1、我廠鍋爐風機節能方式的探索與分析1引言目前，在我國電源結構中，火電裝機容量占74%,發電量占80%；水電裝機容量占25%, 發電量占19%；核電僅占1%左右，因此火電機組及其輔機設備的節能改造工作是非常重要的。 火電廠中的各類輔機設備中，風機水泵類設備占了絕大部分，蘊藏著巨大的節能潛力。由于 火電機組調峰力度的加大，這些機組的負荷變化范圍很大，必須實時調節風機水泵的流量。 隨著電力行業的改革不斷深化，廠網分家，競價上網政策的逐步實施，降低廠用電率，降低 發電成本，提高上網電價的競爭力，已成為各火電廠努力追求的經濟目標，要求越來越迫切。 能源是國家重要的物質，能源的供需矛盾已成為制約我國社會主義

2、經濟建設的主要因素之 一。在能源問題上我國提出“節約與開發并重”的方針，就是依靠技術進步，把節約能源以 解決能源問題作為我國重要的技術經濟政策。我廠作為一家熱電公司，公司發電總裝機容量 6.3萬千萬，現在八機七爐，年發電量4.4億千瓦時，供熱量152萬吉焦，目前供熱面積200 多萬平方米，并對供熱用戶實行四季全日制生活用熱水。鍋爐風機是發電廠重要能耗設備， 大多數風機在使用過程中都存在大馬拉小車的現象，風機額定轉速時的風量遠遠超過實際所 需風量，調節風量大小以往的做法是調節擋風板開度來實現的，此方法實際上是通過人為增 加阻力的辦法達到調節的目的,浪費大量電能，回收這部分電能損耗會收到很大的節能

3、效果。 利用變頻器的調速功能,應用到風機上能夠節約大量電能，當風量減少時采用變頻調速方式 降低風機轉速，減少電機輸入功率，從而降低能耗。交流異步電機轉速與電源的頻率f成正比（n轉速=（1-S轉差率）X60Xf頻率/p極對數）, 改變定子供電頻率就改變了電動機的轉速，從而改變了電動機的輸入功率。變頻調速裝置是 將電網50Hz的交流電，變成頻率可調的交流電去驅動交流電動機實現調速的。其特點是效率 高，沒有因調速帶來的附加轉差損耗，調速的范圍大、精度高、無級調速，大量節約電能,以及 其能方便實現與自動化控制系統（如DCS系統等）間的通訊，使其在各領域得到廣泛的應用。2風機節能原理2.1.電機的旋轉速

4、度為什么能夠自由地改變？n = 60f/p（1-s） n:電機的轉速f:電源頻率p:電機磁極對數s：電機的轉差率電機的轉速=60（秒）大頻率（Hz）/電機的磁極對數-電機的轉差率電機旋轉速度單位：每分鐘旋轉次數，rpm/min也可表示為rpm電機的旋轉速度同頻率成比例同步電機的轉差矩為0,同步電機的轉速=60（秒）*頻率 （Hz） /電機的磁極對數異步的轉速比同步電機的轉速低。例如：4極三相步電機60Hz時 低于1,800 r/min 4極三相異步電機50Hz時低于 1,500 r/min本文中所指的電機為感應式交流電機，在工業領域所使用的大部分電機均為此類型電 機。感應式交流電機(以后簡稱為

5、電機)的旋轉速度近似地確決于電機的極對數和頻率。由電機的工作原理決定電機的磁極對數是固定不變的。由于電機的磁極對數1個磁極 對數等于2極，電機的極數不是一個連續的數值(為2的倍數，例如極數為2, 4, 6)，所 以不適和改變該值來調整電機的速度。另外，頻率是電機供電電源的電信號，所以該值能夠在電機的外面調節后再供給電機， 這樣電機的旋轉速度就可以被自由的控制。變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 改變頻率和電壓是最優的電機控制方法如果僅改變頻率，電機將被燒壞。特別是當頻率降低時，該問題就非常突出。為了防止 電機燒毀事故的發生，變頻器在改變頻率的同時必須要

