1引言

南郊熱源廠位于鄭州市南四環(huán)以南1.6公里處，鄭堯高速以東1.2公里，距計劃打通的大學南路200米，廠區(qū)占地76.8畝?？傮w規(guī)劃為4臺116MW（4×160t）循環(huán)流化床熱水鍋爐。一期規(guī)劃為2臺116MW（2×160t）循環(huán)流化床熱水鍋爐，投資2.04億元，是目前河南省最大的熱源廠。項目建成后可實現(xiàn)供熱面積約1000萬㎡。其中一期工程可實現(xiàn)供熱面積約500萬㎡，可滿足中州大道以西，西三環(huán)以東航海路以南的供熱需求。南郊熱源廠的建成對于緩解總公司熱源緊張，及為實現(xiàn)進一步發(fā)展壯大供熱格局將起到非常重要的作用。

南郊熱源廠一期工程二臺循環(huán)流化床鍋爐分別由無錫鍋爐廠和鄭州鍋爐廠生產(chǎn)。鍋爐機組分別裝有引風機，型號為：QAY-5№24.5F，電機型號為：YKKPT630-61000kW/10kV。引風機風量調(diào)節(jié)為入口擋板調(diào)節(jié)方式；機組運行中，引風機的入口擋板開度最大不到60%左右。由于這樣的調(diào)節(jié)方法僅僅是改變通道的流通阻力，而驅(qū)動源的輸出功率并沒有改變，節(jié)流損失相當大，浪費了大量電能。同時，電機啟動時會產(chǎn)生5～7倍的沖擊電流，對電機構成損害。引風機系統(tǒng)自動化水平低，運行效率低。為此采用變頻調(diào)節(jié)方式對引風機系統(tǒng)進行改造，以減少節(jié)流損失，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。廠領導經(jīng)過考察分析，經(jīng)過招標方式選擇了山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-1000F（適配1000kW/10kV電機）高壓變頻器2套對鍋爐引風機進行調(diào)速控制，改造取得了成功。用戶現(xiàn)場如圖1所示。

                                                                               圖1用戶現(xiàn)場

2鍋爐引風機高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)構成

2.1鍋爐引風機基本參數(shù)

鍋爐引風機主要用于116MW燃煤熱水鍋爐引風系統(tǒng)，輸送的介質(zhì)為煙氣（溫度120~150℃）。引風機一共為2臺，其基本參數(shù)如表1所示。

2.2高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)構成

南郊熱源廠2臺116MW機組配置引風機2臺，引風機改造選用風光JD-BP38-1000F高壓變頻器2臺、并配置自動旁路柜，用于變頻/工頻切換。采用“一拖一”變頻控制。風光JD-BP38-1000F變頻器參數(shù)如表2所示：

3鍋爐引風機變頻節(jié)能原理

一般異步電動機的同步轉(zhuǎn)速為：n1＝60f/p，而異步電動機轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1存在一個滑差關系：n=n1（1-s）=60f/p（1-s），由上式可以得到，改變異步電動機的轉(zhuǎn)速可以通過改變f、p、s可以達到。針對某一電動機而言P是一定的，而通過改變s進行調(diào)速空間非常小，所以變頻調(diào)速通過改變定子供電頻率f來改變同步轉(zhuǎn)速是異步電動機的最為合理的調(diào)速方法。

若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速。異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，目前變頻調(diào)速已成為異步電動機最主要的調(diào)速方式，在很多領域都獲得了廣泛的應用。

根據(jù)流體力學相似定律：Q1/Q2＝n1/n2輸出風量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；

H1/H2＝(n1/n2)2輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n2正比；

P1/P2＝(n1/n2)3輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n3正比。

當風機風量需要改變時，如調(diào)節(jié)風門的開度，則會使大量電能白白消耗在擋板上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風量，可使軸功率隨風量的減小大幅度下降?？梢姡ㄟ^變頻對風機進行控制，不但節(jié)能而且大大提高了設備運行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。

4鍋爐引風機高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)特點

引風機調(diào)速是由熱電廠操作人員通過DCS系統(tǒng)的CRT上的模擬操作器，參照煙氣溫度、鍋爐蒸汽溫度、負壓等參數(shù)，對DCS的輸出值進行調(diào)節(jié)，此輸出值為反饋給變頻器的4～20mA標準信號，對應不同的頻率（速度）給定值，變頻器通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風機風量控制，從而達到節(jié)能的目的。

在此基礎上，經(jīng)過一段時間的積累，可將不同負荷和溫度下的給定值繪制成曲線，定出安全的上下限，制成風機調(diào)速專用算法，同時利用熱工一次測量元件，將采集的負荷和溫度參數(shù)及負壓的變化值送到機組DCS系統(tǒng)中，在機組DCS系統(tǒng)中，進行控制運算，將計算結果形成4～20mA的速度給定指令信號，反饋給變頻器，變頻器通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風機的轉(zhuǎn)速自動控制。

鍋爐引風機變頻系統(tǒng)具有如下特點：鍋爐引風機變頻系統(tǒng)，既可以變頻調(diào)速運行，也可以直接投工頻運行；為變頻器提供的交流220V控制電源掉電時，由于變頻器的控制電源和主電源沒有相位及同步要求，變頻器可以使用UPS和直流供電繼續(xù)運行，不會停機；變頻器配置單元旁路功能，在局部故障時，變頻器可將故障單元旁路，采用星點漂移技術保持最大限度功率輸出，減少停機造成的損失；保留原電機繼續(xù)使用，不改變原有風機設備任何基礎；和電廠的DCS系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接。高壓變頻器控制外圍控制回路如圖2所示。

