摘要  分析了鍋爐引風機的工作狀態(tài)，討論了變頻器用于引風機進行變頻調速的工作原理，介紹了一個具體案例的改造效果及節(jié)能效益。
    關鍵字  引風機；變頻器；調速；節(jié)能
    1 概述
    鍋爐作為能源轉換的重要設備，在電力、機械、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)生產負荷需求，鍋爐要隨時調整生產狀態(tài)，改變供熱量的多少。用戶在選配風機時，都是根據(jù)工藝要求中出現(xiàn)的最大負荷來確定容量，所以存在著“大馬拉小車”的現(xiàn)象。鍋爐的引風機、鼓風機和二次風機的風量是通過調節(jié)風門大小來實現(xiàn)的，而用來帶動風機的電動機的轉速是不可調節(jié)的，因此造成大量的調節(jié)損失和電能的浪費。基于這種情況，本文提出采用變頻調速技術控制鍋爐引風機電機，極大地改善了工藝操作人員工作條件，改善了風機設備的起動性能，實現(xiàn)了無級調速，可以節(jié)約35%左右的電能，從而達到了節(jié)能降耗、減少設備噪聲污染的目的。
    2 問題的提出
    通常在工業(yè)生產、產品加工制造業(yè)中風機設備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風系統(tǒng)等場合，根據(jù)生產需要對爐膛壓力、風速、風量、溫度等指標進行控制和調節(jié)以適應工藝要求和運行工況。而最常用的控制手段則是調節(jié)風門、擋板開度的大小來調整受控對象。這樣，不論生產的需求大小，風機都要全速運轉，而運行工況的變化則使得能量以風門、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產過程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費和設備損耗，從而導致生產成本增加，設備使用壽命縮短，設備維護、維修費用高居不下。風機類設備多數(shù)采用異步電動機直接驅動的方式運行，存在啟動電流大、機械沖擊、電氣保護特性差等缺點。不僅影響設備使用壽命，而且當負載出現(xiàn)機械故障時不能瞬間動作保護設備，時常出現(xiàn)泵損壞同時電機也被燒毀的現(xiàn)象。近年來，出于節(jié)能的迫切需要和對產品質量不斷提高的要求，利用變頻器易操作、免維護、控制精度高，并可以實現(xiàn)高功能化等特點，因而采用變頻器驅動的方案開始逐步取代風門、擋板、閥門的控制方案。
    3 改造方案
    通常工業(yè)鍋爐上的引風機都是電機以定速運轉，再通過改變引風機入口的擋板開度來調節(jié)風量。而風機的最大特點是負載轉矩與轉速的平方成正比，而軸功率與轉速的立方成正比，因此如將電機的定速運轉改為根據(jù)需要的流量來調節(jié)電機的轉速就可節(jié)約大量的電能。要提高引風機電動機的工作效率，節(jié)約電能，可以在引風機電動機上裝上調速裝置，根據(jù)工作的情況調節(jié)調速器裝置的速度可以滿足工作狀況的要求。實現(xiàn)這一目標的最佳調速裝置就是變頻器。為此，我們在我廠2#鍋爐引風機上進行了實踐。不必對原系統(tǒng)進行大改動，僅增加一變頻器柜，我們選用的變頻器為富士FRN280P11-4CX，額定容量396 kVA，額定輸出電流520A，配用電抗器型號為CR4-280B。
    在2# 鍋爐引風機原電氣控制系統(tǒng)基礎上進行電氣改造，拆除原進線交流接觸器，增加中間繼電器，其它部分均不變。因為變頻器在風機改造方面得到廣泛的應用，改造后，可根據(jù)工藝狀況需要而調節(jié)變頻器的輸出頻率，以滿足工藝要求。當工藝狀況需要時，讓電動機高速運行以達到工藝要求；當工藝狀況允許時，使電動機低速運轉節(jié)約電能。引風機變頻器運行受鍋爐燃燒控制系統(tǒng)DCS 的控制。調節(jié)DCS 4耀20 mA電流輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，以達到穩(wěn)定工況及提高鍋爐熱效率和節(jié)能之目的。2006 年4 月一次性投資30 萬元對2#鍋爐引風機設備進行變頻調速節(jié)能改造，2# 鍋爐引風機改造電氣原理圖如圖1 所示。

