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一、引言
鍋爐在選用與其配套的風機容量時，均是按鍋爐的最大蒸發(fā)量予以考慮，且留有20%風壓和20%流量的裕量。這就是說，即使鍋爐全載運行，其風門開度也不會是100%，最多僅能達到80%左右，并且鍋爐根據季節(jié)不同負荷量也會相應變化。此外，風機在選用其配套電動機時，也留有一定裕量。因而在鍋爐的正常運行中，其電動機總是處于不全載情況下運行。因此，對鍋爐風機的節(jié)能改造具有十分重要的經濟意義。風機系統(tǒng)中流量的調節(jié)常采用改變擋板開度的方式，因而在擋板上產生了附加的壓力損失。浪費了大量能源。采用變頻調速技術改造風機系統(tǒng)，不僅可以節(jié)約能源，而且使系統(tǒng)運行更加合理可靠。
二、節(jié)能分析
變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。如下圖示為壓力H-流量Q曲線特性圖:  n1-代表電機在額定轉速運行時的特性；
n2-代表電機降速運行在n2轉速時的特性；
R1-代表風機、泵類管路阻力最小時的阻力特性；
R2-代表風機、泵類管路阻力增大到某一數組時的阻力特性。
風機、泵類在管路特性曲線R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風機、泵類所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小流量到Q2，實際上通過增加管網管阻，使風機、泵類的工作點移到R2上的B點，壓力增大到H2，這時風機、泵類所需的功率正比于H2與Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風機、泵類所需的功率增大了。這種調節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運行成本換取簡單控制方式。
若采用變頻調速，風機轉速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調速后風機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。對于風機、泵類設備采用變頻調速后的節(jié)能效果，通常采用以下兩種方式進行計算：若采用變頻調速，風機轉速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調速后風機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。對于風機、泵類設備采用變頻調速后的節(jié)能效果，根據風機平方轉矩負載關系式：P / P0=（n / n0）3計算（P0額定轉速n0時的功率；P為轉速n時的功率），當電機在額定轉速的80%運行時，理論上其消耗的功率為額定功率的（80%）3，即51.2%，去除機械損耗電機銅、鐵損等影響。節(jié)能效率也接近40% 。
節(jié)能效果計算
（1）1#、2#鍋爐引風機200KW，鼓風機110KW，二次風機110KW。假設風量在80%—50%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為30%，電費按0.5元/KWH,一年運行天數300，則1#、2#鍋爐風機每年節(jié)約的電費：
2*（200+110+110）*30%*24*300*0.5=907200元。
（2） 3#鍋爐引風機220KW，鼓風機200KW，二次風機110KW。假設風量在80%—50%之間變化，變頻器平均節(jié)電率為30%，電費按0.5元/KWH,一年運行天數300，則每年節(jié)約的電費：（220+200+110）*30%*24*300*0.5=572400元。
三、改造前設備工況
貴公司設備是通過調節(jié)擋風板和閥門的開啟角度的機械調節(jié)方法來滿足不同的用風量，這種操作方式的缺點是:（1）電機及風機的轉速高，負荷強度重，電能浪費嚴重；（2）調節(jié)精度差，控制不精確；（3）電氣控制直接起動，啟動時電流對電網沖擊大，需要的電源（電網）容量大，功率因素較低；（4）起動時機械沖擊大,設備使用壽命低；（5）電氣保護特性差，當負載出現機械故障時不能瞬間動作保護設備等。采用變頻器可實現大的電動機的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機故障率，延長使用壽命，同時也降低了對電網的容量要求和無功損耗。
四、變頻改造方案
根據原有控制系統(tǒng)，可以做如下改動，保持原有系統(tǒng)不變，增加變頻柜，系統(tǒng)各臺電機均由相應變頻器驅動，在變頻器出現故障時可選擇工頻啟動，以使用原有的控制系統(tǒng)。也可以直接用雙投開關，在變頻器出現故障時將雙投開關切向原有的控制系統(tǒng)，保證生產的連續(xù)性。通過調節(jié)電位器以調節(jié)各變頻器的頻率，保證一定的煤風比例。負壓則通過顯示的壓力情況，人為地調節(jié)變頻器的頻率。變頻柜控制電氣圖如下：
工變頻切換圖 
采用雙投開關圖 
根據貴公司的實際情況和達到更好的節(jié)能效果，可以對下面設備進行改造，下表為變頻改造參數表：
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設備名稱 |
極數 |
電機功率 |
變頻器型號 |
備注 |
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1#爐引風機 |
四極 |
200KW |
CDI9000-P200 T4 |
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1#爐送風機 |
二極 |
110KW |
CDI9000-P110 T4 |
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1#爐二次風機 |
二極 |
110KW |
CDI9000-P110 T4 |
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3#爐引風機 |
六極 |
220KW |
CDI9000-P220 T4 |
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3#爐送風機 |
四極 |
200KW |
CDI9000-P200 T4 |
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3#爐二次風機 |
四極 |
110KW |
CDI9000-P110 T4 |
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五、總結
采用變頻器控制將有以下諸多優(yōu)點：
(1)、采用變頻器控制電機的轉速，取消擋板調節(jié)，降低了設備的故障 率，節(jié)電效果顯著；
(2)、采用變頻器控制電機，實現了電機的軟啟動，延長了設備的使用壽 命，避免了對電網的沖擊；
(3)、電機將在低于額定轉速的狀態(tài)下運行，減少了噪聲對環(huán)境的影響；；
(4)、具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能；
(5)、安裝時可不破壞原有的配電設施， 具有工變頻切換，保證生產的連續(xù)性
實踐證明，變頻改造具有顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產工藝要求，并且還大大減少了設備維護、維修費用，另外當采用變頻調速時，由于變頻裝置內的直流電抗器能很好的改善功率因數，也可以為電網節(jié)約容量。直接和間接經濟效益十分明顯。
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