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1、变频器在热电厂锅炉风机中的应用TheApplicationofConvertersintheVentilatorsofPowerPlant本文来自2005年第9期“暖通空调行业应用”上 ,已经被阅读过1121次作 者 ：黑龙江省科学院自动化研究所杨秉林摘 要 ：利用变频器技术对电厂的风机进行改造是节能降耗并改善系统性能的重要方式之一，特别是对机组变负荷的运行，该文叙述并分析了高压变频器在电厂风机中的应用实例和应用中的特性。英文摘 要 ：TheImportancewayofreduceLossesusingtheInverterbyFansinthepowerplant,especiallypo
2、werrunningbyvariablecondition,thepaperintroducestheusingandfeaturesofThehigh-voltageinvertinfansinpowerplant.关键词： 风机热电厂高压变频器优化运行 1 引言风机是一种量大面广、耗电量极大的动力机械。我国每年风机的电能消耗占总消耗的10以上，在电力、钢铁、煤炭、冶炼工业中，风机的耗电量往往占生产用电的20以上。因此，对风机的节能研究具有十分重要的经济意义。风机系统中流量的调节常采用改变挡板开度的方式，因而在挡板上产生了附加的压力损失。浪费了大量能源。采用变频调速技术改造风机系统，不仅可以
3、节约能源，而且使系统运行更加合理可靠，这已成为广大工程技术人员的共识。但是，如何确定风机的调速比，使其运行在高效区，实现风机效率优化运行，文献报道极少。对于单台风机运行，问题较为简单;当多台风机并联或串联时，这实质上是一个非线性规划问题。本文分析了风机系统的运行工况，根据管网特性分为两类系统，针对单台风机运行、多台并联运行分析了最佳控制策略，确定最佳调速比3。系统己在我电厂投入运行，取得了良好的经济、社会效益。2 风机运行工况分析2.1 风机特性风机的P-Q特性曲线(即压力流量曲线)目前还不能用理论方法精确计算得出，而只能依靠实验方法3。根据实验数据，风机在额定转速n0下运行时，可按下述方程对
4、其P-Q特性进行拟合:PPx-SxQ2 (1)式中:Px和Sx为拟合参数。对于具有驼峰的P-Q特性曲线不符合上述方程。这种特性有可能使风机处于不稳定运行状态，并联运行时有可能出现喘振，选择风机时应避免，故本文不考虑该特性。由风机的相似定理，当转速下调时，P-Q曲线平行下移。若转速下调到n1，则P-Q特性变为: PkPx-SxQ2 (2)式中:k(n1/n0)2，为调速比。根据-Q特性曲线，Q过高或过低时，其效率 将急剧下降，故应限制流量范围为Qmin，Qmax;转速过低时。也很低，故还应限制调速范围为kmin，1。n这样可保证风机工作在高效区。如图1所示。图1 P-Q特性与-Q特性当多台风机并
5、联工作时，通过将各风机在相同压力下的流量相加，可得并联后的P-Q特性;串联工作时，通过将各风机在相同流量下的压力相加，可得到串联后的P-Q特性。2.2 管路特性与系统分类当风流过管路时，受到阻力摩擦而产生的压力损失可由下式的管网特性表示: R=PST+SQ2 (3)式中，R为管网阻力; S为管网阻力系数; PST为系统的工作压力要求，即管网出口处压力高出风机引风口的压力值。系统稳定运行时的，风机提供的压力与R平衡P-Q曲线与管网特性曲线的交点为风机的稳定工作点。风机系统根据PST可大致分为两种类型:一种是对压力无要求，根据负荷调节流量，如锅炉的风机矿井的通风等。二是保证压力恒定，流量由用户控制
