摘要：面对当前能源价格节节升高的局势，垃圾焚烧发电机组的引风机采用高压变频器，不仅能满足垃圾发电厂不同工况变化的需求，还能突破目前垃圾电厂的困境，实现节能降耗。文章主要介绍风机变频调速节能的原理，提出了其电气系统和DCS控制系统设计方案，并对变频调速方案的技术优势和节能效果进行了详细分析，结果表明引风机的高压变频调速既提高垃圾焚烧电厂的经济效益，又能实现节能环保的社会效益。
关键词：引风机；高压变频器；变频调速；节能原理
垃圾焚烧发电厂利用城市垃圾焚烧过程产生的余热进行发电，作为国家引导的新兴行业，具有其独特的社会效益和经济效益：既能解决垃圾对环境产生污染的问题，提高当地居民的生活质量，又能能源转换发电盈利变废为宝，并提供就业平台。
某垃圾焚烧发电厂设置2台额定处理能力为600t/d（具有超负荷能力）的机械炉排焚烧炉、2套单机容量为1.5万千瓦的凝汽式汽轮发电机组、2台1000KW引风机。每年可处理垃圾约38万吨，大大提升了中山市的废弃垃圾综合利用能力。
引风机作为垃圾焚烧电厂的主要能耗设备之一，只能在工频下定速运行，仅依靠挡板调节引风机电机出力，存在严重的节流损耗，造成了大量的能源浪费。由于引风机采用10kV的高压电动机驱动，因此采用高压变频调速有利于提高电动机的效率，降低耗电量。
1引风机变频调速节能的原理
引风机常采用挡板和液耦来控制风量和流量，易造成能源浪费，目前大多依靠电机转速调节来实现节能，在众多调速方式中，变频调速是应用最为高效且广泛的。
1.1风量Q、风压H、轴功率P与转速n的关系
由流体力学原理可得，引风机采用变频器调节时，风机转速由n降低（或者升高）至nˊ，风量Q、风压H和轴功率P分别与nˊ/n的一次方、二次方和三次方成正比。
1.2电动机容量计算
P=Q×H/（ηT×ηF）（1）
式中：P——风机输出轴功率；
Q——风机风量；
H——风机风压；
ηT——风机的效率；
ηF——传动装置的效率。
1.3引风机的节电方法及节能原理
1.3.1采用调节入口挡板开度方式
引风机入口挡板节流调节：当引风机入口挡板开度减小时，虽然风量降低（Q1→Q2↓），但风压升高（H1→H2）↑，根据公式P=Q2↓H2↑，可见轴功率P2减小不明显。
1.3.2采用变频调速模式
引风机变频调速模式：根据改变转速来控制风量，入口挡板处于全部打开状态，基本无节流损耗。大大降低了引风机系统阻力，从而有效降低引风机的能耗。
2电气系统及DCS控制系统设计
2.1电气系统主回路设计
每台引风机配备1台高压变频器，其电气系统原理如图1所示。
图1 带工频旁路的引风机“一拖一”变频调速方案电气系统图
为达到电气互锁目的，设置KM21与KM31一个双刀双掷隔离开关；当输出与输入接触器KM21、KM11接通，而KM31断开时，电动机变频运行；当旁路接触器KM31合闸，而输入和输出接触器KM11、KM21断开时，电动机工频运行。工频运行过程中，高压变频器隔离，便于检修。若接触器KM11合闸则将刀闸隔离开关K11锁定，禁止操作；若接触器KM21合闸则将刀闸隔离开关K21锁定，禁止操作。当高压变频器发生异常时，接触器KM11、KM21被切断，KM31合闸，使得电机投入工频电网定速运行。
2.2DCS控制系统设计
高压变频器既能接受机组分散控制系统DCS（distributed control system）的控制指令和参数设定，又能反馈其状态信号、运行参数和故障报警至DCS系统。采用远程DCS系统，可实现远程启/停高压变频器、手/自动控制能工程，并显示当前变频器的运行状态。设计DCS与每台变频器之间的I/O信号至少
需配置38个测点：其中开关量信号34个，模拟量信号4个。电厂共2台引风机，共需配置76个测点。单台引风机变频器的具体测点分配如表1所示。
表1 1台引风机变频器的测点分配
2.3变频器的控制逻辑
2.3.1引风机高压变频器的启动允许条件
引风机高压变频器的启动允许条件包括三点：引风机的高压开关必须合闸；变频器就地启动准备就绪；频率初始设定值小于额定频率的0.3倍（防止运行误操作和防止启动时频率较高引起炉膛负压扰动）。
2.3.2高压变频器速度自动调节的开关量控制
a）工频运行时，引风机主要靠挡板开度调节，若其投自动，则变频器的转速自动控制将会闭锁。
b）当指令与反馈偏差高出设定值（例如设置为60%）时，变频器将自动切除。
c）当炉膛负压测点故障，信号异常时，变频器退自动。
d）炉膛负压高报警，延时3s，转速减少；炉膛负压低报警，延时3s，转速增加。
3变频调速技术优势及经济效益分析
a）控制电机启动电流。变频调速主要功能是降低引风机启动电流，增加电机使用年限。
b）可靠保护。由于变频器本身具有欠电压、过电压、过载、过温等保护，故障时能及时显示出故障原因，便于处理。
c）稳定。变频运行期间风机挡板为全开状态，减少了气流通过挡板而造成的节流损耗及风道振动，提高运行稳定性。
d）降低电力线路电压波动。电机满负荷启动会拉低供电网络电压，可能导致部分敏感带电设备电压波动或者故障异常，变频调速降低了启动电压，有效防止了电力线路电压波动问题。
e）节能。变频调速运行比工频运行时的引风机的电流降低14.2A，按每年运行8000小时、上网电价0.65元/（kW•h）计算，则年节约费用约为：14.2×0.9×0.9×1.732×10×2×8000×0.65=207.2万元。
通过节能计算分析，引风机变频改造后，每年节约费用约207.2万元，该项目投资180万元，可在年内收回成本，这对企业的长远发展来看，产生的经济效益非常可观。
4结束语
面对当前能源价格节节升高的局势，垃圾焚烧发电机组的引风机采用高压变频器，不仅能满足垃圾发电厂不同工况变化的需求，还能突破目前垃圾电厂的困境，实现节能降耗。高压变频器的使用明显提高了引风机对风量的调节深度，加强了炉膛压力调节的响应速度，保证设备可靠运行，有效地减轻了噪声污染，在提高企业经济效益的同时，兼顾了节能环保效益。
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[3]胡炫，朱虎，杨志.高压变频器在发电厂引风机上的应用与节能分析[J].电机与控制应用，2010，37（2）：37-39.
论文作者:崔卫星
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/4
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