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| VACON变频器在火力发电厂75吨锅炉风机应用 |
摘要：本文结合VACON公司项目经验和VACON变频器产品特点，从投资维护成本，系统稳定性，节能效果等方面对火力发电厂锅炉风机控制的几种方式进行比较。
1 行业概诉
目前，在我国电源结构中，火电装机容量占74%，发电量占80%；水电装机容量占25%，发电量占19%；核电仅占1%左右。而火电厂的各类辅机设备中，风机，水泵类设备占了绝大部分，蕴藏着巨大的节能潜力。
2 风机的选择和应用
风机是火力发电厂重要的辅助设备之一，我国电站已经普遍采用了离心风机。以75(T/H)循环流化床炉为例，通常每台锅炉配备一台400kW引风机，一台315kW一次风机，一台250kW二次风机。由于锅炉在正常运行中的燃烧构成、热负载、电负荷以及季节等因数变化较大，因此，锅炉燃烧所需要的氧气在不同的情况下也相应有较大的变化。然而，锅炉配置的风机是按锅炉最大负荷情况下所需的最大风量设计的，并考虑到锅炉在事故状态下的风压、风量裕度，即相应的保险系数。根据我国现行的火电设计规程SDJ—79规定，燃煤锅炉的送、引风机的风量裕度分别为5%和5~10%，风压裕度分别是10%和10~15%，而实际设计中，风量和风压的裕度达20~30%是比较常见的。所以，风机电机功率的配置一般都比较大。
3 锅炉风机风量的控制方法
1、风门控制
锅炉风机的风量裕度通常都比较大，如果采用风门控制，风门挡风板的平均开度一般在50%左右，大量能源浪费在克服挡风板阻力上，风机效率下降。同时还会带来管网压力不稳定，难以精确控制，以及电机启动电流过大造成的对电机的损耗和电网冲击等其他问题。
2、液力耦合器控制
液力偶合器是一种耗能型的机械调速装置，调速越深（转速越低）损耗越大，特别是恒转矩负载，由于输入功率不变，功率损耗将随转速损失成比例增大。对于风机、泵类负载，由于负载转矩按转速平方率变化，则输入功率则按转速的平方率降低，损耗功率相对小一些，但输出功率是按转速的立方率减小，调速效率仍然很低。液力耦合器的平均调速效率在50%左右。
3、变频调速
变频调速是靠调节风机电动机转速来改变风机风量。按流体机械定律，风机轴功率P与转速n之间的关系如下所示：
在风机风量由100%下降到50%时，变频调节与风门调节相比，风机的效率平均高出30%以上。
不同调节方式下，风机的耗能特性及效率比较如图1、图2所示。由图可知，与传统的风门控制和液力耦合器控制相比，变频驱动控制在节能和提高效率方面具有明显的优势。
图1、离心风机不同调节方式下的耗电特性比较
图2、不同调节方式下的风机效率比较
4 变频调速方案选择
根据电机电压及变频器输入电压等级的不同，电动机变频调速有四种方案：高—高，高—低—高，高—低，低—低。
在保证系统高效，可靠运行的前提下，为达到系统搭建的合理性和运行过程的经济性，VACON结合自身工程项目经验，以及VACON变频器的特性，按如下原则选用变频驱动方案：
5 投资成本与回报比较
以75吨流化循环炉为例，一般电厂采用6kV交流电源，按照引风机400kW，一次风机315kW，二次风机250kW各一台，计算主要设备投资成本并比较。另外，在通常设计中风门依然保留，以下成本分析旨在比较各方案的差异性，电缆等成本不列入比较之中。
1 风门+高压电动机控制
特点：投资成本低，系统简单。但启动电流大，不节能，控制精度低，难维护，自动化程度不高。
2 液力耦合器+高压电动机
特点：电流小，减少电网冲击，调速稳定，节能。但投资成本高，设备维护成本高，自动化程度低，节能效果不明显。
3 低压变频器+低压电机
特点：平均节能30%以上。电机软启动，对电网无冲击，可靠性高，免维护，调速特性优良，机械振动小和磨损较少，保护功能完善，自动化程度高，容易实现自动调节控制和计算机通讯。
6 结束语
按照年平均运行5000小时，每度电0.4元计算，采用低压变频解决方案，每年因节能带来的成本节约为：
（400+315+250）kW×5000h×30%×0.4=579000元（RMB）
因此，从电厂工艺状况和投资回报率角度考虑，低压变频方案是最经济可靠的。
除了显著节省能源以外，采用变频控制还具有其他诸多优点：电机软启动，齐全的保护功能，调速特性优良，精度高，自动化程度高，便于监测和通讯，维护方便等。
近年来，Vacon低压变频解决方案已在国内多家电厂的锅炉风机驱动中取得了广泛应用。从应用效果看，无论在系统搭建，设备运行的可靠性，还是成本及环保绩效评估方面，均取得了令用户满意的效果。
作者简介：
叶伟（1978-），男，学士，2001年毕业于上海理工大学机械自动化控制专业。现任伟肯（苏州）电气传动有限公司销售工程师，在风机、泵变频调速领域拥有丰富的实践经验。 |
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