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摘 要：分析了风机变频调速节能运转在锅炉的自动控制、操作进度和节能降耗方面的优越性。并解释了节能原理和节电量的计算方法。
关键词：锅炉风机、变频调速；控制应用；节能降耗
1 引言
风机是循环流化床锅炉重要组成部分，是最重要的辅机之一，由于循环流化床锅炉具有最低临界风速，并且一般料层较厚，所以鼓引风机用电量约占厂用电量的55%左右，较一般锅炉高出许多。所以，风机的效率高低，对于降低厂用电率、提高循环流化床锅炉效率很主要。风机传统采用档板调节风量的大小，因而造成了大量的能源浪费；如果采用改变转速调节风量，可节约30--70%的电能（根据设备的运行调节幅度有别）。在调速调节中，变频调速效果最好：效率高，调速范围广，特别适用于流量调节范围大且经常处于低负荷设备运行的工况，它具有软启动功能（可控制电机启动电流在额定电流的l5倍以内），减小对电网和电机的冲击、减小电机起动中烧损概率，延长了电机的使用寿命。风机采用变频调速，不仅节电、降低生产成本，减小起动时对电网的冲击，提高电动机的使用寿命（由于风机转动惯量大，风机启动电流达8倍左右，电机常在风机启动中烧损），同时改造后操作简便省力，还能改善工作环境。本文以引风机为例做出分析。
2 循环流化床锅炉引风机高压变频调速系统构成
2.1 锅炉引风机的运行工况及特点
根据设备配置和运行状况，风量随机组负荷变动而变化，当需要调节风量时，只能通过调整入口挡板开度，造成电能极大浪费，同时由于这些调节装置的响应速度，及与风量的非线性关系，使得与DCS系统配合不利，自动化水平大大降低。由此，我们将炉的引风机改为变频驱动。风量由DCS给定4～20mA信号调节。
2.2 锅炉引风机高压变频调速系统特点
风机调速是由锅炉运行操作人员通过DCS系统的LCD上的模拟操作器，参照烟气温度、锅炉蒸汽温度、负压等参数，对DCS的输出值进行调节，此输出值为反馈给变频器的4～20mA标准信号，对应不同的频率（速度）给定值，变频器通过比较转速输出量与DCS速度给定之间的大小，自动调节电机的转速，实现风机转速控制，从而达到调节的目的。在此基础上，经过一段时间的积累，可将不同负荷和温度下的给定值绘制成曲线，定出安全的上下限，制成风机调速专用算法，同时利用热工一次测量元件，将采集的负荷和温度参数及负压的变化值送到DCS系统中，在DCS系统中，进行控制运算，将计算结果形成4～20mA的速度给定指令信号，反馈给变频器，变频器通过比较转速输出量与DCS速度给定之间的大小，自动调节电机的转速，实现风机的转速自动控制。锅炉引风机变频系统具有如下特点：锅炉引风机变频系统，既可以变频调速运行，也可以直接投工频运行；为变频器提供的交流220V控制电源掉电时，由于变频器的控制电源和主电源没有相位及同步要求，变频器可以使用UPS和直流供电继续运行，不会停机；在现场DCS速度给定信号掉线时，变频器提供报警的同时，可按原转速继续运行，维持工况不变；变频器配置单元旁路功能，在局部故障时，变频器可将故障单元旁路，降额继续运行，减少突然停炉造成的损失；保留原电机继续使用，不改变原有风机设备任何基础；和DCS系统实现无缝连接。
3 锅炉引风机变频调速节能分析计算
3.1 风机变频调速的节能原理
当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变风机的性能曲线，使风机的额定参数满足工艺要求，根据风机的相似定律，变速前后风量、风压、功率与转速之间的关系为：
Q1/Q2=N1/N2
H1/H2=（N1/N2）2
P1/P2=（Nl/N2）3
Q1、H1、P2-----风机在N1转速时的风量、风压、功率
Q2、H2、P2-----风机在N2转速时相似工况下的风量、风压、功率
假如转速降低一半，即：N2/N1=1/2，则P2/P1=1/8，可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。当转速由N1降为N2时，风机的额定工作参数Q、H、P都降低了。但从效率曲线л—Q看，Q1与Q2点的效率值基本是一样的。