6、同時改變電壓。例如：為了使電機的旋轉速度減半，變頻器的輸出頻率必須從60Hz改變到30Hz，這 時變頻器的輸出電壓就必須從400V改變到約200V。2運行工況分析根據火電設計規程sdj-79規定，燃煤鍋爐的送、引風機的風量裕度分別為5%和5%10%， 風壓裕度分別為10%和10%15%。加上設計過程中很難計算管網的阻力、并考慮到長期 運行過程中發生的各種問題，通常裕度約2030%。因此這些風機運行時，只有靠調節風 門或風道擋板的開度來滿足生產工藝對風量的要求。在節流調節過程中，風機固有特性不變， 僅僅靠關小風門或擋板的開度，人為地增加管路的阻力，由此增大管路系統的損失，造成風 機的高耗能運行。

7、在一般情況下，采用調節門調節的風機，在兩者偏離10%時，效率下降 8%左右；偏離20%時，效率下降20%左右；而偏離30%時，效率則下降30%以上，也就 是說采用擋板調節的風機其實際消耗功率與風量大致成正比，與風門的開度也大致成正比， 對于采用調節門調節風量的風機，這是一個固有的不可避免的問題從上述工況中的風門開度 及效率也可以看出這一點對運行情況進行分析，可以得出以下兩點風機實際風量約為額定風量的一部分，風機遠離額定點運行，其實際運行效率很低。由于擋板的存在，擋板前后存在壓差，消耗了很大一部分能量。所以可以從以上兩個方面改善其運行工況，減小損耗，達到節能的目的。采用調速控制裝置，通過改變風機

8、的轉速，從而改變風機風量以適應生產工藝的需要，這種 調節方式稱為風機的調速控制。風機以調速控制方式運行能耗最省，綜合效益最高。交流電 機的調速方式有多種、變頻調速是高效的最佳調速方案，它可以實現風機的無級調速，并可 方便地組成閉環控制系統、實現恒壓或恒流量的控制。2.3變頻控制系統改造的節能分析 擋板這種調節方式雖然簡單易行，已成習慣，但它是以增加管網損耗，耗費大量能源為代價 的。對于大功率電機，耗能則更大。當采用變轉速調節時，其效率最高，因為風量隨轉速的 一次方下降，而其軸功率則按轉速的三次方規律下降，而目前性能最佳的調速方式則是國際 上公認的交流變頻調速技術。異步電動機的轉矩是電機的磁通與

9、轉子內流過電流之間相互 作用而產生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和， 嚴重時將燒毀電機。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出 電壓，使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現象的產生。電動機使用工頻電源驅動 時，電壓下降則電流增加；對于變頻器驅動，如果頻率下降時電壓也下降，頻率下降（低速） 時,如果輸出相同的功率，則電流增加，但在轉矩一定的條件下,電流幾乎不變。采用變頻器運轉， 隨著電機的加速相應提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下（根據機種不同， 為125%200%）。用工頻電源直接起動時，起動電流為67倍，因此

10、，將產生機械電氣上的沖 擊。采用變頻器傳動可以平滑地起動（起動時間變長）。起動電流為額定電流的1.21.5倍，起 動轉矩為70%120%額定轉矩；對于帶有轉矩自動增強功能的變頻器，起動轉矩為100%以上， 可以帶全負載起動。這樣就大大降低了啟動時的大電流對網內電壓的沖擊，提高了系統的安 全性從流體力學的原理得知，使用感應電機驅動的風機，軸功率P與風量Q，風壓H的關系為： PQxH當電動機的轉速由n1變化到n2時,Q、H、P與轉速的關系Q2=Q1xN2/N1H2=H1x（N2/N1）2P2=P1x（N2/N1）3可見風量Q和電機的轉速n是成正比關系的，風壓與風機的轉速平方成正比關系。所需 的軸功

11、率P與轉速的立方成正比關系。所以當需要的額定風量降低時，通過調節風機的轉 速方式調節，所需功率則呈立方下降。所以當需要80%的額定風量時，通過調節電機的轉 速至額定轉速的80%，即調節頻率到40赫茲即可，這時所需功率將僅為原來的51.2%。 如下圖所示，從風機的運行曲線圖來分析采用節能控制系統調速后的節能效果。 如圖1示出風機的風壓h-風量q曲線特性圖。圖1風機的h- q曲線圖1中：n1-代表風機在額定轉速運行時的特性；n2-代表風機降速運行在n2轉速時的特性; r1-代表風機管路阻力最小時的阻力特性；r2-代表風機管路阻力增大到某一數組時的阻力特 性當所需風量從Q1減小到Q2時，如果采用調節

