摘要：本文結(jié)合VACON公司項目經(jīng)驗和VACON變頻器產(chǎn)品特點，從投資維護成本，系統(tǒng)穩(wěn)定性，節(jié)能效果等方面對火力發(fā)電廠鍋爐風機控制的幾種方式進行比較。

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

2 風機的選擇和應用
風機是火力發(fā)電廠重要的輔助設備之一，我國電站已經(jīng)普遍采用了離心風機。以75(T/H)循環(huán)流化床爐為例，通常每臺鍋爐配備一臺400kW引風機，一臺 315kW一次風機，一臺250kW二次風機。由于鍋爐在正常運行中的燃燒構(gòu)成、熱負載、電負荷以及季節(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有較大的變化。然而，鍋爐配置的風機是按鍋爐******負荷情況下所需的******風量設計的，并考慮到鍋爐在事故狀態(tài)下的風壓、風量裕度，即相應的保險系數(shù)。根據(jù)我國現(xiàn)行的火電設計規(guī)程SDJ—79規(guī)定，燃煤鍋爐的送、引風機的風量裕度分別為5%和5~10%，風壓裕度分別是10%和10~15%，而實際設計中，風量和風壓的裕度達20~30%是比較常見的。所以，風機電機功率的配置一般都比較大。

3 鍋爐風機風量的控制方法
1、風門控制
鍋爐風機的風量裕度通常都比較大，如果采用風門控制，風門擋風板的平均開度一般在50%左右，大量能源浪費在克服擋風板阻力上，風機效率下降。同時還會帶來管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定，難以精確控制，以及電機啟動電流過大造成的對電機的損耗和電網(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。對于風機、泵類負載，由于負載轉(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)風機電動機轉(zhuǎn)速來改變風機風量。按流體機械定律，風機軸功率P與轉(zhuǎn)速n之間的關系如下所示：
 

在風機風量由100%下降到50%時，變頻調(diào)節(jié)與風門調(diào)節(jié)相比，風機的效率平均高出30%以上。
不同調(diào)節(jié)方式下，風機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)的風門控制和液力耦合器控制相比，變頻驅(qū)動控制在節(jié)能和提高效率方面具有明顯的優(yōu)勢。
 

圖1、離心風機不同調(diào)節(jié)方式下的耗電特性比較

圖2、不同調(diào)節(jié)方式下的風機效率比較

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

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

5 投資成本與回報比較
以75噸流化循環(huán)爐為例，一般電廠采用6kV交流電源，按照引風機400kW，一次風機315kW，二次風機250kW各一臺，計算主要設備投資成本并比較。另外，在通常設計中風門依然保留，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 風門+高壓電動機控制
 

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

2 液力耦合器+高壓電動機
 

特點：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，設備維護成本高，自動化程度低，節(jié)能效果不明顯。

3 低壓變頻器+低壓電機
 

特點：平均節(jié)能30%以上。電機軟啟動，對電網(wǎng)無沖擊，可靠性高，免維護，調(diào)速特性優(yōu)良，機械振動小和磨損較少，保護功能完善，自動化程度高，容易實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制和計算機通訊。

6 結(jié)束語
按照年平均運行5000小時，每度電0.4元計算，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率角度考慮，低壓變頻方案是最經(jīng)濟可靠的。
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：電機軟啟動，齊全的保護功能，調(diào)速特性優(yōu)良，精度高，自動化程度高，便于監(jiān)測和通訊，維護方便等。
近年來，Vacon低壓變頻解決方案已在國內(nèi)多家電廠的鍋爐風機驅(qū)動中取得了廣泛應用。從應用效果看，無論在系統(tǒng)搭建，設備運行的可靠性，還是成本及環(huán)?？冃гu估方面，均取得了令用戶滿意的效果。

作者簡介：
葉偉（1978-），男，學士，2001年畢業(yè)于上海理工大學機械自動化控制專業(yè)。現(xiàn)任偉肯（蘇州）電氣傳動有限公司銷售工程師，在風機、泵變頻調(diào)速領域擁有豐富的實踐經(jīng)驗。