摘要：随着时代的进步，以及中小型生产企业的产生，燃煤电厂不再局限于发电，而是转变为供热为主、发电为辅的热电联产。所谓热电联产是指在火电的基础上，余热蒸汽通过热网管道为工业园区提供一定压力和温度的蒸汽，满足工业园区生产需要。与纯发电机组相比，热电联产具有运行小时数长和运行负荷变化大大特点，为促进节能减排理念，达到节能降耗目的。因此我厂对厂内部分泵与风机使用变频器调整风机转速技术改造，降低风机电耗。
关键词：热电联产；负荷；节能降耗；变频器
1现状
我厂现有一台150t/h,两台75t/h循环流化床锅炉，近期供热园区负荷波动较大，白天处于负荷高峰期，夜晚负荷较低。为保证我厂在负荷较低时段保证满足园区供热负荷情况下，降低我厂厂用电率，通过采用变频技术降低电机转速来降低风机电耗，达到降低厂用电。
以75t/h锅炉风机为例，首先对变频调速定义进行说明，而后从理论上阐述和变频节能的原理。再通过相同负荷下，比较工频运行时电机电耗与变频运行时产生的电耗进行相比较，以实际数据来显现并说明变频前后多产生的效益。
2变频调速
改变异步电动机定子端输人电源的频率，且使之连续可调来改变它的同步转速，实现电动机调速的方法称为变频调速。最节能高效的就是变频电机，只是需要在电源部分安装变频器成本太高。其优点是：无附加转差损耗，效率高，调速范围宽；对于低负载运行时间较多。其缺点主要是：技术较复杂，价格较高，不适合于低压电机。
3泵与风机的变频节能原理
所谓泵与风机，是利用外加能量输送流体的流体机械。我司75t/h锅炉一、二次风机、引风机设备参数如下表3-1。
表3-1 75t/h锅炉风机、电机参数表
泵、风机的变速即改变转速。根据泵、风机的理论，转数改变必然改变泵、风机的性能曲线。由泵、风机的相似原理和相似定律可知，在雷诺自模区内，同一泵或风机在不同转数下的流体流动是相似的，即风机在不同转数的性能曲线是相似的，主要性能参数具有以下关系；
式中，f—交流电的频率；p—电动机的极对数；s—电动机运行的转差率。
在狭义特性曲线管网下，图3-2-1、图3-2-2、图3-2-3，分别表示通过调节出口阀开度、调节入口阀开度及变频调速管网特效曲线、图3-2-4为图1、2、3同样条件下选择变频所节约的功耗，即变频节能原理图。
图3-2-1调节出口阀开度管网特效曲线
曲线1、2、3、分别为管网初始状态曲线和阻抗增减调节后的曲线；曲线4为风机的性能曲线。
图3-2-1中可得，关小管网中的阀门，阻抗增大，管网特效曲线1变成曲线2，工况点由A移动到B，相应的流量由 变到 ，当开大管网中的阀门；阻抗变小，管网特效曲线1变成曲线3，工况点由A移动到C，相应的流量由 变到 。
由于阀门关小额外增加的压力损失为 。因为如果不调节阀门，原来管网中流量为 时需要的压头是 ,相应多消耗的功率为：
可见，由于增加了阀门阻力，额外增加了压力损失。显然采用调节阀来减小流量是不节能的。这种方法限用于短暂性的减小流量调节。
图3-2-2 调节入口阀开度管网特效曲线
图3-2-2中曲线1、 ,分别为初状态下的风机、管网特性曲线。2、 和3、 分别为关小和开大入口阀之后的风机性能曲线和管网特性曲线。显然，关小入口阀其工作状态点由A变成B点，则在同一流量条件下，与采用出口设调节阀相比，消除了因 而产生的无益功率消耗：
所以，在其他条件相同的情况下，吸收口的调节阀节能性能好，而且简单易行。另一方面，由于在风机入口的调节，使风机入口喘振点向小流量方向变化，这就可以使风机的流量调节范围变宽，即有可能在较小的流量下工作。
图3-2-3变频调速管网特效曲线
图3-2-3为采取变频调速方式进行分析， 为转速为n时风机性能曲线，Ⅱ为管网特性曲线，Ⅰ和Ⅱ的交点A就是转速为 时的工况点。转速减小为 时，风机的性能曲线是Ⅲ，与Ⅱ交于点B。