12、閥門的辦法，管網阻力將會增加，管網特性 曲線上移，系統的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與面積 H2xQ2成正比；如果采用調速控制方式，風機轉速由N1下降到N2，其管網特性并不發生 改變，但風機的特性曲線將下移，因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3 與面積H3xQ2成正比。從理論上分析，所節約的軸功率（P）與H2H3CB的面積成正比， 此時風機軸輸出功率與轉速的立方成正比。風機流量、轉速、軸功率及電源頻率關系如表1所列。表1風機流量、轉速、軸功率芨頻率美系頻率擔X轉速。.袖昉軍*50HOO呢4590%90%72.91%4080%SO%5L2%3575%7

13、5%和3%3060%60%21.6%2550%50%12.5%考慮減速后效率下降和調速裝置的附加損耗，通過實踐的統計，風機/水泵類通過調速控制可節能20%50%以次看來，要提高引風機電動機的工作效率，節約電能，在引風機電動機上裝上變頻調速裝置，是最佳選擇，2.4節能配置方案根據我公司鍋爐風機使用特性，采取一對一控制的方式在這臺90kw的引風電機啟動柜上配 置一臺節能器，節能器型號為：PI7800 100kw以#5號爐一臺90KW引風電機為列進行一下分析額定電壓380V 額定電流160A 功率因數=0.887工作電流120A運行時消耗功率=1.732UIcos中=1.732x380 x120 x

14、0.887=93.4KW每年耗電量（全年運行330天計）93.4KWx24x330=739728 度如使用變頻技術后分析數據額定電壓380v以40HZ運行是電流為100A 功率因數為1P=1.732x380 x75x1=65.4KW改造后每年耗電量（全年運行330天計）65.4KWx24x330=517968 度3、每年節省的電量：739728-517968=221760 度節電率：221760739728=30%從分析節果上看，大大降低了廠用電率，提高了控制水平、降低工人勞動強度，而且具有 很好的經濟效益。調速的目的是保持出口壓力恒定，閉環控制響應靈敏，節能效果明顯。 這只是一臺風機的分析，

15、如果多臺采用，效果自然而欲?？刂品绞綉捎蔑L機恒壓供風智能控制系統，圖1風機變頻調速系統框圖是由工控機、可編程控制器（PLC）、變頻器、壓力傳感器、軟件控制單元、風機切換單元 等組成，輔助設備為空調裝置。此控制系統根據壓力傳感器檢測到的風機出口的壓力值，通 過可編程控制器調節計算來控制變頻器調整風機電機的工作狀態，在精確地控制風機出口壓 力的同時，延長風機系統的使用壽命，并大幅度地節約電能。引風機，送風機是機組長期連續運行的重要設備，在進行變頻調速節能改造時，都要采 用一施一方案，即一臺設備配置一臺110%容量的變頻器，并且要設計工頻旁路系統，當變 頻器故障時將設備切換到電網運行。為了避免因設

16、備的切換影響機組安全運行，還要設計同 步切換（Bypass）控制功能，實現真正的平穩無擾動切換。對于可以間歇工作的設備，以保證 變頻器和拖動設備的安全。根據風機的運行特性，由于現場情況是風門100%全開，而運行電流才150A，未達到額 定電流，電機運行效率只有60%左右。如果運行用節能控制系統器來提高電機的運行效率， 勢必會影響風量，因此，在風門全開的情況下，利用節能控制系統器雖然可以提高功率因素， 但是勢必要影響風量。建議采用功率適當的電機或者采用降壓的方式來對此種狀況節能改 造。為了改善變頻器的用電環境，提高電機的功率因數，應采用加交流輸入輸出電抗器的方 法，為避免過大的電流浪涌電流造成變