                                                               圖2高壓變頻器控制外圍控制回路

5引風機采用一拖一運行方式，配置自動旁路柜

                                                                        圖3引風機自動旁路柜

原來2臺鍋爐引風機全部采用工頻運行，對2臺引風機增設變頻調(diào)速裝置改造，采用一拖一加自動旁路的方式。將原引風機擋板調(diào)節(jié)的運行方式改為由變頻調(diào)節(jié)引風機風量的運行方式。當變頻器故障或檢修，可自動切至工頻運行。當引風機變頻運行時通過DCS調(diào)節(jié)風機頻率去調(diào)整風機轉(zhuǎn)速，從而達到調(diào)節(jié)引風機風量的目的，同時保留原擋板調(diào)節(jié)方式，引風機變頻運行時擋板置于全開位置以減少節(jié)流損失。

引風機高壓變頻器其一次電路如圖3所示。旁路柜在變頻器進、出線端增加了兩個隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機運行于旁路時，能安全地進行變頻器的故障處理或維護工作。

旁路柜主要配置：三個真空斷路器（QF1、QF2、QF3）和兩個刀閘隔離開關K1、K2。QF2與QF3實現(xiàn)電氣互鎖，當QF1、QF2閉合，QF3斷開時，電機變頻運行；當QF1、QF2斷開，QF3閉合時，電機工頻運行。另外，QF1閉合時，K1操作手柄被鎖死，不能操作；QF2閉合時，K2操作手柄被鎖死，不能操作。

電機工頻運行時，若需對變頻器進行故障處理或維護，切記在QF1、QF2分閘狀態(tài)下，將隔離刀閘K1和K2斷開。

合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號串聯(lián)于QF1、QF2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時，真空斷路器QF1、QF2合閘不允許；在QF1、QF2合閘狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障，則“合閘允許”斷開，QF1、QF2跳閘，分斷變頻器高壓輸入電源。

旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號并聯(lián)于QF3合閘回路。變頻運行狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障且自動投入允許，系統(tǒng)將首先分斷變頻器高壓輸入、輸出開關QF1和QF2，經(jīng)過一定延時后，“旁路投入”閉合，即工頻旁路開關QF3合閘，電機投入電網(wǎng)工頻運行，并把旁路狀態(tài)信號發(fā)送給DCS。同時DCS邏輯自動將風門迅速關到工頻相應開度，此時運行人員參與調(diào)節(jié)，控制風量風壓正常，確保爐膛燃燒穩(wěn)定。

如變頻器發(fā)生隱患，變頻器發(fā)送“變頻器報警”信號至DCS，此時變頻器繼續(xù)運行，檢修人員可到本地根據(jù)變頻器報警信息排除隱患。

6引風機變頻節(jié)能效果

熱力公司供熱負荷在初期、中期、末期時的變化很大，負荷需要根據(jù)天氣情況實時調(diào)整，也就是要對引風機的轉(zhuǎn)速要隨時進行調(diào)整。根據(jù)鍋爐實際負荷需要對引風機進行變頻調(diào)速控制，既滿足了負荷調(diào)整需要，保證和改善了工藝，又達到了節(jié)能降耗的目的。風光JD-BP38-1000F（1000kW/10kV）高壓變頻器運行界面如圖4所示。

                                                                圖4高壓變頻器運行界面

通過運行實踐，兩臺引風機的運行情況基本相同，供暖中期的運行頻率平均在41Hz，電流平均在43A左右，初期、末期時的運行頻率平均在31Hz，電流平均在19A左右，中期時間大約占三分之一，初期、末期時間占三分之二。系統(tǒng)配置電機額定電流為72A，根據(jù)實際運行測試電機工頻運行電流在66A左右：

P變=1.732×10×（43×0.98×33%+19×0.98×67%）=456.8kW

P工=1.732×10×66×0.82=937.4kW

節(jié)電率=（P工-P變）/P工×100%=51.2%

引風機每天運行24h，一個采暖期按120d，每度電按0.65元計算，那么一個采暖期每臺引風機節(jié)約電費計算如下：

（937.4kW-456.8kW）×24h×120d×0.65元/kW?h=89.968萬元，一個采暖期兩臺引風機合計節(jié)約電費170多萬元。節(jié)能效果十分顯著。

7結束語

山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-1000F的高壓變頻器在鄭州熱電廠鍋爐引風機投運以來，其性能穩(wěn)定、節(jié)能效果明顯，可以根據(jù)供熱鍋爐的負荷情況進行風量調(diào)節(jié)，大大提高鍋爐的穩(wěn)定性，并且節(jié)煤效果很好，提高了運行的經(jīng)濟性。

在鍋爐引風機的燃燒系統(tǒng)中應用高壓變頻器節(jié)能降耗，是國家大力提倡節(jié)能降耗政策不可缺少的技術手段。除此之外，變頻器對鍋爐的穩(wěn)定運行也起著重要作用。高壓變頻器越來越廣泛地應用在電力、冶金、石化、水泥、礦山等高壓電機驅(qū)動的各個行業(yè)。

參考文獻

山東新風光電子使用手冊[Z]山東新風光電子科技發(fā)展有限公司。

作者簡介

劉慶慶女電氣專工，供職于鄭州熱力總公司南郊熱源廠。

劉殿珍男技術支持工程師，供職于山東新風光電子科技發(fā)展有限公司。

生產(chǎn)基地地址：山東省汶上縣經(jīng)濟開發(fā)區(qū)

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文章聯(lián)系人：郭培彬

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