摘要：本文結(jié)合VACON公司項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和VACON變頻器產(chǎn)品特點(diǎn)，從投資維護(hù)成本，系統(tǒng)穩(wěn)定性，節(jié)能效果等方面對(duì)火力發(fā)電廠鍋爐風(fēng)機(jī)控制的幾種方式進(jìn)行比較。

1 行業(yè)概訴
目前，在我國電源結(jié)構(gòu)中，火電裝機(jī)容量占74%，發(fā)電量占80%；水電裝機(jī)容量占25%，發(fā)電量占19%；核電僅占1%左右。而火電廠的各類輔機(jī)設(shè)備中，風(fēng)機(jī)，水泵類設(shè)備占了絕大部分，蘊(yùn)藏著巨大的節(jié)能潛力。

2 風(fēng)機(jī)的選擇和應(yīng)用
風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備之一，我國電站已經(jīng)普遍采用了離心風(fēng)機(jī)。以75(T/H)循環(huán)流化床爐為例，通常每臺(tái)鍋爐配備一臺(tái)400kW引風(fēng)機(jī)，一臺(tái) 315kW一次風(fēng)機(jī)，一臺(tái)250kW二次風(fēng)機(jī)。由于鍋爐在正常運(yùn)行中的燃燒構(gòu)成、熱負(fù)載、電負(fù)荷以及季節(jié)等因數(shù)變化較大，因此，鍋爐燃燒所需要的氧氣在不同的情況下也相應(yīng)有較大的變化。然而，鍋爐配置的風(fēng)機(jī)是按鍋爐******負(fù)荷情況下所需的******風(fēng)量設(shè)計(jì)的，并考慮到鍋爐在事故狀態(tài)下的風(fēng)壓、風(fēng)量裕度，即相應(yīng)的保險(xiǎn)系數(shù)。根據(jù)我國現(xiàn)行的火電設(shè)計(jì)規(guī)程SDJ—79規(guī)定，燃煤鍋爐的送、引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度分別為5%和5~10%，風(fēng)壓裕度分別是10%和10~15%，而實(shí)際設(shè)計(jì)中，風(fēng)量和風(fēng)壓的裕度達(dá)20~30%是比較常見的。所以，風(fēng)機(jī)電機(jī)功率的配置一般都比較大。

3 鍋爐風(fēng)機(jī)風(fēng)量的控制方法
1、風(fēng)門控制
鍋爐風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度通常都比較大，如果采用風(fēng)門控制，風(fēng)門擋風(fēng)板的平均開度一般在50%左右，大量能源浪費(fèi)在克服擋風(fēng)板阻力上，風(fēng)機(jī)效率下降。同時(shí)還會(huì)帶來管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定，難以精確控制，以及電機(jī)啟動(dòng)電流過大造成的對(duì)電機(jī)的損耗和電網(wǎng)沖擊等其他問題。

2、液力耦合器控制
液力偶合器是一種耗能型的機(jī)械調(diào)速裝置，調(diào)速越深（轉(zhuǎn)速越低）損耗越大，特別是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于輸入功率不變，功率損耗將隨轉(zhuǎn)速損失成比例增大。對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化，則輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低，損耗功率相對(duì)小一些，但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小，調(diào)速效率仍然很低。液力耦合器的平均調(diào)速效率在50%左右。

3、變頻調(diào)速
變頻調(diào)速是靠調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量。按流體機(jī)械定律，風(fēng)機(jī)軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系如下所示：
 

在風(fēng)機(jī)風(fēng)量由100%下降到50%時(shí)，變頻調(diào)節(jié)與風(fēng)門調(diào)節(jié)相比，風(fēng)機(jī)的效率平均高出30%以上。
不同調(diào)節(jié)方式下，風(fēng)機(jī)的耗能特性及效率比較如圖1、圖2所示。由圖可知，與傳統(tǒng)的風(fēng)門控制和液力耦合器控制相比，變頻驅(qū)動(dòng)控制在節(jié)能和提高效率方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
 

圖1、離心風(fēng)機(jī)不同調(diào)節(jié)方式下的耗電特性比較

圖2、不同調(diào)節(jié)方式下的風(fēng)機(jī)效率比較

4 變頻調(diào)速方案選擇
根據(jù)電機(jī)電壓及變頻器輸入電壓等級(jí)的不同，電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速有四種方案：高—高，高—低—高，高—低，低—低。
 

在保證系統(tǒng)高效，可靠運(yùn)行的前提下，為達(dá)到系統(tǒng)搭建的合理性和運(yùn)行過程的經(jīng)濟(jì)性，VACON結(jié)合自身工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，以及VACON變頻器的特性，按如下原則選用變頻驅(qū)動(dòng)方案：
 

5 投資成本與回報(bào)比較
以75噸流化循環(huán)爐為例，一般電廠采用6kV交流電源，按照引風(fēng)機(jī)400kW，一次風(fēng)機(jī)315kW，二次風(fēng)機(jī)250kW各一臺(tái)，計(jì)算主要設(shè)備投資成本并比較。另外，在通常設(shè)計(jì)中風(fēng)門依然保留，以下成本分析旨在比較各方案的差異性，電纜等成本不列入比較之中。
1 風(fēng)門+高壓電動(dòng)機(jī)控制
 

特點(diǎn)：投資成本低，系統(tǒng)簡單。但啟動(dòng)電流大，不節(jié)能，控制精度低，難維護(hù)，自動(dòng)化程度不高。

2 液力耦合器+高壓電動(dòng)機(jī)
 

特點(diǎn)：電流小，減少電網(wǎng)沖擊，調(diào)速穩(wěn)定，節(jié)能。但投資成本高，設(shè)備維護(hù)成本高，自動(dòng)化程度低，節(jié)能效果不明顯。

3 低壓變頻器+低壓電機(jī)
 

特點(diǎn)：平均節(jié)能30%以上。電機(jī)軟啟動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)無沖擊，可靠性高，免維護(hù)，調(diào)速特性優(yōu)良，機(jī)械振動(dòng)小和磨損較少，保護(hù)功能完善，自動(dòng)化程度高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制和計(jì)算機(jī)通訊。

6 結(jié)束語
按照年平均運(yùn)行5000小時(shí)，每度電0.4元計(jì)算，采用低壓變頻解決方案，每年因節(jié)能帶來的成本節(jié)約為：
（400+315+250）kW×5000h×30%×0.4=579000元（RMB）
因此，從電廠工藝狀況和投資回報(bào)率角度考慮，低壓變頻方案是最經(jīng)濟(jì)可靠的。
除了顯著節(jié)省能源以外，采用變頻控制還具有其他諸多優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)軟啟動(dòng)，齊全的保護(hù)功能，調(diào)速特性優(yōu)良，精度高，自動(dòng)化程度高，便于監(jiān)測(cè)和通訊，維護(hù)方便等。
近年來，Vacon低壓變頻解決方案已在國內(nèi)多家電廠的鍋爐風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中取得了廣泛應(yīng)用。從應(yīng)用效果看，無論在系統(tǒng)搭建，設(shè)備運(yùn)行的可靠性，還是成本及環(huán)?？冃гu(píng)估方面，均取得了令用戶滿意的效果。

作者簡介：
葉偉（1978-），男，學(xué)士，2001年畢業(yè)于上海理工大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化控制專業(yè)?，F(xiàn)任偉肯（蘇州）電氣傳動(dòng)有限公司銷售工程師，在風(fēng)機(jī)、泵變頻調(diào)速領(lǐng)域擁有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。