燃气锅炉离心风机变频控制节能效果分析

摘 要：根据风机定律，结合风机流量、风压、功率与转速的关系，通过理论计算与现场实际测量的对比，分析变频器应用在实际工程中真实的节能效果。

关键词：风机；风机定律；变频器

据有关部门统计，风机水泵类负载在国民经济生产部门中所占比例约为全国总电力消耗的40%。根据风机定律，如采用传统节流调控方式运行，存在运行效率低、电耗高的缺陷，不符合国家节能降耗的要求。因此，提高风机负载的运行效率，从而降低风机运行电耗，是设计者反复考虑的问题。目前常见的调控方式主要包括变频调控、液力耦合器调控、内馈斩波调控等，其中最为普遍接受并且效率较高的方式是变频调速控制。但变频调控方式的实际效果具体怎样，各变频器厂家及设计单位各说各异。结合我公司总承包建设的一台40 t/h燃气锅炉项目的实地检测，最终得出一组数据。结合理论计算及检测数据验证变频调速的实际节能效果。

一、理论计算

1.节流调节方式下风机电耗

锅炉引风机（配套电机160kW）厂家经过实测提供的风机效率曲线图，分析风机在节流调节方式下的实际电耗。

引风机性能表及性能曲线如下：

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通过上图可知，风机的最佳运行工况点是在全压P=2815 Pa，流量Q=112375 m3/h，此时风机的效率是85.3%，所需功率为131.4 KW。风机选配电机为132 kW。

因此风机风量通过节流调节的工况下，在风机流量的降低过程中，全压逐步提高，风机所需功率也在降低，但降低幅度不大。在流量Q=71099 m3/h时，风机的消耗功率P=98.2 kW。

2.变频调速原理

异步电动机的转速（n）取决于三个参数：供电频率（f），电机极数（P）以及电机转差率（s）。转速计算公式如下：

n=60×f×（1-s）/（2P） （公式1）

一台已经出厂的电机，其极数和额定转差率已经确定，因此，改变电机转速最为方便的方式就是改变供电频率。采用变频调速的原理就是通过在电机与电网间串接一台变频器，从而改变电机的供电频率，达到电机调速的目的。

例1.锅炉鼓风机所配的电机为4极三相异步电机，额定转差率为2%，求该电机在额定频率下的额定转速和电机在频率为32 Hz下的转速。

根据公式1可得：

n0=60×50×（1-2%）/2=1480转/分钟；

n1=60×32×（1-2%）/2=940转/分钟。

3.风机定律

风机定律是风机调速节能的理论基础，其具体表述为“如果风机满足几何相似、运动相似和动力相似三个相似条件，风机运行过程中流量、风压、转速以及功率间满足以下三个条件：①风量与转速成正比；②风压与转速的平方成正比；③风机轴功率与转速的三次方成正比。”

本工程中，由于锅炉为微负压燃烧，风机出口管道阻力可以忽略不计。因此风机转速变化时，风机本身性能曲线的变化可满足风机定律。

式2：Q1/Q0=（n1/n0）；式3:H1/H0=(n1/n0)2；式4：P1/P0=（n1/n0）3。

n1，n0：n1风机实际运行转速，n0风机额定转速。

Q1，Q0∶Q1风机实际运行风量；Q0风机额定流量。

H1，H0∶H1风机实际运行风压；H0风机额定风压。

P1，P0∶P1风机实际运行功率；Q0风机额定功率。

例2.锅炉鼓风机所配的电机为4极三相异步电机，额定功率为132 kW，在最佳工况点风机所需功率为131.41 kW，求风机在频率为32 Hz的情况下，风机的风量和所需的功率。

根据公式1~4，风机风量和功率计算如下：

Q1=112375×（940/1480）=71373 m3/h

P1=132×（940/1480）3=33.82 kW

通过上述计算可知，两种调控方式，在Q≈Q1时，

P-P1=98.2-33.82=64.38 kW

二、风机的实际电耗

变频调速的风机在实际运行过程中，风机的风量、风压都会发生改变，风机的效率曲线会严重偏离，同时，由于变频器本体串接在电网和风机之间，变频器本身的功率消耗也会叠加到风机的功率消耗中。因此，变频器调速的风机功率消耗不可能与理论计算相同。

同一台风机在不同频率下的实际测量电流见下表（测量位置在变频器进线端）■

注：电机功率因数0.87，效率97%。

由上表可知，风机运行在32 Hz下，实际功耗为62.6 kW。实际功耗低于节流调节控制方式，但高于理论计算的功耗。

实际节电量为：98.2-62.6=35.6 kW。

三、经济效益分析

目前，风机在32 Hz下长期运行，风机每小时节电35.6 kW.H。按全年运行6000小时，电价按0.6元/kW.H计算，则全年节约结果计算如下：

35.6×6000×0.6=12.8万元。

变频器采用国产品牌，价格3.2万元，三个月即可收回成本。

四、结论

1.风机的功耗在节流调节控制方式下，只是改变了风机的流量，但对风机的全压改变不大，因此风机的电耗虽然有所降低，但功耗依然很大，风机运行很不经济。

2.风机采用变频调节，确实节能效果十分明显，但与理论计算值差距很大。理论公式不能作为实际计算依据。

参考文献：

［1］郭立君.泵与风机.3版.中国电力出版社，2004－08.

［2］唐介.电机与拖动.2版.高等教育出版社，2010－02.

［3］王廷才.变频器原理及应用.2版.机械工业出版社，2005－07.

［4］徐甫荣.风机水泵变频调速节能的分析与计算.变频技术应用，2007.

作者简介：

崔玉涛（1981年—），男，2005年毕业于内蒙古科技大学电气自动化专业，现为太原市太原锅炉集团有限公司电气专业员工。主要从事小型热力发电厂的设计、施工和调试工作。

编辑 温雪蓮