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通風降溫方案_鍋爐引風機采用高壓變頻器的應用實例進口風機選型

引言
    某熱電廠鍋爐為280t/h燃煤鍋爐，型號為HG-280/9.8-YM-11。其引風機為成都電力機械廠生產(chǎn)的Y4-60-11No22.5D型離心風機，配套電機型號為Y450-6（6kV 630kW）。該引風機的風量調(diào)節(jié)是采用傳統(tǒng)的風門擋板來控制調(diào)節(jié)的，因此存在相應的擋板節(jié)流損失。雖然鍋爐基本處于滿負荷運行狀態(tài)，但由于引風機設計余量較大，加上要兼顧風門的調(diào)節(jié)性能，因此選用了較大的風機及電機，運行十分不經(jīng)濟。
    2003年6月，該熱電廠對鍋爐引風機進行了變頻調(diào)速改造，選用了國產(chǎn)的6kV變頻器，通過改變風機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)風量調(diào)節(jié)的功能，從而避免了不必要的節(jié)流損耗。改造后節(jié)能效果十分顯著，節(jié)電率超過40%，達到預期的節(jié)能改造目的。

2 ,生產(chǎn)負壓風機; 調(diào)速節(jié)能的原理
    傳統(tǒng)的風機調(diào)節(jié)控制是靠風門的擋板開度來實現(xiàn)的，這就不可避免地帶來了擋板節(jié)流損失。根據(jù)風機廠家提供的資料，Y4-60-11No22.5D型離心風機的性能參數(shù)如表1所示。由此可作出風機性能曲線如圖1中的AB所示。Y4-60-11No22.5D型離心風機的性能參數(shù)如表1所示。

表1  Y4-60-11No22.5D型離心風機的性能參數(shù) 

     改造之前，對引風機進行了的效率測試，其數(shù)據(jù)如表2所示。值得注意的是，表1給出的風機全壓是風機進出口的全壓，而表2中實測的全壓是包括了風門在內(nèi)的風道進出口全壓，兩者是不同的。因此在確定風機工作點時，選擇風機流量做為依據(jù)。以鍋爐#1引風機為例，按其引風量可確定工作點為圖1中的C點。

表2  改造前引風機運行數(shù)據(jù)

圖1  引風機性能曲線

    從圖1的性能曲線可算出，C點對應的風機全壓約有5600Pa，但風道上實測的全壓只有1779Pa，風壓損失了約3821Pa。這部分損失大多是由風門擋板的節(jié)流造成的。由于風機風門開度只有45%，風壓損失很大，造成風機設備效率只有33.7%。由此可見，如果采用傳統(tǒng)的風機擋板調(diào)節(jié)控制方法，會帶來較大的節(jié)流損失，特別是在風機的擋板開度比較小的情況下，造成大量的能源浪費。
    調(diào)速節(jié)能技術就是改變原來以固定風機轉(zhuǎn)速、擋板調(diào)節(jié)的作法，而是將風機風門固定為全開、通過調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風機流量。根據(jù)風機相似理論，當風機轉(zhuǎn)速改變后，風機性能參數(shù)可按下列公式計算：
    Q’/Q＝n’/n
    P’/P＝(n’/n)2 (ρ’/ρ)
    其中：
    Q：風機流量
    P：風機全壓
    n：轉(zhuǎn)速
    ρ:介質(zhì)密度
    例如，當風機轉(zhuǎn)速由980r/min降為700r/min時，風機性能曲線就由原來的AB下移至A’B’（圖1）。同樣是54.68m3/s的引風量，風機全壓僅約為2100Pa。由于這時風機風門全開，節(jié)流損耗很少，其風機全壓完全可以滿足原運行工況的需要。
    由于這時的風機全壓大大降低，所需的風機軸功率也相應降低。圖1中的陰影部分就是原先浪費在風機風門節(jié)流上的功率。通過風機調(diào)速，這部分功率就可以節(jié)省了下來。風機設備效率得到相應提高。