    4 變頻調速的特點及節(jié)能分析
    鍋爐引風機電機在沒有實現(xiàn)變頻調速控制之前，一般采用“降壓起動”，并且正常運行后，電動機全壓、全速運行，而引風機風量的大小則通過風門來調節(jié)。一般情況下，風門的開度為50%耀80%，電機只能是滿負荷運行，電動機的工作效率很低，造成很大浪費。變頻調速技術的基本原理是根據(jù)電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p 分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數(shù)）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術、電力電子、微電腦控制等技術于一身的綜合性電氣產品。利用變頻調速技術，變頻器很好地解決了引風機根據(jù)工況直接控制風量的大小而滿足工況的要求, 變頻器是無級調速的，用變頻器改造風機，具有以下特點：
    1）起動、停止平衡，無級調速，調速范圍大；
    2）工作可靠，能長期穩(wěn)定運行；
    3）操作簡便，維護量��；
    4）輸出特性可滿足風機性能要求；
    5）節(jié)能效果顯著。
    根據(jù)風機的流量變化與轉速成正比，壓力變化與轉速成正比，而功率變化與轉速變化立方成正比。因此，當風機轉速降低時，風量減少，電機功率成立方比下降。
    5 風機類負荷變頻調速節(jié)能原理
    風機是將電動機的軸功率轉變?yōu)榱黧w壓力與流量的設備。過去很少采用轉速控制的方法，多是由鼠籠式異步電機拖動進行恒速運轉，當需要改變流量時，調節(jié)節(jié)流閥和擋板，這種方法雖然控制簡單，但不節(jié)能，不經濟，動態(tài)跟蹤性能也很差。變頻調速節(jié)能是相對于閥門調節(jié)而言，采用變頻調速器后，將閥門全開，通過改變電機電源頻率的方法來改變電機轉速。由流體力學可知，流量q 與轉速n 的一次方成正比，風壓h 與轉速n的平方成正比，功率P與轉速n 的立方成正比，即：q=qe伊（n/ne），h=he伊（n/ne）2，P=qe伊（n/ne）3，式中，qe為風機的額定流量，he為風機的額定壓力，qe 為風機的額定功率，ne 為風機的額定轉速。由上面的公式可知，調節(jié)風機流量時，可通過轉速進行調節(jié)，此時風機軸輸出功率與轉速的立方成正比。

風機流量、轉速、軸功率及電源頻率關系如表1 所列。

            6 節(jié)能計算
    2# 鍋爐引風機電機（Y355L1-6，Pe=250 kW，Ue=380 V，Ie=458 A）改造前、后節(jié)能效果計算情況如下。
    1）改造前實測數(shù)據(jù)：U1=380 V，I1=412 A，cos漬1 =0.82，P1 =1.732UIcos漬1 =1.732 伊380 伊412 伊0.82=222.4 kW。
    改造前每年耗電量（全年運行300 天計）為：222.35 kW伊24伊300=1 600 920 kW?h。
    2）改造后實測數(shù)據(jù)：U2=380 V，I2=253.4 A，cos漬2=1；P2=1.732伊380伊253.4伊1=166.7 kW?h；
    改造后每年耗電量（全年運行300 天計）為：166.7 kW伊24伊300=1 200 690 kW?h。
    3）每年節(jié)省的電量：1 600 920原1 200 690=400 230 kW?h；節(jié)電率：400 230衣1 600 920=25%；
    每年節(jié)約電費（按0.55 元/kW?h 計）：400 230伊0.55=2 201 265元。
    7 改造效果
    2# 鍋爐引風機通過應用變頻調速技術后，改變了原有的操作方式，實現(xiàn)了遠程控制，能夠有效地適應鍋爐生產過程，使系統(tǒng)運行穩(wěn)定，保持風機高效運轉，電機實現(xiàn)了軟啟動，無沖擊電流，設備故障率大大降低，維修費用大為減少。拖動系統(tǒng)應用變頻調速技術，在大大節(jié)約電能的基礎上，使長期輕載運行的引風機工作在低轉速、低電壓的狀態(tài)下，這樣就使電機發(fā)熱少、溫升低，延長了使用壽命。變頻調速技術也提高了功率因數(shù)，使電網損耗減少，效率提高，同時降低了風機噪音，改善了生產環(huán)境。另外變頻器自我檢測、故障診斷、保護功能齊全，可有效地防止事故擴大化。
通過對變頻器在工業(yè)鍋爐上的應用進行總結，具有以下優(yōu)點。
    1）節(jié)電降耗效果顯著，操作簡便，調節(jié)平衡，尤其與微機控制相聯(lián)更體現(xiàn)了優(yōu)越性，深受司爐工的歡迎。
    2）平滑啟動及電機轉速下降，機械磨損減小，故障率下降，減少了停機、停爐對生產的影響。
    3）擋板和調節(jié)閥的機械磨損、卡死等故障不復存在了，大大減少了設備維護、維修費用。
    8 結語
    鍋爐引風機等風機類設備采用變頻調速技術實現(xiàn)節(jié)能運行是我國節(jié)能的一項重點推廣技術，受到國家政府的普遍重視，實踐證明，變頻器用于風機類設備驅動控制場合取得了顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產工藝要求，并且因此大大減少了設備維護、維修費用，還降低了停產周期。直接和間接經濟效益十分明顯，只需要大約16 個月就可收回全部投資。
    參考文獻：
    [1] 方大千主編. 節(jié)能計算手冊[M]. 北京：電力工業(yè)出版社，2006.
    [2] 富士電機. P11系列富士變頻器操作說明書[Z].
 

