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5％～10%，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)來看，采用變頻技術(shù)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來控制實(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315～2500kW，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（YFKK630—6W，6kV，995r/min），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）表一總廠用電引風(fēng)機(jī)總用電總發(fā)電量引風(fēng)機(jī)占廠用電率率5月8日91329514810411318349916.2%5月9日94849615069611668096615.9%5月11日91920214817611513040016.1%5月12日89855314904011252630016.6%5月15日94485815235212010592216.1%5月16日94896915530412117882216.4%5月17日88064514122811186243316.0%平均值92200314927111580976616.2%平均綜合廠用電率：7.96%表

二1號(hào)爐A引1號(hào)爐B引2號(hào)爐A引2號(hào)爐B引3號(hào)爐A引3號(hào)爐B引總耗電（kWh）188424154872184752169128206352134712平均值（kW）1122922110010071228802有效平均值（kWW）120011561184119112281142正常運(yùn)行時(shí)間（hh）157134156142168118總平均功率1187

kW（額定負(fù)荷荷下單機(jī)功率率1500左右）平均停運(yùn)時(shí)間3.2小

時(shí)每天正常運(yùn)行時(shí)間間＞

20.8

小時(shí)按照運(yùn)行時(shí)間：＞＞300天/年，每年運(yùn)運(yùn)行6200計(jì)算。

（用電量單位：kWh）引風(fēng)機(jī)節(jié)電率引風(fēng)機(jī)用電廠用電度廠用電率%廠用電下降率%表

三10%149279070767.830.1320%298548921497.700.2630%447818772227.570.3940%597088622957.450.5150%746368473687.320.64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20～30%左右，風(fēng)門開度一般為50～60%,這也是從風(fēng)門調(diào)節(jié)的靈敏度來考慮），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，假設(shè)圖1中2點(diǎn)的風(fēng)量標(biāo)幺值為a；其中a∈（0，1]。H—Q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；P2=K×H×Q=K×（1.4a-0.4a3）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=1187kW，即實(shí)際運(yùn)行時(shí)的功率P20；額定功率P10=1500kW；電機(jī)效率按照98%計(jì)算，平均功率P=1163kW，額定功率P1=1470kW；⊿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)：H—R—Q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+0.7Q2…………（4）則：P2′=K×（0.3Q+0.7Q3）/η

…………（5）其中η為所使用變頻器的效率，在此取η=

0.95

，可以得到表達(dá)式：P2′/P2=（0.3a+0.7a3/η（1.4a-0.4a3…………（6）將我廠

a=0.64的數(shù)據(jù)帶入上式得到：P2′/P2=0.5

……………（7）P20′=（1163/2）/0.98=

593kW（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。通過表三中的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插值可以得出：變頻改造后綜合廠用電百分比下降0.64。每年帶來的經(jīng)濟(jì)效益：1187×0.5×6200×6/10000

=

2208萬度………（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：HmaxH0P2’。/

P2。變頻調(diào)速后用電省電百分比廠用電百分?jǐn)?shù)下降降經(jīng)濟(jì)效益（萬度）表

四1.30.20.5176130.4840.6321350.30.5656710.4350.5719201.40.20.4495330.5510.7224320.30.5005930.5000.6522100.40.5506530.4500.5919881.50.30.4405220.5600.7324720.40.4915830.5090.662247（2）

引風(fēng)機(jī)以其平均功率P＝1187kW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：1080kW。超過69％時(shí)間的負(fù)荷分布在：1080-1296kW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。表

五PP*ηΔP/Pa值P2′/P2P2′省電百分比參考值118711630.2090.6400.49959350.0%方案一9379180.3750.4770.36934636.7143714080.0420.8750.8051156方案二9879670.3420.5070.39038542.3138713590.0750.8150.710984方案三103710160.3090.5380.41242746.0133713100.1090.7640.639855方案四108710650.2750.5710.43847648.3128712610.1420.7190.584751方案五113711140.2420.6040.46653049.7123712120.1750.6770.537665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。每年帶來的經(jīng)濟(jì)效益：1187×0.483×6200×6/10000

=

2130萬度小結(jié)：在火電廠實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，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)行過程中可能發(fā)生的各種問題，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%是比較常見的。本文通過對(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)際數(shù)據(jù)肯定有一定誤差，誤差的正負(fù)都有可能出現(xiàn)。但是引風(fēng)機(jī)電機(jī)