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[摘 要]电厂是能源消耗极大的产业，尤其是火力发电厂更是如此。风机作为电厂锅炉运行中一个重要的组成，长期在低效区运行，大幅度地降低了风机的使用效率，形成高效风机低效运行的局面。因此有必要对风机进行节能改造，从而达到节能减排的效果，同时也能够促进企业经济效益的增涨。
[关键词]电厂锅炉 节能减排 变频调速
中图分类号：T355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0075-01
引言
电厂锅炉对于是企业生产中最为重要的组成部分，但同时也是能源消耗较大的环节。本文通过对某电厂310MW机组进行分析，对锅炉风机节能改造进行了阐述。
1、机组锅炉风机变频节能改造必要性分析
1.1 从风机运行状态分析
随着电力行业改革的深化、“厂网分家”、“竞价上网”等政策的出台，通过节能降耗，降低厂用电率，降低发电成本，提高电价竞争力，已成为各发电厂提高经济效益的重要工作。
在发电厂中，风机和水泵是主要的耗电设备，容量大、耗电多。加上基本上都为连续运行且常常处于低负荷及变负荷运行状态，节能潜力巨大。厂用电一般占机组年发电量的8.76%。而风机、水泵等负载约占厂用电量的三分之一，6kV以上电压等级的风机、水泵等辅机设备将至少消耗其中的九成。由于这些设备经常没有工作在最高效率点，所以实际运行效率并不高。当初设计时是以最大需风量和风压作为参考来选择电机类型，所以冗余量特别大，一般风量裕量在5%～10%，风压裕量在10%。其中锅炉引风机、一次风机、二次风机、送风机的单机功率大，长时间运行，节能潜力最大。其他的比如排粉风机、再循环风机等也具有很大的节能潜力。所以对电厂高压辅机设备进行降耗节能改造，不仅是当前推进企业节能降耗的重要技术手段，也是实现经济增长方式转变的必然要求。
1.2 从风机控制方式分析
传统的风机调节方法是对入口或者出口的挡板阀门开门度进行调节，从而对风机的流量以及压力进行调节，这种调节方法可以说缺点很多，例如能耗大、维修难度大、经济效益差、设备损坏严重等。其主要存在问题体现在以下几个方面：（1）大量的能量在采用挡板阀门调节时，在截流的过程中损耗。就电厂锅炉风机而言，最为有效的节能措施是通过利用调速来进行流量的调节。一般而言，风机多为平方转矩负载，轴功率则与转速大致成立方关系，因此，当风机的转速下降的时候，必然会使功率的消耗大幅下降。（2）由于介质对挡板阀门以及管道有着很大的冲击，因此就容易使设备出现严重的损坏现象。（3）挡板阀门作为一种比较传统的调节方式，其动作较为迟缓，同时在手动的时候也不易于人员的操作，甚至可能因为操作不当而引起风机的震动。一般而言，挡板阀门的执行机构多为大力矩的电动执行器，因此常会出现很多故障，不适应长期频繁调节，构成闭环自动控制难度大，调节线性度较差，同时其动态性能也不理想。（4）异步电动机在直接启动时所消耗的电流量超过电机额定电流的六倍到八倍，因此会对电网造成较大的冲击，同时也会导致电机发热，这种强大的冲击转矩对于电机以及风机造成很大的影响，会导致其使用寿命的缩短。
2、电厂锅炉风机风量调节现状
风机在锅炉运行中主要是用于锅炉的燃烧系统，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。目前最常用的控制手段就是调节挡板开度的大小来调整风机风量。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以挡板的节流损失消耗掉了。且锅炉在选用与其配套的风机容量时，均是按锅炉的最大蒸发量予以考虑，且留有20%风压和20%流量的裕量；并在选用其配套电动机时，也留有一定裕量。这样在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗，从而导致生产成本在幅度增加，设备使用寿命严重缩短，设备维护、维修费用高居不下。风机多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点，不仅严重影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现负载损坏的同时电机也被烧毁的现象。而变频器存在着易操作、免维护、控制精度高且可以实现高功能化等优点，因此在风机运行中采用变频器调速，可以节约能源，使系统运行更加合理可靠。
