摘要
本文以某發(fā)電公司對軸流式風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)的應(yīng)用案例，論述變頻技術(shù)在軸流式風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)應(yīng)用中所存在的節(jié)能潛力和變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)高功能化廣闊前景。
引言
近10年來，隨著電力電子技術(shù)、迅速發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)己成為發(fā)展趨勢。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)而被廣泛應(yīng)用。在火力發(fā)電廠中，軸流風(fēng)機(jī)因效率高和能耗低成為主要標(biāo)準(zhǔn)輔機(jī)設(shè)備，而采用變頻調(diào)節(jié)的軸流式風(fēng)機(jī)是現(xiàn)在大型火力發(fā)電廠所采取較為先進(jìn)的調(diào)節(jié)方式。概述
某發(fā)電公司裝機(jī)容量為4×300MW，其他機(jī)組風(fēng)機(jī)采用了動(dòng)葉調(diào)整軸流式風(fēng)機(jī)，而二號機(jī)組采用的是靜葉調(diào)整軸流式風(fēng)機(jī)，由于靜葉調(diào)整采用的是氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)惰性大、線性差、維護(hù)量大、且不能適應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)（線性差）故擬進(jìn)行改造。變頻調(diào)節(jié)的特點(diǎn)方案比較：
（一）改成動(dòng)葉調(diào)整，
1) 優(yōu)點(diǎn)是和其它機(jī)組相一致備件有互換性，免于培訓(xùn)檢修維護(hù)、和運(yùn)行人員，資金一次投入量小。
2) 缺點(diǎn)是維護(hù)量大、設(shè)備變動(dòng)大（需要更換風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子）節(jié)能效果不理想。選擇動(dòng)葉調(diào)整軸流風(fēng)機(jī)時(shí)，設(shè)計(jì)點(diǎn)落在效率最高、并在此基礎(chǔ)上動(dòng)葉角度再開大-30 -18度的曲線上，這樣，即使機(jī)組在非額定工況下運(yùn)行，風(fēng)機(jī)也可在最高效率區(qū)內(nèi)運(yùn)行，但是最高效率范圍比較小。
（二）采用變頻調(diào)節(jié)，優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)機(jī)經(jīng)高壓變頻改造后，除了節(jié)能外，流量控制特性以及電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性明顯改善，主要有以下幾項(xiàng)優(yōu)缺點(diǎn)：
1)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量控制操作人員只須改變變頻器輸出頻率，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)改變，不再調(diào)整節(jié)流閥，運(yùn)行自動(dòng)化程度大為提高，運(yùn)行和維護(hù)工作量降低，輸出特性可滿足風(fēng)機(jī)性能要求。
2)節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)，流量變小時(shí)，調(diào)節(jié)非線性，影響鍋爐安全運(yùn)行（爐膛負(fù)壓波動(dòng)較大），而采用變頻調(diào)節(jié)后，起動(dòng)停止平衡，無級調(diào)速，調(diào)速范圍大。
3)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)避免風(fēng)機(jī)強(qiáng)大起動(dòng)力矩，變頻運(yùn)行時(shí)起動(dòng)電流<20A，而工頻直接起動(dòng)電流>200A，因此．變頻運(yùn)行完全消除了因直接啟動(dòng)造成的對電動(dòng)機(jī)和6KV廠用段的沖擊，另外巨大的起動(dòng)電流對電動(dòng)機(jī)和機(jī)械設(shè)備也會(huì)造成嚴(yán)重的電磁應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，縮短設(shè)備的使用壽命，因此電力系統(tǒng)希望能夠軟起動(dòng)（特別是高壓大容量電動(dòng)機(jī)）。
4)功率因素提高從電網(wǎng)側(cè)看，工頻運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)為0.85左右，變頻運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)達(dá)到0. 95，因此，即使同樣是滿負(fù)荷運(yùn)行，變頻運(yùn)行時(shí)，高壓輸入電流明顯比工頻運(yùn)行時(shí)小，這也有利于節(jié)能和設(shè)備安全運(yùn)行。
5)電機(jī)和風(fēng)機(jī)運(yùn)行壽命延長。設(shè)備轉(zhuǎn)速降低后，運(yùn)行噪聲降低，磨損減少，設(shè)備壽命延長。
6)控制響應(yīng)速度增快。吸風(fēng)機(jī)投入自動(dòng)后改變送風(fēng)量設(shè)定值后，裝置迅速改變運(yùn)行轉(zhuǎn)速，使?fàn)t膛負(fù)壓迅速跟蹤設(shè)定值，減少了爐膛負(fù)壓的波動(dòng)。
