壓力恰好滿足系統需要，使工作點沿管網特性移動，風機始終運行在P-Q曲線和原管網特性的交點上。兩類系統雖然要求不同，但早在調速策略上有很多相似之處。雖然第1類系統PST=0，但為了克服管網阻力R，風機仍要提供一定的壓力P=R。因此，第1類系統可以看做是第2類系統PST=0時的特殊情況。3  系統實現本項目選用的SIMOVERT MV系列變頻器為6kV/1600kVA/12脈沖直接高進高出方案，即6kV進電，6kV出電，使用原有電機。該變頻器為三電平變頻器，沒有器件的均壓問題，具有良好的低速特性，諧波分量小，動態(tài)性能好，可實現四象限運行。變頻裝置具有工頻旁路功能，用于變

11、頻與工頻之間的切換;旁路刀閘容量滿足工頻要求，刀閘具有防誤操作的機械閉鎖功能，并帶有電磁栓，以作為電氣連鎖的保護，防止誤操作。變頻器、斷路器、刀閘和電纜的一次電路見圖4。 圖4     變頻改造一次線路示意圖變頻器的旁路柜具備“五防”功能，旁路刀閘、進線刀閘和出線刀閘及斷路器之間具備以下閉鎖:旁路刀閘與進線刀閘和出線刀閘機械連鎖，旁路刀閘閉合時，進線刀閘和出線刀閘不能合;進線刀閘和出線刀閘閉合時，旁路刀閘不能合;斷路器在閉合位置時，所有刀閘的電磁栓動作，并鎖定刀閘，所有刀閘都不能操作。4  應用情況和注意問題原系統采用調整入口導向葉片的方式，調

12、整送、吸風量，以保證鍋爐爐膛負壓、煙氣氧量及相應的汽溫和汽壓的穩(wěn)定。這種葉片的截流損耗特別大，采用變頻技術后，不僅完全消除葉片的截流損耗，而且保證風機運行在高效區(qū)，平均節(jié)電率30%以上，節(jié)能效果顯著。在選擇高壓變頻器時應當注意的問題:(1) 可靠性及售后服務。這是關系到用戶能否很好應用的關鍵。設備的可靠性(無故障率)如何，備件供應怎樣，售后服務是否及時，現在國產變頻器也日漸成熟，可以優(yōu)先考慮。(2) 價格。由于高壓變頻器目前還處于技術發(fā)展時期，還沒有達到如低壓變頻器那樣的技術成熟度，沒有統一的拓撲結構。所以價格方面相差很大，應考慮到系統的投資情況。(3) 主要技術指標。包括下襖率，功率因數，速度控制，轉矩脈動，噪聲，對電網的影響(諧波含量)，掉電再上電的能力，對電網電壓波動的適應性，外型尺寸等主要技術指標應進