3、风机节能改造实施过程
一般在发电厂当中使用的水泵以及风机，绝大多数都是定速运行的，在机组负荷出现了变化，就需要通过风机出人口挡板的改变或者是水泵出口阀门的改变来满足新工况提出的要求。这时，水泵与风机的效率被大幅度的降低，在挡板、管道以及阀门之上损失了大量的能量。根据实际的设备运行需求，变频调速装置就需要将电机的转速加以改变，确保设备一直都能够处于最佳的运行状态，这样有利于保持良好的运行状态，从而满足节能降耗的目的。
3.1 变频调速分析
（1）变频调速能节约原来损耗在挡板阀门截流过程中的大量能量，大大提高了经济效益。
（2）通过采用变频调速实现软起动，避免了对电网以及机械负载的冲击，在很大程度上延长了风机的使用寿命。同时，采用变频调速后，电机的无功功率通过变频器直流环节的滤波电容进行了瞬时补偿，变频器的输入功率因数可大0.95以上。相对电机直接工频运行而言，功率因数得到较大的改善，尤其是对低速电机更为明显。实现变频调速后，风机和水泵经常在额定转速以下运行，介质对风机风扇的磨损、水泵叶轮、轴承的密封、磨损的损坏都大大降低。同时，烟气对烟道挡板的冲击磨损大大降低，延长了烟道挡板的检修周期，减少了维护工作量。电机运行的振动和噪声也明显降低。
（3）采用变频调速后，可以很方便地构成闭环控制，进行自动调节，调节器输出的4-20mA信号输到变频器（或通过通信接口进行控制），通过变频器调节电机转速，可以平稳地调节风量、流量，且线形度较好，动态响应快，使机组在更经济的状态下安全稳定运行。 按照常规设计，对于310MW机组辅机设备参数如下：引风机两台，各2000KW；送风机两台，各1250KW。如果工作设备使用变频方式，保守估计节能率为30%。以上分析为直接节能效益。除此之外，变频器对机泵实现真正软启动，使高压开关、电机、机泵、阀门、管网等诸多设备的启动冲击和机械摩擦、震动大大减少，延长了机组的使用寿命，节省了这些设备的一大笔维护费用。变频器所配置的阀门联动、参数自动记录、流量闭环自动调节等功能提高了系统的自动化水平。
3.2 主回路改造过程
系统改造后的一次主回路如图1所示。控制柜可实现在变频器故障时将2台风机同时切换回工频运行，不影响锅炉生产；开关柜3、高压变频器、切换柜为新增设备；K1为隔离CD；KM1与KM2为真空接触器，实现工频与变频运行的切换，工频与变频运行是相互联锁的，使用同一个控制回路，以保证变频器同时驱动2台电机；K1未合到位时，KM1与KM2不允许合D；KM1与DL1互锁，KM2与DL2互锁，以避免工频电源反送至变频器输出端子或两路电源同时输送到电机上；切换柜加电压监测仪，柜门上加电E锁，以保证安全；K1加电E锁，在变频器有输出时不允许操作K1。
图1系统改造后的部分一次主回路
3.3 控制回路改造过程
高压变频器控制系统包括主控制器、单元控制器、功率单一控制部分、辅助部分。
原系统通过DCS控制2台风机的启停及挡板，变频改造后仍保留原控制系统，以备风机工频运行时使用。变频改造后，高压变频器系统可实现就地/远程控制。将变频器控制系统与DCS系统联接，通过DCS操作员站对变频器系统进行启停、复位及频率调节控制；可在DCS系统上对变频器及电机的运行参数、设备故障信号进行监测；能够实现在锅炉正常运行中工频和变频状态的无扰动切换。
结束语
综上所述，风机是发电厂锅炉中最大的耗能设备， 风机能否合理经济运行关系到发电厂的经济运行， 选择合理的节能措施势在必行。在对风机进行节能改造中，采用变频调节方式具有诸多优点，例如：可降低风机的启动电流，实现电机的软启动，避免了大启动电流对电网的冲击和大的启动力矩对电动机的机械冲击等。因此，随着科技的进步以及人们节能减排理念的加深，随着科学技术的发展，变频调速技术将在电厂锅炉风机改造中得到更加广泛的应用。
参考文献
[1] 张彦明.高压变频调速技术在电厂的应用及节能对比[J].广东电力，2009，（11）.