17、頻器整流部分故障，應在變頻器的輸入側加裝交流電 抗器，加裝后亦可改變電源側的功率因數。通過對變頻器在工業鍋爐上的應用進行總結，具有以下優點：1、節電降耗效果顯著，操作簡便，調節平衡，尤其與微機控制相聯更體現了優越性，深受 司爐工的歡迎。2、平滑啟動及轉機轉速下降，機械磨損減小，故障率下降，減少了停機、停爐對生產的影 響。3、檔板和調節閥的機械磨損、卡死等故障不復存在了。2.5節能控制系統調速其他附加好處1）網側功率因數提高：原電機直接由工頻驅動時，滿載時功率因數為0.85左右，實際 運行功率因數遠低于0.8。采用節能控制系統調速系統后，電源側的功率因數可提高到0.9 以上，無需無功補償裝置就能

18、大大的減少無功功率，滿足電網要求，可進一步節約上游設備 的運行費用。2）設備運行與維護費用下降：采用節能控制系統調節后，由于通過調節電機轉速實現 節能，在負荷率較低時，電機、風機/水泵轉速也降低，主設備及相應輔助設備如軸承等磨 損較前減輕，維護周期可加長，設備運行壽命延長；并且節能控制系統改造后風門/閥門開 度可達100%，運行中不承受壓力，可顯著減少風門/閥門的維護量。節能控制系統器運行中， 只需定期對節能控制系統器除塵，不用停機，保證了生產的連續性。隨著生產的需要，調節 風機/水泵的轉速，進而調節風機/水泵風量，既滿足生產工藝的要求，工作強度又大大降低。 采用節能控制系統技術調速后，減少了

19、機械磨損，維護工作量降低，檢修費用下降。3）用節能控制系統調速裝置后，可對電機實現軟啟動，啟動時電流不超過電機額定電 流的1.2倍，對電網無任何沖擊，電機使用壽命延長。在整個運行范圍內，電機可保證運行 平穩，損耗減小，溫升正常。風機/水泵啟動時的噪音和啟動電流非常小，無任何異常振動 和噪音。4）與原來舊系統相比較，節能控制系統器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升 等多項保護功能，更完善地保護了電機。5）操作簡單，運行方便。可通過計算機遠程給定風量或壓力等參數，實現智能調節。6）適應電網電壓波動能力強，電壓工作范圍寬，電網電壓在-15%+10%之間波動時， 系統均可正常運行改善變頻器的用電環

20、境，3變頻器的安裝與注意事項3.1安裝環境（1）環境溫度變頻器與其他電子設備一樣，對周圍環境溫度有一定的要求，一般為“10+40C”。由于變 頻器內部是大功率的電子器件，極易受到工作溫度的影響，但為了保證變頻器工作的安全性 和可靠性，使用時應考慮留有余地，最好控制在40C以下；4050C之間降額使用，每升 高1C，額定輸出電流須減少1%。如環境溫度太高且溫度變化大時，變頻器的絕緣性會大 大降低，影響變頻器的壽命。變頻器的故障率隨溫度升高而成指數的上升。使用壽命隨 溫度升高而成指數的下降。環境溫度升高10度，變頻器使用壽命減半。因此，我們要重 視散熱問題啊！在變頻器工作時，流過變頻器的電流是很大

21、的，變頻器產生的熱量也是非 常大的，不能忽視其發熱所產生的影響通常，變頻器安裝在控制柜中。我們要了解一臺變頻器的發熱量大概是多少.可以用 以下公式估算：發熱量的近似值=變頻器容量（KW） x55 W在這里，如果變頻器容量是以恒轉矩 負載為準的（過流能力150% * 60s）如果變頻器帶有直流電抗器或交流電抗器，并且也在 柜子里面，這時發熱量會更大一些。電抗器安裝在變頻器側面或測上方比較好。這時可以用估算：變頻器容量（KW） x60 W因為各變頻器廠家的硬件都差不多，所 以上式可以針對各品牌的產品.注意：如果有制動電阻的話，因為制動電阻的散熱量很大， 因此最好安裝位置最好和變頻器隔離開，如裝在柜

