变频技术在锅炉风机中的应用

2019-10-21 10:20康俊文
名城绘 2019年2期
关键词:变频技术应用

康俊文

摘要:煤矿原有锅炉风机(鼓风机、引风机)都是在工频状态下运行的,电气多采用接触器控制,故障率高,流量调节控制靠改变风门挡板或阀门来实现,其机械设备维修量大,工人劳动强度大,节流引起大量电能损失,电网冲击及电能浪费也很严重。变频技术作为一种电子技术,它的应用使设备工作效率明显提高,操作更加方便,还能节约能源,带来可观的经济效益。为此,大多数煤矿都对原有的风机控制设备进行了技术改造,采用变频技术来控制。通过变频技术来调节电动机转速以调节风量,可精确地调节锅炉送风量及引风量,提高锅炉热效率及燃烧效率。本文对变频技术在锅炉风机中的应用进行分析。

关键词:变频技术;锅炉风机;应用

1、变频调速节能原理

1.1变频器控制风机电机流程

在实际工作中,风机的工作电压根据变频器的输入端子进行科学合理的设定,变频器由预编程序进行控制,通过对压力信号进行实时的监测,再根据监测结果,输出对应的控制信号。控制信号通过对输入电源的频率进行有效控制,进而对风机转速进行有效的调节,从而对炉膛风压进行科学合理的调节,设置在炉膛内部的传感器能够实时对其内部的风压进行有效的监控,再将风压信号进一步传递给变频器,进而能够对风机进行科学合理的自动控制。

1.2电动机转速与电源频率的关系

根据电磁感应原理得知,电动机转速与电源频率之间的关系为

式中:n为转速;f为频率;p为电动机极对数。当风机转速改变,而其它条件不变时,性能参数有如下关系:

式中:Q0为风机额定流量;Q′为改变后的风机流量;H0为风机额定风压;H′为改变后风机风压;N0为风机额定轴功率;N′为改变后风机轴功率;n0为电动机恒定转速;n′为改变后的电动机转速;K为比例系数。通过式(2)可看出,流量与转速成正比,风压与转速平方成正比,轴功率与转速立方成正比。当频率降低时,其电动机转速降低,而相应流量、风压和轴功率也降低,反之将增加。

2、鼓风机、引风机变频控制原理

(1)锅炉运行中,鼓风机需要连续不间断的工作,为炉膛燃料的充分燃烧提供充足的氧气,确保燃料得以充分利用。鼓风机的控制回路根据锅炉炉膛内部的实际温度进行针对性调节,确保炉膛内部温度始终处于合理范围,避免温度过高或过低,对锅炉的运行造成不利影响。炉膛内部温度发生变化后,感应器能够进行有效的检测,通过变送器将温度信号转化为电信号,再经过PID控制算法处理后输入变频器,变频器根据信号输出不同的电压和频率,实现鼓风机电机变频控制。(2)锅炉运行过程中,会产生大量的烟气,排烟风量过大,会导致排烟温度过高,造成不必要的能量浪费;排烟风量过小,烟气的大量聚集,使空气无法进入,导致锅炉效率的降低。通过感应装置实时监测炉膛内的负压值,再经变送器将信号传输至变频器,借助PID对工作参数进行调整,实现引风量的调节。

3、变频技术在锅炉风机中的应用方案

某集团对3#锅炉鼓风机(11kW)、引风机(55kW)进行了变频技术改造,根据风机的特性,风机的流量变化,与转速成正比;而功率变化,则与转速变化立方成正比。因此,当风机转速降低时,风量减少,电机功率则成立方比下降。所以采用调速方式运行设备,可以大量节约电能。

3.1风机调节输出风量的方法

(1)风机运行曲线

图2中曲线(1)(A和B之间的线)为风机在恒定转速n0下的风压-风量特性;曲线(2)为管网阻力特性。假设风机在A点效率最高,此时风压为H2,风量为Q2,轴功率为H2、Q2的乘积,用图2中面积AH2OQ2表示;如果风量从Q2减少到Q1,管网阻力特性变到曲线(3),原先工况点由A变到新的B点运行,风压增加,轴功率用图2中面积BH3OQ1表示,轴功率下降不大;如采用变频调速,风机转速由n0降到n′,画出在转速n′下风压-风量特性曲线(4)(过C点的线),在同样风量Q1的情况下,风压H1大幅度降低,轴功率也随之显著减少,用面积CH1OQ1表示,节省功率用面积BH3H1C表示,节能效果十分可观。

(2)通过改变风机叶片的角度,来实现对风机的风量调节。当风机管网性能曲线不变时,通过改变风机叶片的角度,使风机的特性曲线(H-Q曲线)改变。在调低流量的同时,风机内部压力也随之下降,具有很好的节电效果。但是这种方法使风机叶轮结构复杂,调节机构磨损较大。同时,调节叶片角度必须停机进行,无法用在需要风机连续运行、连续调节的场合。

(3)通过改变风机的转速,来实现对风机的风量调节。在风机的管网特性不变,改变风机的转速,使风机的特性曲线(H-Q曲线)平行移动,达到调节风量的目的。如图3所示。当风机转速降低,流量降低的同时,风机的压力也同时随之降低,这样,具有极好的节电效果。这种方法不必对风机本身进行改造,转速由外部调节,风机档板可处于全开位置保持不变,并能实现无级线性调节风量。

(4)转速与采用挡板调节流量消耗功率的差值,在调节相同风量时,其运行对比前图可见,在额定风量时,两种调节方式的消耗轴功率是相同的;在不同风量时,转速调节是所有调节中消耗轴功率最少的一种。

3.2转速的调节的实现

(1)改变转差率,在低速时转差率大,转差损耗大,效率很低。(2)变极调速(即改变磁极对数),不能获得无级调速和实现自动调节。(3)变频调速,通过改变供电频率实现调速,在调速过程中从高速到低速,都可以保持有较小的转差率,可实现无级调速、自动控制、具有较好的调速性能。变频调速是异步电动机比较理想的调速方法。近年来,变频器可靠性不断提高,价格不断下降。由此。我们确定了对锅炉风机实施变频调速改造的方案。

4、改造后的效果

经过考察选用了变频设备(型号:ACS550,ACS401),根据炉膛负压、蒸汽压力、温度等信号调整风机转速,达到调节风量的目的。未进行变频改造前,电机不能调速,风量是通过调整风阀的开启度调节风量的大小,既不方便又浪费能源。根据需求我们对3#锅炉进行了改造,通过頻率调整改变电机的转速,达到调节风量的目的。3#炉引风机变频技术改造后,通过正确的调整供电频率,用电量有明显下降。该项目以后每年可为总公司增加数万元的净利润,进一步提高了企业的经济效益。

5、结语

综上所述,将变频技术运用于锅炉风机控制,改善风机运行过程中的能源浪费情况,提高能源利用率,大大降低能源成本。在实际的应用过程中,要结合锅炉工作的实际情况进行有针对性的应用,确保变频技术的有效利用。

参考文献:

[1]变频调速在锅炉风机的应用及节能效果分析[J].梁文标.科技与创新.2014(13).

[2]工业锅炉风机变频技术节能改造案例[J].郑文贤,刘宇清,郑佩根,廖发业.节能.2016(07).

[3]变频技术在火电厂的泵与风机中的应用[J].程丽娟,程丽娟.电子世界.2017(20).

[4]风机设备的变频技术及应用[J].佟长青.企业导报.2015(15).

[5]污水处理风机节能改造中变频技术的应用[J].吴劲.内江科技.2017(08).

(作者单位:山西平朔煤矸石发电有限责任公司)

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