也就是说当转速降低时，额定工作参数相应降低，但效率不会降低，有时甚至会提高。因此在满足操作要求的前提下，风机仍能在同样甚至更高的效率下工作。降低了转速，风量就不再用关小风门来控制，风门始终处于全开状态，避免了由于关小风门引起的风力损失增加，也就避免了总效率的下降，确保了能源的充分利用。工频50Hz电网直接启动，对电网和机械冲击较大，声响很大，估算其启动一次的损耗：WS=0.5JωO2（1+R1/R2）TM/TM — TL，离心风机负载的平方转矩特性与异步电动机起动时的机械特性曲线部分相似，可以TM/TM— TL=1计。而变频软起动损耗很小，只有上述WS的1/lO，则每年的起动节能也是很可观的。当采用变频调速时，50Hz满载时功率因数为接近1，工作电流比电机额定电流值要低许多，这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用，可以为电网节约容量2O%左右。
3.2 风机节电计算如下
如前所述，采用变频调速控制风量可以节电达30%-70%（由设备运转情况决定），具体的节电量可以实测，也可以预先计算。下面说明计算方法。假设某厂风机用档板控制风量一般在70%左右运行，如改用变频调速后，仍控制风量为70%运行。风压参数如下：
H=1.03N2+0.56NQ-0.59Q2（式中各量为相对值）
额定风量：124980m3/min
额定压力：11.27kPa
额定风量时风机效率ηf=0.7
诵过档板控制70%风量时风机的效率ηf =0.65
风机的轴功率可用下式计算
P=QH/（3600xηf）
式中：Q-风量（m3/h）；H-风压（kpa）；ηf-风机的效率。
1）档板控制时功率
风量为7O%时的风压
H1=1.03x12+0.56xlx0.7-0.59x0.72=1.133
功率为：P1=QH/（3600ηfxηm）=492.55kw
式中ηm=0.9为电机的效率
2）变频控制时
风量为70% 时的风压
H2=1.03x0.72+0.56x0.72-0.59xO.72=0.49
功率为：P2=QH/（3600ηfxηmxηi）=224.3kw
式中 ηi=0.95为变频调速器的效率。
3）节电量根据I）、2），采用变频器调速时的节省功率
Ps=Pl-P2=492.55-224.3=268.25kw
根据现在电价0.56元/千瓦时，按每年运行8000小时，则可省电费0.56x
268.25x8000=1，201，760/ 年。
4 结束语
随着各个企业竞争日趋激烈，如何降低锅炉运行成本、提高企业竞价竞争能力、加强内部管理、挖潜节能是必须认真研究的一件大事，采用变频器对锅炉高能耗用电设备如：送风机、引风机等技术改造，不仅能收到直接的降低厂用电、降低供电煤耗，而且设备乃至锅炉的安全可靠性提高，减少锅炉故障带来的隐形经济效益。变频器技术在锅炉上有值得推广应用的广阔空间。
关键词：锅炉风机、变频调速；控制应用；节能降耗
1 引言
风机是循环流化床锅炉重要组成部分，是最重要的辅机之一，由于循环流化床锅炉具有最低临界风速，并且一般料层较厚，所以鼓引风机用电量约占厂用电量的55%左右，较一般锅炉高出许多。所以，风机的效率高低，对于降低厂用电率、提高循环流化床锅炉效率很主要。风机传统采用档板调节风量的大小，因而造成了大量的能源浪费；如果采用改变转速调节风量，可节约30--70%的电能（根据设备的运行调节幅度有别）。在调速调节中，变频调速效果最好：效率高，调速范围广，特别适用于流量调节范围大且经常处于低负荷设备运行的工况，它具有软启动功能（可控制电机启动电流在额定电流的l5倍以内），减小对电网和电机的冲击、减小电机起动中烧损概率，延长了电机的使用寿命。风机采用变频调速，不仅节电、降低生产成本，减小起动时对电网的冲击，提高电动机的使用寿命（由于风机转动惯量大，风机启动电流达8倍左右，电机常在风机启动中烧损），同时改造后操作简便省力，还能改善工作环境。本文以引风机为例做出分析。
2 循环流化床锅炉引风机高压变频调速系统构成
2.1 锅炉引风机的运行工况及特点
根据设备配置和运行状况，风量随机组负荷变动而变化，当需要调节风量时，只能通过调整入口挡板开度，造成电能极大浪费，同时由于这些调节装置的响应速度，及与风量的非线性关系，使得与DCS系统配合不利，自动化水平大大降低。由此，我们将炉的引风机改为变频驱动。风量由DCS给定4～20mA信号调节。
2.2 锅炉引风机高压变频调速系统特点