6、，如煤气输送等。2.3 节能原理对于第1类系统，常采用调节挡板开度的方式来调节流量，这种方式实质上利用改变管网特性来改变风机工作点，如图2所示。图2 挡板调节与调速调节原风机工作在A点，若通过调节挡板使流量降低为QB，则风机将工作在B点，可见此时风机产生的压力不但没有减小，反而增大了，多余的能量浪费在挡板上。若调节风机转速，改变PQ特性使工作点沿管网特性移动到C点，可恰好满足系统要求，使能量消耗大大减小。对于第2类系统，常采用恒压调节方式。根据最不利条件下的流量QA和用户所需压力PST确定风机应提供的压力PA，选择见机参数使其工作在A点(PA，QA)。在运行过程中，只检测出风机出口处压力P，并
7、根据P进行调度，使风压恒定在PA。若流量由QA减小到QB，风机工作点将沿水平线PPA移动到C(PA，QB)点。风机此时应提供的压力为PB: PB=PST+SQB2 (4)故多提供了PA-PB，这部分能量将消耗在管网中，浪费了能源。若同时根据流量Q和用户所需压力PST进行调度，可解决上述问题。若流量由QA减小到QB，根据式(3)和检测到的流量QB，风机此时应提供的压力为PB。调度风机将工作在最佳工作点B点(PB，QB)，恰好满足用户需求。可见，在这种调度过程中，风机工作点沿管网特性曲线移动，始终恰好满足用户需求且无能量浪费，节能效果最好，如图3所示。图3 调度原则所谓最节能的工作点，就是使风机的
8、流量、压力恰好满足系统需要，使工作点沿管网特性移动，风机始终运行在P-Q曲线和原管网特性的交点上。两类系统虽然要求不同，但早在调速策略上有很多相似之处。虽然第1类系统PST=0，但为了克服管网阻力R，风机仍要提供一定的压力P=R。因此，第1类系统可以看做是第2类系统PST=0时的特殊情况。3 系统实现本项目选用的SIMOVERT MV系列变频器为6kV/1600kVA/12脉冲直接高进高出方案，即6kV进电，6kV出电，使用原有电机。该变频器为三电平变频器，没有器件的均压问题，具有良好的低速特性，谐波分量小，动态性能好，可实现四象限运行。变频装置具有工频旁路功能，用于变频与工频之间的切换;旁路
9、刀闸容量满足工频要求，刀闸具有防误操作的机械闭锁功能，并带有电磁栓，以作为电气连锁的保护，防止误操作。变频器、断路器、刀闸和电缆的一次电路见图4。 图4 变频改造一次线路示意图变频器的旁路柜具备“五防”功能，旁路刀闸、进线刀闸和出线刀闸及断路器之间具备以下闭锁:旁路刀闸与进线刀闸和出线刀闸机械连锁，旁路刀闸闭合时，进线刀闸和出线刀闸不能合;进线刀闸和出线刀闸闭合时，旁路刀闸不能合;断路器在闭合位置时，所有刀闸的电磁栓动作，并锁定刀闸，所有刀闸都不能操作。4 应用情况和注意问题原系统采用调整入口导向叶片的方式，调整送、吸风量，以保证锅炉炉膛负压、烟气氧量及相应的汽温和汽压的稳定。这种叶片的截流损
10、耗特别大，采用变频技术后，不仅完全消除叶片的截流损耗，而且保证风机运行在高效区，平均节电率30%以上，节能效果显著。在选择高压变频器时应当注意的问题:(1) 可靠性及售后服务。这是关系到用户能否很好应用的关键。设备的可靠性(无故障率)如何，备件供应怎样，售后服务是否及时，现在国产变频器也日渐成熟，可以优先考虑。(2) 价格。由于高压变频器目前还处于技术发展时期，还没有达到如低压变频器那样的技术成熟度，没有统一的拓扑结构。所以价格方面相差很大，应考虑到系统的投资情况。(3) 主要技术指标。包括下袄率，功率因数，速度控制，转矩脉动，噪声，对电网的影响(谐波含量)，掉电再上电的能力，对电网电压波动的适应性，外型尺寸等主要技术指标应进行认真的综合比较。供货期和厂家的信誉，也是选择时考虑。5 结束语针对风机系统分析了调速运行时的工况，表明应用了变频器以后能达到最大节能效果，系统投运后，运行稳定。应用变频器的“软启动”可减少启动的峰值功率损耗并减少启停过程对机构的冲击，延长使用寿命，同时减少中间环节的费用，完美的监控和可靠性措施提高了系统的工作效率。该系统有广阔的推广前景。本文摘自变频器世界
