1 引言
大型風(fēng)機是工礦企業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，其耗電常達(dá)到企業(yè)電力消耗的1/3以上。這些風(fēng)機常在50%～70%甚至更低的流量下運行。這是因為，一方面設(shè)備的設(shè)計時常留有一定的余量，另一方面，由于工況的變化需要風(fēng)機輸出不同的風(fēng)量。鍋爐鼓風(fēng)機為9—19No.16D型，其額定參數(shù)為流量Q=6330m3/h，轉(zhuǎn)速n=1450r/min，驅(qū)動電機是功率為400KW型號為Y400—4的三相異步交流電動機。鼓風(fēng)機工作時，需根據(jù)鍋爐的情況隨時調(diào)節(jié)風(fēng)量，而控制風(fēng)量的方法是調(diào)節(jié)風(fēng)門。多年來鍋爐鼓風(fēng)機工作時的流量一般為額定流量的50%～70%，消耗的電能有30%～50%被浪費，因此對其進(jìn)行勢在必行。
2 節(jié)能改造方法的確定
2.1 分析鍋爐鼓風(fēng)機的工作特性
鍋爐鼓風(fēng)機的工作特性主要由風(fēng)壓—風(fēng)量(H—Q)特性曲線來表述的。H—Q曲線是表示當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時H與Q之間關(guān)系的特性，如圖1所示。
圖1
A點為風(fēng)機運行工作點，HA和QA分別為在A點運行時的風(fēng)壓和風(fēng)量，根據(jù)特性曲線可以看出當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時H與Q成反比，當(dāng)Q減小時H增大，而軸功率Ps與H、Q乘積成正比，所以Ps無明顯變化。又因為風(fēng)機的耗電與軸功率Ps成正比，所以在轉(zhuǎn)速恒定的情況下無法達(dá)到節(jié)能的目的，因此必須調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
2.2 變頻調(diào)速法的確定
采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)量的方法和常用的調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法相比有顯著的節(jié)能效果，其原理如圖2所示。
圖2
曲線1為恒速n1下的H—Q特性曲線，曲線2為管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線(風(fēng)門全開)。當(dāng)需要調(diào)節(jié)風(fēng)量時，例如，所需風(fēng)量從100%減小到額定風(fēng)量的70%即從圖中的Q1減小到Q2，如果用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法調(diào)節(jié)時，管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線從2變到3，此時系統(tǒng)工作點從A移至B，可以看出雖然風(fēng)量降低了，但風(fēng)壓從H1變到H2增加了，因此軸功率Ps基本沒有減小。而采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量時 ，風(fēng)機的轉(zhuǎn)速由原來的n1降至n2，根據(jù)風(fēng)機參數(shù)比例定律可以畫出轉(zhuǎn)速n2下的H—Q特性曲線4，此時風(fēng)機工作在C點，從圖中可以看出在滿足同樣風(fēng)量Q2的情況下，風(fēng)壓將大幅度下降到H3，軸功率Ps也將隨之大幅度下降。由此可見對鍋爐鼓風(fēng)機進(jìn)行變速調(diào)節(jié)，就可以達(dá)到節(jié)能的目的。而調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速必須通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速來完成，在眾多的調(diào)節(jié)方法中經(jīng)比較，變頻調(diào)速技術(shù)最為先進(jìn)，調(diào)速效率高，調(diào)速性能好，改造方便，因此決定，采用，不但可達(dá)到節(jié)能的目的，同時還可提高裝置的自動控制水平。
3 鍋爐鼓風(fēng)機的變頻調(diào)速改造
3.1 變頻調(diào)速的工作原理
變頻調(diào)速的主要工作原理是將三相交流工頻電源經(jīng)大功率整流元件整流，變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度亦隨之改變的三相交流電，以此為電源供給電機使用，可以根據(jù)需要將電源頻率調(diào)節(jié)到一定的值。其工作原理示意圖如圖3所示。
圖3
鍋爐鼓風(fēng)機的電機采用的是交流三相異步電動機，其轉(zhuǎn)速與電源頻率的關(guān)系為n=60f(1-s)/p
式中：
n—電機轉(zhuǎn)速
f—電源頻率
p—電機的磁極對數(shù)
s—電機的轉(zhuǎn)差率，對確定的電機可視為定值
從式中可以看出轉(zhuǎn)速n正比于電源頻率f，調(diào)節(jié)f就可以達(dá)到調(diào)節(jié)n的目的。
3.2 高壓變頻器的選定與安裝
(1)根據(jù)電機容量，選用HARSVER—A系列A06/050型高壓變頻器，該等高壓設(shè)備，特點是參數(shù)顯示清晰、性能優(yōu)越、維護(hù)簡單、節(jié)能效果明顯等，其電壓等級為6KV，額定電流為50A，容量為500 KV A。
(2)安裝接線如圖4所示。
圖4
圖中K為高壓開關(guān)，K1為高壓緊急分?jǐn)啵琄2為高壓合允許，M為電機，L1、L2、L3為變頻器輸入端，U、V、W為變頻器輸出端 。
(3)為便于變頻器的維護(hù)與檢修，利用變頻器的旁路功能實現(xiàn)電機的手動旁路，接線示意圖如圖5所示。
圖5
圖中K3、K4、K5均為手動隔離開關(guān)，KM為帶綜合繼保的高壓斷路器，M為電機。K3、K4閉合且K5斷開時，電機由變頻器控制調(diào)速運行；K3、K4斷開且K5時閉合時，電機由KM直接啟、停并進(jìn)行保護(hù)，變頻器可完全和電網(wǎng)脫離。
4 改造后的運行效果
4.1 節(jié)能
(1)節(jié)能效果。改造前單臺月耗電量約為203100KWh，改造后單臺月耗電量約為36984 KWh(月運行時間均為600小時)，每月可節(jié)約電量1661161 KWh。
(2)經(jīng)濟效益。按電價0.44元/ KWh計算，每月節(jié)省電費約73091元。鍋爐鼓風(fēng)機的變頻改造總投資約80萬元，經(jīng)一年的運行即可收回全部投資，經(jīng)濟效益顯著。
4.2 改善了系統(tǒng)的監(jiān)控性和可靠性，提高了工作效率，減少了檢修和維修的工作量。
4.3 限制啟動電流，，延長了設(shè)備的使用壽命。
5 結(jié)論
對鍋爐鼓風(fēng)機進(jìn)行變頻調(diào)速改造后，不僅，而且改善了系統(tǒng)的監(jiān)控性和可靠性，延長了設(shè)備的使用壽命，因此是一次成功的改造。
北京科技有限公司是位于北京中關(guān)村的高新技術(shù)企業(yè)，是國內(nèi)最早從事開發(fā)和工程的專業(yè)公司，并入選中國節(jié)能產(chǎn)業(yè)前五強。公司自成立以來，一直致力于能管理技術(shù)與設(shè)備的研究開發(fā)工作，通過自主研發(fā)及國內(nèi)外同行的，目前公司已發(fā)展成為一家在國內(nèi)獨具優(yōu)勢的專業(yè)用電管理設(shè)備制造商和專業(yè)提供商。
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