风机调速是由锅炉运行操作人员通过DCS系统的LCD上的模拟操作器，参照烟气温度、锅炉蒸汽温度、负压等参数，对DCS的输出值进行调节，此输出值为反馈给变频器的4～20mA标准信号，对应不同的频率（速度）给定值，变频器通过比较转速输出量与DCS速度给定之间的大小，自动调节电机的转速，实现风机转速控制，从而达到调节的目的。在此基础上，经过一段时间的积累，可将不同负荷和温度下的给定值绘制成曲线，定出安全的上下限，制成风机调速专用算法，同时利用热工一次测量元件，将采集的负荷和温度参数及负压的变化值送到DCS系统中，在DCS系统中，进行控制运算，将计算结果形成4～20mA的速度给定指令信号，反馈给变频器，变频器通过比较转速输出量与DCS速度给定之间的大小，自动调节电机的转速，实现风机的转速自动控制。锅炉引风机变频系统具有如下特点：锅炉引风机变频系统，既可以变频调速运行，也可以直接投工频运行；为变频器提供的交流220V控制电源掉电时，由于变频器的控制电源和主电源没有相位及同步要求，变频器可以使用UPS和直流供电继续运行，不会停机；在现场DCS速度给定信号掉线时，变频器提供报警的同时，可按原转速继续运行，维持工况不变；变频器配置单元旁路功能，在局部故障时，变频器可将故障单元旁路，降额继续运行，减少突然停炉造成的损失；保留原电机继续使用，不改变原有风机设备任何基础；和DCS系统实现无缝连接。
3 锅炉引风机变频调速节能分析计算
3.1 风机变频调速的节能原理
当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变风机的性能曲线，使风机的额定参数满足工艺要求，根据风机的相似定律，变速前后风量、风压、功率与转速之间的关系为：
Q1/Q2=N1/N2
H1/H2=（N1/N2）2
P1/P2=（Nl/N2）3
Q1、H1、P2-----风机在N1转速时的风量、风压、功率
Q2、H2、P2-----风机在N2转速时相似工况下的风量、风压、功率
假如转速降低一半，即：N2/N1=1/2，则P2/P1=1/8，可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。当转速由N1降为N2时，风机的额定工作参数Q、H、P都降低了。但从效率曲线л—Q看，Q1与Q2点的效率值基本是一样的。
也就是说当转速降低时，额定工作参数相应降低，但效率不会降低，有时甚至会提高。因此在满足操作要求的前提下，风机仍能在同样甚至更高的效率下工作。降低了转速，风量就不再用关小风门来控制，风门始终处于全开状态，避免了由于关小风门引起的风力损失增加，也就避免了总效率的下降，确保了能源的充分利用。工频50Hz电网直接启动，对电网和机械冲击较大，声响很大，估算其启动一次的损耗：WS=0.5JωO2（1+R1/R2）TM/TM — TL，离心风机负载的平方转矩特性与异步电动机起动时的机械特性曲线部分相似，可以TM/TM— TL=1计。而变频软起动损耗很小，只有上述WS的1/lO，则每年的起动节能也是很可观的。当采用变频调速时，50Hz满载时功率因数为接近1，工作电流比电机额定电流值要低许多，这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用，可以为电网节约容量2O%左右。
3.2 风机节电计算如下
如前所述，采用变频调速控制风量可以节电达30%-70%（由设备运转情况决定），具体的节电量可以实测，也可以预先计算。下面说明计算方法。假设某厂风机用档板控制风量一般在70%左右运行，如改用变频调速后，仍控制风量为70%运行。风压参数如下：
H=1.03N2+0.56NQ-0.59Q2（式中各量为相对值）
额定风量：124980m3/min
额定压力：11.27kPa
额定风量时风机效率ηf=0.7
诵过档板控制70%风量时风机的效率ηf =0.65
风机的轴功率可用下式计算
P=QH/（3600xηf）
式中：Q-风量（m3/h）；H-风压（kpa）；ηf-风机的效率。
1）档板控制时功率
风量为7O%时的风压
H1=1.03x12+0.56xlx0.7-0.59x0.72=1.133
功率为：P1=QH/（3600ηfxηm）=492.55kw
式中ηm=0.9为电机的效率
2）变频控制时
风量为70% 时的风压
H2=1.03x0.72+0.56x0.72-0.59xO.72=0.49
功率为：P2=QH/（3600ηfxηmxηi）=224.3kw
式中 ηi=0.95为变频调速器的效率。
3）节电量根据I）、2），采用变频器调速时的节省功率
Ps=Pl-P2=492.55-224.3=268.25kw
根据现在电价0.56元/千瓦时，按每年运行8000小时，则可省电费0.56x
268.25x8000=1，201，760/ 年。
4 结束语
随着各个企业竞争日趋激烈，如何降低锅炉运行成本、提高企业竞价竞争能力、加强内部管理、挖潜节能是必须认真研究的一件大事，采用变频器对锅炉高能耗用电设备如：送风机、引风机等技术改造，不仅能收到直接的降低厂用电、降低供电煤耗，而且设备乃至锅炉的安全可靠性提高，减少锅炉故障带来的隐形经济效益。变频器技术在锅炉上有值得推广应用的广阔空间。