由管网特性曲线方程和相似工况曲线方程得知，此时管网特性曲线与变频调速的相似工况曲线重合，即A与B是工况相似点，所以满足如下方程：
图3-2-4 变频调节节能原理图
(1)曲线R1为泵与风机在给定转速下满负荷即系统阀门(或风门)全开运行时的扬程(压头)、流量点的轨迹；曲线R2为部分负荷时，系统阀门部分开启时的阻力特性曲线，即泵与风机要克服磨擦等阻力，压力随流量的平方而变化。泵与风机运行工况点是泵与风机的特性曲线与管路阻力曲线的交点，当用阀门控制时，由于要减少流量，就要关小阀门，使阀门的磨擦阻力变大，阻力曲线从R1移到R2，扬程则从H1移到H2，流量从Q1减小到Q2，运行工况点从A点移到B点。
从图3-2-4中得出，流量Q虽然减少，扬程H反而增加，轴功率P比调节前减少不多。若采用变频调速，随着转速下降，H—Q特性变为曲线R2，系统工况点也由A点变到C点，代表轴功率的面积OQ2CH3O比采用挡板调节时OQ2BH2O显著减少，两者之差即是节省的轴功率，即为图3-2-4的矩形H3CBH2H3的面积。
(2)采用阀门控制方式时，通过关小阀门来将流量从Q1减小到Q2，随着流量Q的减少，泵与风机的效率从ηA显著减低到ηB；而采用变频转速控制方式，泵与风机的工作效率η总是处于最佳状态，见3-2-4中的曲线η1和η2。
(3)采用阀门控制方式时，电动机额定转速运行，常常处于轻载状态，其运行效率和功率因数都较低。采用变频转速控制方式后，将阀门全部打开而适当降低转速，由于电动机在低频运行时，变频器具有能够根据负载轻重情况调节输入电压的功能，从而提高了电动机的工作效率和功率因数。
4风机工频与变频节能比较
以75t/h锅炉配置的二次风机为例，经济性比较见表4-1。
表4-1 75t/h锅炉二次风机变频改造前后节能比较
由表得知，技术改造节能效果明显。在额定负荷运行工况下，二次风机平均每小时消耗功率为89.2kWh，技改后降低到33.26kWh，降低了55.94kWh。若按锅炉年运行7500小时计算，2台锅炉二次风机可节省生产用电为83.91万kWh。
并且，二次风量可以调节，降低了烟气含氧量，减少了排烟热损失，从而提高了锅炉运行热效率；同时也减少了检修维护工作量和检修费用。
根据2016年度机组运时间，可以测算出变频电机在2017年度的总节电量为330.69万kWh。按当时实际上网电价为0.38元/KW.h,可增加公司经济收入1256622元，其中上缴国家税收182210元。
5总结
对于火电机组而言，以变频调速取代传统的入口简易导流器调节或液力变速机械调节都有明显的节电效果，对降低居高不下的厂用电率、提高电厂经济效益发挥重要作用。
变频调速是一种在泵和风机设备上应用广泛的节能技术，但却具有较为严格的适用条件不可能简单地应用于任何系统，各公司应结合实际情况具体分析确定采取何种节能措施。
参考文献
[1]范绍彭主编. 辽宁省电力工业局组编[M].北京：中国电力出版社，2005.8（第2版).
[2]徐正坦主编.流体力学[M].北京：化学工业出版社,2007.
[3]赵争菡.汪友华.凌越胜等.大容量高压变频器挠组损耗的计算与分析[J].电力技术学报.
[4]顾鑫.鹿娜.绍雁鹏.浅析火力发电厂节能减排的现实意义及控制措施[J].才智.2008(15)：180.
[5]电厂锅炉原理及设备[M]. 中国电力出版社 ,叶江明, 2010
作者简介
陈志明（1983—），男，上海电力学院电气工程及其自动化专业。现为福能石狮热电锅炉运行班长。
论文作者:陈志明
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/9
标签：风机论文; 曲线论文; 管网论文; 转速论文; 工况论文; 阀门论文; 流量论文; 《电力设备》2019年第15期论文;