风机节能改造分析与应用

山东某能源公司热电厂现有三炉(3x75t／h)三机(1x12+2x15Mw)生产规模，1997年投产运行，中煤南京设计院设计，主要燃料为低热值的煤泥。在设计之初，锅炉风机直接采用风门挡板进行风量调节，风机全速直接起动。随着系统长期运行和节能减排的需要，其中2#、3#锅炉引送风机和1#锅炉送风机系统先后进行了加装液力耦合器装置的改造。1#锅炉引风机因近期实施的锅炉烟气脱硫工程，需对该风机同时进行增压改造，电动机功率由315kw增大至0400kw。

在此情况下，对该风机的节能改造则需主要解决以下两个问题：(1)400kw大功率高压电动机直接起动，瞬间起动电流较大，对系统电气设备会造成冲击，存在安全隐患且对设备长期安全稳定运行不利；(2)原风门调节系统的密闭性差，漏风现象造成了调节线性较差，影响锅炉运行操作且低负荷时风机能耗较大。

一、方案分析

方案1：采用高压变频器装置，设备一次性投资70万。

高压变频器调速有良好的技术优点：调速范围宽，可以从零到工频转速的范围内进行平滑调节。在大电机上能够实现小电流的软启动，启动时间和启动的方式也可以根椐现场工况进行调整。电机在低转速下，发热量低而且输入电压低也使电机得绝缘老化速度降低，可延长设备寿命。

本方案所采取的高压变频调速系统具有的特点：(1)高一高电压源型变频调速系统，直接6kV输入、输出，无需输出变压器，接线简便；(2)输入功率因数高，电流谐波少，无须功率因素补偿、谐波抑制装置；输出阶梯正玄PwM波形，无须输出滤波装置，可接普通电机，对电缆、电机绝缘无损害，电机谐波少，减少轴承，叶片的机械振动；(3)标准操作面板配置中文操作界面；(4)功率电路模块化设计，维护简单；(5)高压主回路与控制器之间为光纤连接、安全可靠；(6)完整的故障监测、报警保护；(7)自带冷却风机，保证设备常温运行；(8)内置PLC，易于改变控制逻辑关系，适应多变的现场需要；可灵活选择现场控制或远程控制；(9)可接受和输出O～10V、4--20mAT业标准信号和支持多种通讯协议；(10)内置PID调节器，可进行开环控制或闭环控制；(11)安装、设定、调试、维护简便。

方案2：采用液力耦合器装置，设备一次性投资30万。

液力耦合器是早期的产品，已经完全达到国产化生产，具有类似离合器的作用，能够减小设备间的冲击和振动；输出转速低于输入转速，过载保护性能和起动性能好，载荷过大而停转时输入轴仍可转动不致造成电机的损坏。具有可工作于危险场所，对环境要求不高等优点。

但是从生产的安全性及运行维护等角度分析，液力耦合器还存在以下的不足：(1)从设备连接角度看，液力耦合器一端连接电机输出轴，另一端通过液力耦合器的输出端与风机的轴连接。风机与电机的距离较远，传输效率较差；(2)从设备安装的角度看，加装耦合器需提供较大的安装空间，而且只能安装在风机和电机之间，对现场安装条件要求比较苛刻；(3)从设备装配角度看，液力耦合器的两端连接轴容易产生较大的径向振动，存在设备漏油及加快磨损的可能性；(4)从调速原理角度看，液力耦合器属于机械调速，会有一定的速度损耗。产生的损耗将使液压油温升高发热，需要供给冷却水进行冷却降温；(5)从设备运行角度看，液力耦合器若在实际运行中油温过高，易使水冷却器结垢堵塞，损害设备；(6)从功率传递角度看，液力耦合器是用液压油进行功率传递，速度控制不稳定、功率因数低、调速精度差；(7)从使用的角度看，液力耦合器产生使风机被迫停运的故障点较多；(8)从维护的角度看，液力耦合器本体部件及二次仪表设备多，故障点也多，维护量大，二次成本高；(9)从环境卫生的角度看，液力耦合器跑冒滴漏和更换产生的废机油处置不当，会影响环境卫生。

二、改造方案

(一)　方案

经以上对两种不同调速设备的技术分析看，变频器调速比液力耦合器调速具有更大的技术优势。从经济价值分析看，虽然高压变频调速装置初期投资相对价格偏高，但考虑到变频调速装置安装位置灵活，不需对风机设备基础进行改动，安装工期较短(10天左右)改造时间可以与锅炉烟气脱硫工程风机改造的时间同步进行。液力耦合器虽然初期投资价格便宜，但由于液力耦合器改造时，风机原基础需拆除，重新开挖和浇注，一是增加土建拆除、浇注费用，二是改造时土建施工和设备安装工期长(30天左右)这样将比高压变频器改造多出20天时间，若单独进行此项工程的施工，后者将会拖延1#机组的上网时间和发电量。综合以上因素，一#锅炉引风机将采用高压变频调速系统进行节能改造。