3  高壓變頻調(diào)速技術原理
    變頻調(diào)速技術是風機調(diào)速方法之一，同其他風機調(diào)速方式相比，它具有高效率、高精度等優(yōu)點。
    變頻調(diào)速技術的核心部件是變頻器。通常三相交流電的頻率是固定的，而變頻器可以輸出不同頻率的三相交流電。由于電源頻率發(fā)生變化，所驅(qū)動的異步電動機轉(zhuǎn)速也會相應變化。
    熱電廠改造中選用了兩臺國產(chǎn)的6kV變頻器，型號為HARSVERT-A06/050（容量500kVA）。該變頻器采用單元串聯(lián)多電平技術，直接輸出6kV正弦波電壓，屬于高—高電壓源型變頻器。
    該變頻器的核心部分是功率單元模塊，其原理圖如圖2所示。

圖2  單元模塊原理圖

    變頻器的主電路圖如圖3所示，6kV電源經(jīng)移相變壓器后，輸出21組不同相位的低壓三相電源，每組三相電源各驅(qū)動一塊功率單元模塊。在每塊功率單元模塊中，三相電源經(jīng)整流、逆變，得到單相電源。21塊功率單元模塊分成三組，每組7塊進行串聯(lián)輸出，

風機在冬季及夏季有不同的運行特性，風機選型及運行的影響以及風機在運行時使用溫度都會有影響。風機是電廠設計中常涉及到的設備，使用的范圍很廣。若風機發(fā)生故障，會影響鍋爐的正常運行。但對于美國格林瀚克、美國雙城風機等進口風機而言，風機本身消耗的電量要遠遠少于國產(chǎn)風機。這主要是由進口風機的原理、結(jié)構(gòu)及運行特性決定的。

進口風機選型如何進行能滿足低能耗要求？

進口風機選型時，首先要確定系統(tǒng)所需的流量和風壓。由于風機樣本中流量和風壓等性能參數(shù)通常都是以正常狀態(tài)給出的，所以須將使用條件（如輸送流體的溫度、密度、工作點的大氣壓等）下系統(tǒng)所需的流量、風壓等參數(shù)換算到正常狀態(tài)，依此選擇風機。

通風機的正常狀態(tài)，通常是指在溫度20℃，大氣壓強0.101MPa時，輸送相對濕度50%，密度1.2kg/m3的干凈空氣。在風機選型時，當輸送介質(zhì)的溫度、密度、使用地點大氣壓與正常狀態(tài)不符時，必須進行如下?lián)Q算：

對流量而言，不同條件下的參數(shù)值是相等的，即

式中：Q1?—,屋頂風機?樣本中正常狀態(tài)下給出的流量(m3/s)，據(jù)此進行選型；

Q2?—?使用條件下系統(tǒng)所需的流量(m3/s)。

對風壓而言，不同條件下的參數(shù)值的換算關系為：
式中：P1?—?樣本中正常狀態(tài)下給出的風壓(Pa)，據(jù)此進行選型；
P2?—?使用條件下系統(tǒng)所需的風壓(Pa),車間排煙系統(tǒng)；
Pa?—?當?shù)卮髿鈮?Pa)；
t??—?使用條件下風機進口處的氣溫(℃)
ρn?—?空氣在正常狀態(tài)（溫度20℃，大氣壓0.101MPa）下的密度，其值為1.2kg/m3；
ρ2?—?空氣在使用條件（溫度t，大氣壓Pa）下的密度(kg/m3)。
根據(jù)Q1、P1的值以及風機的用途，即可確定風機的型號、機號和轉(zhuǎn)數(shù)。
對于輸送室外空氣、全年運行的進口通風機，由于冬季與夏季的溫差很大，不同的使用溫度在選型時采用的風壓不同。在某些要求通風機質(zhì)量流量恒定的場合，由于溫度?不同，空氣密度和風機的體積流量也不同；同時，體積流量的變化又引起流體流速的變化，會引起管道阻力和使用條件下系統(tǒng)所需的全壓變化。這樣，由于選擇不同?的使用溫度，會選出不同型號的風機。

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