變頻調(diào)速在調(diào)頻范圍、靜態(tài)精度、動(dòng)態(tài)品質(zhì)、系統(tǒng)效率、完善的保護(hù)功能、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和過程控制等諸方面是以往的調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級調(diào)速、滑差調(diào)速和液力耦合器調(diào)速等無法比擬的。改造方案
從以上情況分析：要提高電動(dòng)機(jī)的工作效率、節(jié)約電能，可在風(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足工作狀況的要求。另外，用變頻器對風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造不必對原系統(tǒng)進(jìn)行大改動(dòng)。
2#爐吸風(fēng)機(jī)變頻器一次系統(tǒng)示意圖其中：QF:嘆風(fēng)機(jī)6kV電源開關(guān) QS1：變頻器進(jìn)線刀閘
QS2：變頻器出線刀閘 QS3:工頻旁路刀閘
2#爐吸風(fēng)機(jī)變頻器系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)定
a)正常運(yùn)行使用變頻器方式運(yùn)行，工頻旁路刀閘在分閘位置。
b)當(dāng)變頻器發(fā)生故障或檢修需要倒為旁路運(yùn)行時(shí)，應(yīng)先將變頻器停運(yùn)、將吸風(fēng)機(jī)6kV開關(guān)停電后才能進(jìn)行旁路刀閘的倒換，嚴(yán)禁在運(yùn)行中進(jìn)行方式倒換。
c)吸風(fēng)機(jī)正常停送電時(shí)，就地變頻器回路刀閘保持原方式不變。變頻器回路有工作時(shí)，按措施要求斷開變頻器進(jìn)出線，并將變頻器UPS電源及風(fēng)機(jī)電源停電。變頻調(diào)節(jié)的工況分析
根據(jù)流體理論，離心式風(fēng)機(jī)、水泵的軸功率是轉(zhuǎn)速的三次方函數(shù)關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低后，其消耗功率會(huì)大幅下降，例如50%轉(zhuǎn)速時(shí)，軸機(jī)械功率僅為12.5%。當(dāng)然不同，調(diào)速方案的效率相差很大，滑差后液力調(diào)速裝置效率不高， n≈（1一S），在50%轉(zhuǎn)速時(shí)， rlvs～50%，而變頻調(diào)速器效率，效率因數(shù)高，rlvvvF≈95%～98%，而且近似不變。所以在諸多調(diào)速方案中變頻調(diào)速節(jié)能效益最佳，理應(yīng)為首選方案。
以某公司#2機(jī)組中靜葉調(diào)節(jié)吸風(fēng)機(jī)為例，100%轉(zhuǎn)速流量時(shí)，軸功率為100%;50%轉(zhuǎn)速流量時(shí)，軸功率降為50%。通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)設(shè)備屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：QoC n，H oC n2，PoC n3;即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因而，理想情況下有如下關(guān)系：由上表可見：當(dāng)需求流量下降時(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可以節(jié)約大量能源。例如：當(dāng)流量需求減少一半時(shí)，如通過變頻調(diào)速，則理論上講，僅需額定功率的12. 5%，即可節(jié)約87. 5%的能源。如采用傳統(tǒng)的動(dòng)葉方式調(diào)節(jié)風(fēng)量，雖然也可相應(yīng)降低能源消耗，但節(jié)約效果與變頻相比，則有天壤之別。變頻器節(jié)能的效益
（一）變頻改造的社會(huì)效益
在當(dāng)前節(jié)能減排的情況，需要大規(guī)模地降低能耗
（二） 某發(fā)電有限公司#2機(jī)組變頻器改造的現(xiàn)實(shí)效益
額定功率1800KW
改造前實(shí)測數(shù)據(jù)
U=6KV I=160A （滿負(fù)荷時(shí)，雙側(cè)吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行）
cos cD =0. 887
P=l. 732UIcosØ
=1. 732×6000×1 60×0.887
=1474. 8KW
2、改造后實(shí)測數(shù)據(jù)：
U=6kv=100 cosØ≈1
P=1. 732×6000×1 00×1=1039. 2KW效果及結(jié)論
(1)調(diào)節(jié)平穩(wěn)。在運(yùn)行中，風(fēng)機(jī)的流量變化平穩(wěn)。
(2)能耗低。風(fēng)機(jī)始終工作在最優(yōu)區(qū)間，大大降低能耗。
(3)啟動(dòng)沖擊小。變頻器啟動(dòng)電流較低，對電機(jī)及其拖動(dòng)設(shè)備無沖擊損害，可延長設(shè)備的使用壽命；存在的問題
1)在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)變頻和工頻無擾切換，需要停運(yùn)進(jìn)行切換，影響設(shè)備的可用率。
2)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，由于風(fēng)機(jī)電機(jī)的冷卻通風(fēng)風(fēng)扇與轉(zhuǎn)子一體，所以在環(huán)境溫度較高，或者濕度較大時(shí)不能很好的起到冷卻效果，影響電機(jī)健康運(yùn)行。
三門峽富通新能源銷售顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)以及風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備。