22、子上面或旁邊等。當變頻器安裝在控制機柜中時，要考慮變頻器發熱值的問題。根據機柜內產生熱量值的增加，要適當地增加機柜的尺寸。因此，要使控制機柜的尺寸 盡量減小，就必須要使機柜中產生的熱量值盡可能地減少。如果在變頻器安裝時，把變頻器的散熱器部分放到控制機柜的外面，將會使變頻器有 70%的發熱量釋放到控制機柜的外面。由于大容量變頻器有很大的發熱量，所以對大容量 變頻器更加有效。還可以用隔離板把本體和散熱器隔開，使散熱器的散熱不影響到變頻器 本體。這樣效果也很好。變頻器散熱設計中都是以垂直安裝為基礎的，橫著放散熱會變差的！關于冷卻風扇一般功率稍微大一點的變頻器，都帶有冷卻風扇。同時，也建議在控制柜上出

23、風口安 裝冷卻風扇。進風口要加濾網以防止灰塵進入控制柜。注意控制柜和變頻器上的風扇都是 要的，不能誰替代誰。其他關于散熱的問題1、在海拔高于1000m的地方，因為空氣密度降低，因此應加大柜子的冷卻風量以改 善冷卻效果。理論上變頻器也應考慮降容，1000m每-5%。但由于實際上因為設計上變頻 器的負載能力和散熱能力一般比實際使用的要大，所以也要看具體應用。比方說在1500m 的地方，但是周期性負載，如電梯，就不必要降容。2、開關頻率：變頻器的發熱主要來自于IGBT， IGBT的發熱有集中在開和關的瞬 間。因此開關頻率高時自然變頻器的發熱量就變大了。有的廠家宣稱降低開關頻率可以擴 容，就是這個道理

24、。(2)環境濕度變頻器與其他電氣設備一樣對環境濕度有一定要求，變頻器的周圍空氣相對濕度 95% (無結露)，根據現場工作環境必要時須在變頻柜箱中加放干燥劑和加熱器。振動和沖擊變頻器在運行的過程中，要注意避免受到振動和沖擊。大家知道，變頻器是由很多 元器件通過焊接、螺絲連接等方式組裝而成。當變頻器或裝變頻器的控制柜受到機械振動或 沖擊時，回導致焊點、螺絲等連接器件或連接頭松動或脫落，引起電氣接觸不良甚至造成期 間間短路等嚴重故障。因此，變頻器運行中除了提高控制柜的機械強度、遠離振動源和沖擊 源外，還應在控制柜外加裝抗震橡皮墊片，在控制柜內的器件和安裝板之間加裝緩沖橡膠墊， 減震。一般在設備運行一

25、段時間后，應對控制柜進行檢查和維護。電氣環境防止電磁波干擾變頻器的電氣主體是功率模塊及其控制系統的硬軟件電路，這些元器件和軟件程序 受到一定的電磁干擾時，會發生硬件電路失靈、軟件程序亂飛等造成運行事故。所以為了避 免因電磁干擾，變頻器應根據所處的電氣環境，有防止電磁干擾的措施。例如輸入電源線、 輸出電機線、控制線應量遠離；容易受影響的設備和信號線，應盡量遠離變頻器安裝；關鍵 的信號線應使用屏蔽電纜，建議屏蔽層采用360接地法接地。防止輸入端過電壓變頻器的主電路是有電力電子器件構成，這些器件對過電壓十分敏感，變頻器輸入 端過電壓會造成主元件的永久性損壞。例如有些工廠自帶發電機供電，電網波動會比較

26、大， 所以對變頻器的輸入端過電壓應有防范措施。海拔高度變頻器安裝在海拔高度1000m以下可以輸出額定功率。但海拔高度超過1000m，其 輸出功率會下降。如變頻器安裝地點的海拔高度與輸出電流對比圖1所示，可見海拔高度超 過1000m，變頻器輸出電流減少，海拔高度為4000m時，輸出電流為1000m時的40%。lout0 1DDD 2C0030004030 (m)圖1變頻器安裝地點的海拔高度與輸出電流對比圖(6)其它環境避免變頻器安裝在雨水滴淋或結露的地方；防止粉塵、棉絮及金屬細屑侵入；避免變頻器安裝在油污和鹽分多的場合；遠離放射性物質及可燃物。3.2安裝方式與散熱處理變頻器在運行過程中有功率損耗