1、彩烤溫度曲線的制訂
    
　　彩烤的溫度曲線關系到制品的烤花質量和鉛、鎘溶出量的大小，是烤花窯設計的關鍵因素。通常，彩烤分四個階段完成：
    
　�。�1）從入窯到450℃左右，花紙中的油漬、水份排除，塑料薄膜碳化揮發(fā)。
    
　�。�2）熔劑熔融階段：一般在600～850℃。
    
　�。�3）保溫階段：使熔劑能充分和均勻地熔融。
    
　�。�4）冷卻階段：保溫結束后制品開始冷卻至出窯。 
    
　　為了保證各階段的過程均能順利完成，我們根據(jù)對方提供的花紙樣品，通過試燒，確定了合理的溫度曲線。
    
　　2、窯體主要結構的確定
    
　　2.1 窯爐有效寬度、高度
    
　　根據(jù)產品中的大件尺寸，最大為260mm，最高件為300mm，確定窯爐有效寬度為600，有效高度為360mm。
    
　　2.2 有效長度
    
　　設計產量：18000件/日（按8″平盤件）
    
　　裝載密度：20件/板（托板規(guī)格600mm×600mm）
    
　　彩烤周期：平均1.6h。
    
　　彩烤合格率：93%
    
　　窯爐長度：

　　2.3 高溫帶結構
    
　　全窯沿高溫帶長度方向共設三對燃氣燒嘴。其中二對位于窯爐輥棒、馬弗板下部，一對設在頂部馬弗弧上方。以使窯膛四周受熱，均化窯內溫度。
    
　　2.4 預熱帶結構
    
　　2.4.1 窯頭封閉氣幕
    
　　考慮預熱帶廢氣排放量在，易使窯頭外部冷空氣竄入窯內，降低窯頭溫度及影響廢氣抽排，在窯頭設熱風封閉氣幕。熱風利用窯尾冷卻抽熱風機供給。
    
　　2.4.2 排氣孔
    
　　為了及時排除預熱階段花紙中的揮發(fā)物（水份、油漬、花紙?zhí)蓟�物等），在對應窯溫100~600℃處設置6根Ф100mm排氣管，每根均設置調節(jié)蝶閥，以控制廢氣排量及各占點溫度。
    
　　2.4.3 排煙孔
    
　　為了充分利用熱量，排煙孔設置在靠近窯頭號處，集中后進入煙囪排放。
    
　　2.5 冷卻帶結構
    
　　在窯溫700―500℃區(qū)間設置間冷設施，窯尾設直接冷卻風機，控制產品出窯溫度于60℃以下，避免出窯產品高溫粘臟。同時，在冷卻帶頂部設置了5根Ф100mm的熱風抽管，由熱風機抽出后，會同間冷熱風送至窯頭作氣幕風之用。
    
　　3、主要設備及材料的選用
    
　　3.1 燒嘴選擇
    
　　根據(jù)該地半水煤氣的性質，選用低壓渦流燒嘴DW-I型。通過熱平衡計算及類比經驗，確定選用DW-I-3型燒嘴，其燃燒能力為32m3/h（煤氣熱值為2000cal/m3），對應助燃空氣壓力為≤300mmH2O。
    
　　3.2 助燃風機選擇
    
　　按理論計算，助燃風量為201.6 m3/h，考慮到漏損，故確定風機風量為252 m3/h，出口壓力要求300mmH2O左右，故選用8-18 4A型風機作助燃風機。風機主要參數(shù)：全壓348-366mmH2O，風量619 m3/h，功率1.5kW。
    
　　3.3 抽熱風機的選擇
    
　　選用Y5-47-11No.4C鍋爐引風機，抽取冷卻帶熱風。風機性能參數(shù)：風量2750-5060 m3/h，全壓146-100mmH2O，功率3kW，允許溫度200℃。
    
　　3.4 筑爐材料的選用
   ,廠房負壓風機; 
　　高溫帶采用二級重質高鋁磚，馬弗板選用傳熱、抗氧化的硅線石板，預熱帶采用輕質粘土磚，馬弗板采用鑄鐵板，窯具選用優(yōu)質耐熱不銹鋼制成,負壓風機維修，輥子材料分優(yōu)質耐熱鋼，普通耐耐熱鋼和碳鋼管三種。
    
　　4、傳動結構
    
　　全窯傳動采用電磁調速電機（3kW）――減速機――傳動主軸――鏈條――帶鏈輪輥棒組成。
   ,車間降溫負壓風機; 
　　考慮到窯爐較長，將鏈傳動分成三段。第一段由主軸直接帶動，第二段由第一段尾軸的雙排鏈輪帶動，第三段同樣通過第二段尾軸上的雙排鏈輪拖動。這種傳動方式既克服了長鏈傳動不平穩(wěn)的缺點，又避免了分傳動繁瑣復雜、成本高的不足，實際運行時，傳動平穩(wěn)無噪音。