[2] 赵晓熙.高压变频技术在锅炉风机节能改造中的应用及分析[J].中国科技信息.2009，（12）
[关键词]电厂锅炉 节能减排 变频调速
中图分类号：T355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）28-0075-01
引言
电厂锅炉对于是企业生产中最为重要的组成部分，但同时也是能源消耗较大的环节。本文通过对某电厂310MW机组进行分析，对锅炉风机节能改造进行了阐述。
1、机组锅炉风机变频节能改造必要性分析
1.1 从风机运行状态分析
随着电力行业改革的深化、“厂网分家”、“竞价上网”等政策的出台，通过节能降耗，降低厂用电率，降低发电成本，提高电价竞争力，已成为各发电厂提高经济效益的重要工作。
在发电厂中，风机和水泵是主要的耗电设备，容量大、耗电多。加上基本上都为连续运行且常常处于低负荷及变负荷运行状态，节能潜力巨大。厂用电一般占机组年发电量的8.76%。而风机、水泵等负载约占厂用电量的三分之一，6kV以上电压等级的风机、水泵等辅机设备将至少消耗其中的九成。由于这些设备经常没有工作在最高效率点，所以实际运行效率并不高。当初设计时是以最大需风量和风压作为参考来选择电机类型，所以冗余量特别大，一般风量裕量在5%～10%，风压裕量在10%。其中锅炉引风机、一次风机、二次风机、送风机的单机功率大，长时间运行，节能潜力最大。其他的比如排粉风机、再循环风机等也具有很大的节能潜力。所以对电厂高压辅机设备进行降耗节能改造，不仅是当前推进企业节能降耗的重要技术手段，也是实现经济增长方式转变的必然要求。
1.2 从风机控制方式分析
传统的风机调节方法是对入口或者出口的挡板阀门开门度进行调节，从而对风机的流量以及压力进行调节，这种调节方法可以说缺点很多，例如能耗大、维修难度大、经济效益差、设备损坏严重等。其主要存在问题体现在以下几个方面：（1）大量的能量在采用挡板阀门调节时，在截流的过程中损耗。就电厂锅炉风机而言，最为有效的节能措施是通过利用调速来进行流量的调节。一般而言，风机多为平方转矩负载，轴功率则与转速大致成立方关系，因此，当风机的转速下降的时候，必然会使功率的消耗大幅下降。（2）由于介质对挡板阀门以及管道有着很大的冲击，因此就容易使设备出现严重的损坏现象。（3）挡板阀门作为一种比较传统的调节方式，其动作较为迟缓，同时在手动的时候也不易于人员的操作，甚至可能因为操作不当而引起风机的震动。一般而言，挡板阀门的执行机构多为大力矩的电动执行器，因此常会出现很多故障，不适应长期频繁调节，构成闭环自动控制难度大，调节线性度较差，同时其动态性能也不理想。（4）异步电动机在直接启动时所消耗的电流量超过电机额定电流的六倍到八倍，因此会对电网造成较大的冲击，同时也会导致电机发热，这种强大的冲击转矩对于电机以及风机造成很大的影响，会导致其使用寿命的缩短。
2、电厂锅炉风机风量调节现状
风机在锅炉运行中主要是用于锅炉的燃烧系统，根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。目前最常用的控制手段就是调节挡板开度的大小来调整风机风量。这样，不论生产的需求大小，风机都要全速运转，而运行工况的变化则使得能量以挡板的节流损失消耗掉了。且锅炉在选用与其配套的风机容量时，均是按锅炉的最大蒸发量予以考虑，且留有20%风压和20%流量的裕量；并在选用其配套电动机时，也留有一定裕量。这样在生产过程中，不仅控制精度受到限制，而且还造成大量的能源浪费和设备损耗，从而导致生产成本在幅度增加，设备使用寿命严重缩短，设备维护、维修费用高居不下。风机多数采用异步电动机直接驱动的方式运行，存在启动电流大、机械冲击、电气保护特性差等缺点，不仅严重影响设备使用寿命，而且当负载出现机械故障时不能瞬间动作保护设备，时常出现负载损坏的同时电机也被烧毁的现象。而变频器存在着易操作、免维护、控制精度高且可以实现高功能化等优点，因此在风机运行中采用变频器调速，可以节约能源，使系统运行更加合理可靠。
