2017-12-25
一、概述
鍋爐作為能源轉(zhuǎn)換的重要設(shè)備，在電力、機(jī)械、冶金、化工、紡織、造紙、食品等行業(yè)，以及民用采暖中都占據(jù)著重要的角色。
根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷需求，鍋爐要隨時(shí)調(diào)整生產(chǎn)狀態(tài)，改變供熱量的多少。用戶(hù)在選配風(fēng)機(jī)時(shí)，都是根據(jù)工藝要求中出現(xiàn)的最大負(fù)荷來(lái)確定容量，所以存在著“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象。鍋爐的引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量是通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而用來(lái)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是不可調(diào)節(jié)的，因此造成大量的調(diào)節(jié)損失和電能的浪費(fèi)?；谶@種情況，本文提出采用變頻調(diào)速技術(shù)控制鍋爐引風(fēng)機(jī)電機(jī)，極大地改善了工藝操作人員工作條件，改善了風(fēng)機(jī)設(shè)備的起動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)調(diào)速，可以節(jié)約35%左右的電能，從而達(dá)到了節(jié)能降耗、減少設(shè)備噪聲污染的目的。
二、問(wèn)題的提出
通常在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場(chǎng)合，根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、擋板開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)整受控對(duì)象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門(mén)、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過(guò)程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。風(fēng)機(jī)類(lèi)設(shè)備多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，存在啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備，時(shí)常出現(xiàn)泵損壞同時(shí)電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。近年來(lái)，出于節(jié)能的迫切需要和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，利用變頻器易操作、免維護(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn)，因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)的方案開(kāi)始逐步取代風(fēng)門(mén)、擋板、閥門(mén)的控制方案。
三、改造方案
通常工業(yè)鍋爐上的引風(fēng)機(jī)都是電機(jī)以定速運(yùn)轉(zhuǎn)，再通過(guò)改變引風(fēng)機(jī)入口的擋板開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。而風(fēng)機(jī)的最大特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此如將電機(jī)的定速運(yùn)轉(zhuǎn)改為根據(jù)需要的流量來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可節(jié)約大量的電能。要提高引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的工作效率，節(jié)約電能，可以在引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)上裝上調(diào)速裝置，根據(jù)工作的情況調(diào)節(jié)調(diào)速器裝置的速度可以滿(mǎn)足工作狀況的要求。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳調(diào)速裝置就是變頻器。為此，我們?cè)谖覐S2#鍋爐引風(fēng)機(jī)上進(jìn)行了實(shí)踐。
鍋爐引風(fēng)機(jī)原電氣控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行電氣改造，拆除原進(jìn)線(xiàn)交流接觸器，增加中間繼電器，其它部分均不變。因?yàn)樽冾l器在風(fēng)機(jī)改造方面得到廣泛的應(yīng)用，改造后，可根據(jù)工藝狀況需要而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以滿(mǎn)足工藝要求。當(dāng)工藝狀況需要時(shí)，讓電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行以達(dá)到工藝要求；當(dāng)工藝狀況允許時(shí)，使電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)約電能。
四、變頻調(diào)速的特點(diǎn)及節(jié)能分析
鍋爐引風(fēng)機(jī)電機(jī)在沒(méi)有實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速控制之前，一般采用“降壓起動(dòng)”，并且正常運(yùn)行后，電動(dòng)機(jī)全壓、全速運(yùn)行，而引風(fēng)機(jī)風(fēng)量的大小則通過(guò)風(fēng)門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)。一般情況下，風(fēng)門(mén)的開(kāi)度為50%耀80%，電機(jī)只能是滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)的工作效率很低，造成很大浪費(fèi)。通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術(shù)、電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。利用變頻調(diào)速技術(shù)，常州偉創(chuàng)變頻器很好地解決了引風(fēng)機(jī)根據(jù)工況直接控制風(fēng)量的大小而滿(mǎn)足工況的要求, 變頻器是無(wú)級(jí)調(diào)速的，用變頻器改造風(fēng)機(jī)，具有以下特點(diǎn)：
1）起動(dòng)、停止平衡，無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大；
2）工作可靠，能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；
3）操作簡(jiǎn)便，維護(hù)量小；
4）輸出特性可滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)性能要求；
5）節(jié)能效果顯著。
根據(jù)風(fēng)機(jī)的流量變化與轉(zhuǎn)速成正比，壓力變化與轉(zhuǎn)速成正比，而功率變化與轉(zhuǎn)速變化立方成正比。因此，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，風(fēng)量減少，電機(jī)功率成立方比下降。
五、風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)荷變頻調(diào)速節(jié)能原理
風(fēng)機(jī)是將電動(dòng)機(jī)的軸功率轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w壓力與流量的設(shè)備。過(guò)去很少采用轉(zhuǎn)速控制的方法，多是由鼠籠式異步電機(jī)拖動(dòng)進(jìn)行恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)需要改變流量時(shí)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥和擋板，這種方法雖然控制簡(jiǎn)單，但不節(jié)能，不經(jīng)濟(jì)，動(dòng)態(tài)跟蹤性能也很差。變頻調(diào)速節(jié)能是相對(duì)于閥門(mén)調(diào)節(jié)而言，采用變頻調(diào)速器后，將閥門(mén)全開(kāi)，通過(guò)改變電機(jī)電源頻率的方法來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。
六、改造效果
鍋爐引風(fēng)機(jī)通過(guò)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)后，改變了原有的操作方式，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，能夠有效地適應(yīng)鍋爐生產(chǎn)過(guò)程，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，保持風(fēng)機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，無(wú)沖擊電流，設(shè)備故障率大大降低，維修費(fèi)用大為減少。拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，在大大節(jié)約電能的基礎(chǔ)上，使長(zhǎng)期輕載運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)工作在低轉(zhuǎn)速、低電壓的狀態(tài)下，這樣就使電機(jī)發(fā)熱少、溫升低，延長(zhǎng)了使用壽命。變頻調(diào)速技術(shù)也提高了功率因數(shù)，使電網(wǎng)損耗減少，效率提高，同時(shí)降低了風(fēng)機(jī)噪音，改善了生產(chǎn)環(huán)境。另外變頻器自我檢測(cè)、故障診斷、保護(hù)功能齊全，可有效地防止事故擴(kuò)大化。
通過(guò)對(duì)變頻器在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，具有以下優(yōu)點(diǎn)。
1）節(jié)電降耗效果顯著，操作簡(jiǎn)便，調(diào)節(jié)平衡，尤其與微機(jī)控制相聯(lián)更體現(xiàn)了優(yōu)越性，深受司爐工的歡迎。
2）平滑啟動(dòng)及電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械磨損減小，故障率下降，減少了停機(jī)、停爐對(duì)生產(chǎn)的影響。
3）擋板和調(diào)節(jié)閥的機(jī)械磨損、卡死等故障不復(fù)存在了，大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用。
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