27、，并轉換為熱能，使自身的溫度升高。粗略地說， 每1kva的變頻器容量，其損耗功率約為40w50w。因此，安裝變頻器時要考慮變頻器散 熱問題，要考慮如何把變頻器運行時產生的熱量充分地散發出去，因此要講究安裝方式。(1)壁掛式安裝變頻器的外殼設計比較牢固，一般情況下，允許直接安裝在墻壁上，稱為壁掛式。 為了保證通風良好，所有變頻器都必須垂直安裝，變頻器與周圍物體之間的距離應滿足下列 條件，如圖2所示：兩側大于100mm、上下大于150mm，而且為了防止雜物掉進變頻器的 出風口阻塞風道，在變頻器出風口的上方最好安裝檔板。圖2壁掛式變頻器安裝示意圖柜式安裝方式當現場的灰塵過多，濕度比較大，或變頻器外圍

28、配件比較多，需要和變頻器安裝在 一起時，可以采用柜式安裝。變頻器柜式安裝是目前最好的安裝方式，因為可以起到很好的 屏蔽幅射干擾，同時也能防灰塵、防潮濕、防光照等作用。柜式安裝方式的注意事項：單臺變頻器采用柜內冷卻方式時，變頻柜頂端應安裝抽風式冷卻風扇，并盡量裝 在變頻器的正上方(這樣便于空氣流通)；多臺變頻器安裝應盡量并列安裝，如必須采用縱向方式安裝，應在兩臺變頻器間加裝隔 板。、4變頻器的接線4.1主回路接線變頻器的主回路端子如圖3所示。R/LI SXL2 | T/L3審 1 | S2/BI | B2 | OU/T | V/T2 W/T3POWEROPTICWs圖3變頻器主回路端子圖(1)變

29、頻器三相交流輸入端子(r/l1、s/l2、t/l3)電源輸入端子通過線路保護用斷路器或帶漏電保護的斷路器連接到三相交流電源，無 需考慮連接相序。這里要特別注意的是，三相交流電源絕對不能直接接到變頻器輸出端子， 否則將導致變頻器內部器件損壞。(2)變頻器三相交流輸出端子(c)輸出端子應按正確的相序接入電機，如果電機方向不對，則交換(u/t1、v/t2、w/t3) 中的任意兩相即可，也可以通過設置變頻器參數來實現。要注意的是，輸出端不能接進相電 容器和電涌吸收器。直流電抗器連接端子(1、2/b1)直流電抗器連接端子接改善功率因數用的直流電抗器，端子上連接有短路導體，使 用直流電抗器時，先要取出此短

30、路導體。注意：不使用直流電抗器時，該導體就不用去掉。制動單元連接端子(2/b1、b2)一般小功率變頻器(0.7515kw)內置制動電阻，而18.5kw以上制動電阻須外置。直流電源輸入端子(1、0)外置制動單元的直流輸入端子，分別為直流母線的正負極。接地端子(pe)變頻器會產生漏電流，載波頻率越大，漏電流越大。變頻器整機的漏電流大于3.5ma， 漏電流的大小由使用條件決定，為保證安全，變頻器和電機必須接地。4.2注意事項接地電阻應小于103。接地電纜的線徑要求，應根據變頻器功率的大小而定；切勿與焊接機及其它動力設備共用接地線；如果供電線路是零地共用的話，最好考慮單獨敷設地線；多臺變頻器接地，則應分別和大地相連，請勿使接地線形成回路，如圖4所示。1正Aft1r=*try圖4接地合理化配線4.3控制回路端子接線由于低壓變頻器控制回路電纜的過電流一般都很小，所以控制回路電纜的尺寸 規格可以規范化，為避免干擾引起的誤動作，控制回路連接線應采用絞合的屏蔽線；附表為 國內某品牌變頻器的控制回路用線尺寸規格?？刂凭€與主回路電纜鋪設變頻器控制線與主回路電纜或其它電力電纜分開鋪設，且盡量遠離主電路100mm 以上；盡量不和主電路電纜平行鋪設，不和主電路交叉，必須交叉時，應采取垂直交叉的方 法。電纜的屏蔽變頻器電纜的屏蔽可利用已接地的金屬管或者帶屏蔽的電纜。屏蔽層