3、风机节能改造实施过程
一般在发电厂当中使用的水泵以及风机，绝大多数都是定速运行的，在机组负荷出现了变化，就需要通过风机出人口挡板的改变或者是水泵出口阀门的改变来满足新工况提出的要求。这时，水泵与风机的效率被大幅度的降低，在挡板、管道以及阀门之上损失了大量的能量。根据实际的设备运行需求，变频调速装置就需要将电机的转速加以改变，确保设备一直都能够处于最佳的运行状态，这样有利于保持良好的运行状态，从而满足节能降耗的目的。
3.1 变频调速分析
（1）变频调速能节约原来损耗在挡板阀门截流过程中的大量能量，大大提高了经济效益。
（2）通过采用变频调速实现软起动，避免了对电网以及机械负载的冲击，在很大程度上延长了风机的使用寿命。同时，采用变频调速后，电机的无功功率通过变频器直流环节的滤波电容进行了瞬时补偿，变频器的输入功率因数可大0.95以上。相对电机直接工频运行而言，功率因数得到较大的改善，尤其是对低速电机更为明显。实现变频调速后，风机和水泵经常在额定转速以下运行，介质对风机风扇的磨损、水泵叶轮、轴承的密封、磨损的损坏都大大降低。同时，烟气对烟道挡板的冲击磨损大大降低，延长了烟道挡板的检修周期，减少了维护工作量。电机运行的振动和噪声也明显降低。
（3）采用变频调速后，可以很方便地构成闭环控制，进行自动调节，调节器输出的4-20mA信号输到变频器（或通过通信接口进行控制），通过变频器调节电机转速，可以平稳地调节风量、流量，且线形度较好，动态响应快，使机组在更经济的状态下安全稳定运行。 按照常规设计，对于310MW机组辅机设备参数如下：引风机两台，各2000KW；送风机两台，各1250KW。如果工作设备使用变频方式，保守估计节能率为30%。以上分析为直接节能效益。除此之外，变频器对机泵实现真正软启动，使高压开关、电机、机泵、阀门、管网等诸多设备的启动冲击和机械摩擦、震动大大减少，延长了机组的使用寿命，节省了这些设备的一大笔维护费用。变频器所配置的阀门联动、参数自动记录、流量闭环自动调节等功能提高了系统的自动化水平。
3.2 主回路改造过程
系统改造后的一次主回路如图1所示。控制柜可实现在变频器故障时将2台风机同时切换回工频运行，不影响锅炉生产；开关柜3、高压变频器、切换柜为新增设备；K1为隔离CD；KM1与KM2为真空接触器，实现工频与变频运行的切换，工频与变频运行是相互联锁的，使用同一个控制回路，以保证变频器同时驱动2台电机；K1未合到位时，KM1与KM2不允许合D；KM1与DL1互锁，KM2与DL2互锁，以避免工频电源反送至变频器输出端子或两路电源同时输送到电机上；切换柜加电压监测仪，柜门上加电E锁，以保证安全；K1加电E锁，在变频器有输出时不允许操作K1。
图1系统改造后的部分一次主回路
3.3 控制回路改造过程
高压变频器控制系统包括主控制器、单元控制器、功率单一控制部分、辅助部分。
原系统通过DCS控制2台风机的启停及挡板，变频改造后仍保留原控制系统，以备风机工频运行时使用。变频改造后，高压变频器系统可实现就地/远程控制。将变频器控制系统与DCS系统联接，通过DCS操作员站对变频器系统进行启停、复位及频率调节控制；可在DCS系统上对变频器及电机的运行参数、设备故障信号进行监测；能够实现在锅炉正常运行中工频和变频状态的无扰动切换。
结束语
综上所述，风机是发电厂锅炉中最大的耗能设备， 风机能否合理经济运行关系到发电厂的经济运行， 选择合理的节能措施势在必行。在对风机进行节能改造中，采用变频调节方式具有诸多优点，例如：可降低风机的启动电流，实现电机的软启动，避免了大启动电流对电网的冲击和大的启动力矩对电动机的机械冲击等。因此，随着科技的进步以及人们节能减排理念的加深，随着科学技术的发展，变频调速技术将在电厂锅炉风机改造中得到更加广泛的应用。
参考文献
[1] 张彦明.高压变频调速技术在电厂的应用及节能对比[J].广东电力，2009，（11）.
[2] 赵晓熙.高压变频技术在锅炉风机节能改造中的应用及分析[J].中国科技信息.2009，（12）