变频技术在锅炉风机中的应用

2018-09-18曲昊

机械管理开发 2018年9期

曲昊

（大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司梨园河煤矿，山西忻州 036701）

1 变频调速节能原理

锅炉风机主要包括鼓风机和引风机，以往的风机工作都是在人工操作的状态下运行的，在应用中采用接触器控制的方式。这样的工作方式会导致风机的故障频发，一旦出现问题，机械设备维修量也较大，对于工作人员的工作需求较高。变频技术的应用，能够帮助锅炉风机调节电动机转速以调节风量，在提高锅炉热效率、燃烧效率和节能方面也有着有显著的效果。

1.1 变频器控制风机电动机流程

变频器控制风机电动机的隐性流程如图1所示。风压设定通过变频控制器来完成，通过接受电子信号，对风压进行判断，对不同的风压进行不同的风机调节，实现自动控制。

图1 变频器控制风机电动机运行图

1.2 电动机转速与电源频率的关系

电磁感应技术是变频调速技术主要依托的技术之一，其中，电源频率与电动机转速之间的关系为：

式中：f表示电源频率；n表示电动机转速；p表示电动机极对数。

如果改变电动机转速，并且保持其他条件不变，由流量 -转速（Q-n）、风压 -转速（H-n）、轴功率 -转速（N-n）关系式可知，通过改变风机转速，并且保持其他条件时的风机性能参数，可以看出，流量与转速、风压与转速平方、轴功率与转速立方均成正比。当频率降低时，电动机转速、相应流量、风压和轴功率等也会同时与之降低，反之，当频率增加时，电动机转速、相应流量、风压和轴功率等也会同时与之上升。

2 引风机、鼓风机变频控制

2.1 鼓风机

鼓风机主要是保持炉灶内部的空气流畅，为炉灶内煤料的燃烧提供源源不断的氧气。加入变频控制技术，能够利用控制回路，对炉膛的内部温度进行了解，从而进行变频控制的调节。主要的工作方式，就是当控制感应装置感受炉膛温度上升时，将感应到的温度以数据的形式传递送至变送器，再由变送器将数据转化为电信号，通过PID控制算法的精确验算，利用输入测结构输出，将电信号传送至变频器。这时，变频器就要根据不同的电压信息以及频率对鼓风机的电动机进行控制，减小对风量的输送，缓和炉膛的温度。

2.2 引风机

引风机主要就是对炉膛燃烧中产生的浓烟进行排放。在使用中如果风量过大，就会造成不必要的浪费；如果风量较小，则排烟效果不明显，影响锅炉的效率。因此，利用变频控制技术，控制感应装置，采集炉膛负压信号，将感应到的信号以数据的形式传递送至变送器，再由变送器转化为电信号，通过PID控制算法的精确验算，利用输入测结构输出，将电信号传送至变频器。这时，变频器就要根据不同的电压信息以及频率对引风机的转速进行控制，调节风速。

3 风机变频控制的优势体现

1）以往在控制燃烧时，采用人工控制的方法，这就需要经验丰富的施工人员进行控制，所以经常会出现误差。但是自动化控制技术的应用，减少了挡板、调节阀机械等设备之间的磨损、卡死的故障，降低了工作人员的工作强度，减少了维修工作，避免由于维修设备导致工作停滞，提高了煤矿企业的生产效率。

2）以往在启动中，电流的突然加大会产生高于平时7倍左右的电流，使电机没有缓冲的时间，导致对电动机产生负荷，电应力迅速上升，严重影响电动机的使用寿命，并在此过程中电流对电网产生冲击，电压波动大，严重影响电网安全。使用变频对启动电流进行调速，能够实现软启动，减少上述因素对电动机、电网的影响问题。

3）具有自动保护功能，能够自动对风机中出现的一系列问题进行自动保护。

4）操作便利，变频控制主要依托新技术，减少了对人工的依赖，系统能够运行平稳，根据实际运行状况自行进行无级调速，而且调速范围大。

4 节能效果

矿锅炉房现有4台10 t锅炉的配置如下：4台鼓风机，4台引风机，频率为50 Hz；电动机极对数为2；电压为380V；转速为 1480r/min；cosφ=0.85。其中鼓风机与引风机及的参数如表1所示。

式中：U表示电压；P表示耗电量；cosφ为功率因数；I表示电流。

4.1 工频条件下的耗电量

鼓风机与引风机在工频条件下运行时，鼓风机运行电流为40 A，引风机运行电流为110 A。可以计算出鼓风机与引风机在工频的条件下运行时耗电量。

表1 鼓风机与引风机及的参数

鼓风机耗电量 =3UIcosφ×24=1.732×380×40×0.85×24=537.06 kW·h。

引风机耗电量 =3UIcosφ×24=1.732×380×110×0.85×24=1 476 kW·h。

总耗电量为：引风机耗电量+鼓风机耗电量=1 476+537.06=2 013.06 kW·h。

4.2 变频条件下的耗电量

鼓风机与引风机在变频调速的条件下运行时，鼓风机功率为16 kW，电流为20 A，频率为46 Hz，引风机功率为57 kW，电流为75 A，频率为44 Hz。

鼓风机耗电量=3UIcosφ×24=242 kW·h。

引风机耗电量=3UIcosφ×24=980 kW·h。

总耗电量为：鼓风机耗电量+引风机耗电量=980+242=1 222 kW·h。

4.3 能耗对比

刚投入使用的锅炉，会受到一些问题的影响，导致在实际的运行中，并为没有完全达到负荷的70%，这样就造成浪费资源，且效率降低。随着变频技术的使用，矿锅炉房现有4台10 t锅炉，引风机电动机的功率为380 kW，鼓风机电动机的功率为170 kW，两台机器一共花费100万元，在实际使用中，测得引风机的负荷为30%，鼓风机负荷为60%。因此，能够看出在加入变频技术后，引风机与鼓风机都处于低负荷的状态运行。由上文计算的结果可知，1 772-1 222=550 kW，所以，可见使用变频调速技术能够每天节约550 kW的电量，以每度电0.8元计算，每天大约节约440元，一年能够节约160 600元。