(二)　设备选型

变频设备经多方考察研究后，选用北京利德华福电气技术有限公司的HARSVERT-A系列的高压变频调速系统。该公司为国内高压变频的领航企业，其产品由于安装便捷、操作简单、运行稳定、安全可靠、维护方便，并在节能、节电、省人、省力、自动控制、远程监控等方面效果显著，以及优异的产品性价比和周到的服务，受到用户的广泛欢迎。变频器外形见下图：

利德华福HARSVERT-A系列高压变频调速系统采用新型IGBT功率器件，全数字化微机控制，是高一高电压源型变频器调速系统，直接高压输入、高压输出。各种保护功能完善，能够消除因电机过载或单相运行而烧毁电机的现象。

(三)　节能原理

根据图2可知，当风量从Q1减小到Q2：采用风门调节方法(相当增加管阻)，曲线从R1变到R2，系统由原来的标准工作点A变到新的工作点B运行，此时风机风压增加，轴功率P2与面积BH20Q2成正比。采用变频器控制方式，风机转速由n1降到n2，在满足同样风量Q2的情况下，风机风压H3将大幅降低，轴功率P3与面积CH30Q2成正比。轴功率P3和P1、P2相比，显著减小，节省的功率省耗为AP(面积BH2H3C)，节能效果显著。

三、施工安装

该高压变频调速系统共有4面机柜，结合现场情况，将机柜安装在1#锅炉东侧的静电除尘器控制室2层，与烟气脱硫系统的电气柜并排放置，远程控制接人DCS系统。

(一)　安装要求

为了变频器能够长期稳定和可靠地运行，变频器的安装环境有如下要求：最低环境温度O℃，最高环境温度40℃，工作环境的温度变化不大于5℃／h。如果环境温度超过允许值，考虑配备相应的空调设备；环境湿度要求小于95％(20℃)，相对湿度的变化率每小时不超过5％，避免凝露；不要将变频器安装在有较大灰尘、腐蚀或爆炸性气体、导电粉尘等空气污染的环境里。

(二)　设备安装

变频器正面操作，采用底部进出线方式。高压进出线孔位于左部旁路柜居后的位置，二次进出线电缆孔位于控制柜居前的位置。根据电气设备安装规范和设备要求，进行以下安装：变频器安装在12#槽钢底座上，点焊固定。要求槽钢要可靠接地，接地电阻不得大于4Ω。为了保证操作、维护的方便性和通风散热效果，墙上安装排风扇；柜顶加风罩集中通风。变频器正面距墙距离不小于1.5米，背面和顶部距墙距离不小于1米。所有柜体牢固安装于基座之上，并和厂房大地可靠连接。变压器接地端子PE也接至厂房大地。各柜体之间相互连接成为一个整体。安装过程中要防止变频器受到撞击和震动，所有柜体不得倒置，倾斜角度不得超过30°。

(三)　电气连接

电气连接主要包括柜体到现场的输入输出高压电缆、柜体之间的连接线、柜体和现场的控制及信号线的配线。

电源及电机线的连接：输入电源线连接到三相输入端子R、S、T；电机线连接到U、V、W，并注意相序关系；确保输入电压满足要求；确保电源线的线径及耐压满足要求；确保输入侧高压开关已经采用了有效的防雷措施。

控制线的连接：控制柜连线主要包括与DCS控制系统之间的远程控制、状态线，模拟量输入、输出线，开关量输输入、出接线等，实现系统的远程控制与操作。

四、设备投运

设备自到货后15天完成了施工及调试工作，一次投运成功，参数正常，运行稳定。该系统的闭环调节并入DCS系统后，进一步完善了锅炉送一引风机控制和整个燃烧调节系统。同时，系统投运后，降低了作业人员的劳动强度，减少人工维护次数，也增加了作业的舒适度和安全可靠的工作环境，达到了预期的改造目标。

五、结语

相比液力耦合器，变频器调速范围广且平滑，完全满足工艺需要；启动电流小又能够减少对线路的冲击；完善的各种保护功能，又延长了设备的使用周期寿命。总之，变频器调速取代液力耦合器调速将是发展的必然。

通过这次进行的高压变频调速节能改造，顺应了当前国家提倡的节能减排号召，同时为该厂下一步进行的数字化电厂改造建设打下基础。

参考文献

[1]北京利德华福电气技术有限公司高压变频调速系统技术手册，

(责任编辑：赵秀娟)