摘要  分析了鍋爐引風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，討論了變頻器用于引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速的工作原理，介紹了一個(gè)具體案例的改造效果及節(jié)能效益。
    關(guān)鍵字  引風(fēng)機(jī)；變頻器；調(diào)速；節(jié)能
    1 概述
    鍋爐作為能源轉(zhuǎn)換的重要設(shè)備，在電力、機(jī)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(chǎn)負(fù)荷需求，鍋爐要隨時(shí)調(diào)整生產(chǎn)狀態(tài)，改變供熱量的多少。用戶在選配風(fēng)機(jī)時(shí)，都是根據(jù)工藝要求中出現(xiàn)的最大負(fù)荷來(lái)確定容量，所以存在著“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象。鍋爐的引風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)的風(fēng)量是通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而用來(lái)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是不可調(diào)節(jié)的，因此造成大量的調(diào)節(jié)損失和電能的浪費(fèi)。基于這種情況，本文提出采用變頻調(diào)速技術(shù)控制鍋爐引風(fēng)機(jī)電機(jī)，極大地改善了工藝操作人員工作條件，改善了風(fēng)機(jī)設(shè)備的起動(dòng)性能，實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)調(diào)速，可以節(jié)約35%左右的電能，從而達(dá)到了節(jié)能降耗、減少設(shè)備噪聲污染的目的。
    2 問(wèn)題的提出
    通常在工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造業(yè)中風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于鍋爐燃燒系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等場(chǎng)合，根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)爐膛壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度等指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝要求和運(yùn)行工況。而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、擋板開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)整受控對(duì)象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門(mén)、擋板的節(jié)流損失消耗掉了。在生產(chǎn)過(guò)程中，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。風(fēng)機(jī)類(lèi)設(shè)備多數(shù)采用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，存在啟動(dòng)電流大、機(jī)械沖擊、電氣保護(hù)特性差等缺點(diǎn)。不僅影響設(shè)備使用壽命，而且當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備，時(shí)常出現(xiàn)泵損壞同時(shí)電機(jī)也被燒毀的現(xiàn)象。近年來(lái)，出于節(jié)能的迫切需要和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求，利用變頻器易操作、免維護(hù)、控制精度高，并可以實(shí)現(xiàn)高功能化等特點(diǎn)，因而采用變頻器驅(qū)動(dòng)的方案開(kāi)始逐步取代風(fēng)門(mén)、擋板、閥門(mén)的控制方案。
    3 改造方案
    通常工業(yè)鍋爐上的引風(fēng)機(jī)都是電機(jī)以定速運(yùn)轉(zhuǎn)，再通過(guò)改變引風(fēng)機(jī)入口的擋板開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。而風(fēng)機(jī)的最大特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此如將電機(jī)的定速運(yùn)轉(zhuǎn)改為根據(jù)需要的流量來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可節(jié)約大量的電能。要提高引風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的工作效率，節(jié)約電能，可以在引風(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。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最佳調(diào)速裝置就是變頻器。為此，我們?cè)谖覐S2#鍋爐引風(fēng)機(jī)上進(jìn)行了實(shí)踐。不必對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行大改動(dòng)，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(hào)為CR4-280B。
    在2# 鍋爐引風(fēng)機(jī)原電氣控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行電氣改造，拆除原進(jìn)線交流接觸器，增加中間繼電器，其它部分均不變。因?yàn)樽冾l器在風(fēng)機(jī)改造方面得到廣泛的應(yīng)用，改造后，可根據(jù)工藝狀況需要而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以滿足工藝要求。當(dāng)工藝狀況需要時(shí)，讓電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行以達(dá)到工藝要求；當(dāng)工藝狀況允許時(shí)，使電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)約電能。引風(fēng)機(jī)變頻器運(yùn)行受鍋爐燃燒控制系統(tǒng)DCS 的控制。調(diào)節(jié)DCS 4耀20 mA電流輸入信號(hào)，控制變頻器的輸出頻率，以達(dá)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(wàn)元對(duì)2#鍋爐引風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造，2# 鍋爐引風(fēng)機(jī)改造電氣原理圖如圖1 所示。

    4 變頻調(diào)速的特點(diǎn)及節(jié)能分析
    鍋爐引風(fēng)機(jī)電機(jī)在沒(méi)有實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速控制之前，一般采用“降壓起動(dòng)”，并且正常運(yùn)行后，電動(dòng)機(jī)全壓、全速運(yùn)行，而引風(fēng)機(jī)風(fēng)量的大小則通過(guò)風(fēng)門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)。一般情況下，風(fēng)門(mén)的開(kāi)度為50%耀80%，電機(jī)只能是滿負(fù)荷運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)的工作效率很低，造成很大浪費(fèi)。變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p 分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）；通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)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(shù)、電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的綜合性電氣產(chǎn)品。利用變頻調(diào)速技術(shù)，變頻器很好地解決了引風(fēng)機(jī)根據(jù)工況直接控制風(fēng)量的大小而滿足工況的要求, 變頻器是無(wú)級(jí)調(diào)速的，用變頻器改造風(fēng)機(jī)，具有以下特點(diǎn)：
    1）起動(dòng)、停止平衡，無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大；
    2）工作可靠，能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；
    3）操作簡(jiǎn)便，維護(hù)量小；
    4）輸出特性可滿足風(fēng)機(jī)性能要求；
    5）節(jié)能效果顯著。
    根據(jù)風(fēng)機(jī)的流量變化與轉(zhuǎn)速成正比，壓力變化與轉(zhuǎn)速成正比，而功率變化與轉(zhuǎn)速變化立方成正比。因此，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，風(fēng)量減少，電機(jī)功率成立方比下降。
    5 風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)荷變頻調(diào)速節(jié)能原理
    風(fēng)機(jī)是將電動(dòng)機(jī)的軸功率轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w壓力與流量的設(shè)備。過(guò)去很少采用轉(zhuǎn)速控制的方法，多是由鼠籠式異步電機(jī)拖動(dòng)進(jìn)行恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)需要改變流量時(shí)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥和擋板，這種方法雖然控制簡(jiǎn)單，但不節(jié)能，不經(jīng)濟(jì)，動(dòng)態(tài)跟蹤性能也很差。變頻調(diào)速節(jié)能是相對(duì)于閥門(mén)調(diào)節(jié)而言，采用變頻調(diào)速器后，將閥門(mén)全開(kāi)，通過(guò)改變電機(jī)電源頻率的方法來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。由流體力學(xué)可知，流量q 與轉(zhuǎn)速n 的一次方成正比，風(fēng)壓h 與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)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(fēng)機(jī)的額定流量，he為風(fēng)機(jī)的額定壓力，qe 為風(fēng)機(jī)的額定功率，ne 為風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。由上面的公式可知，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)流量時(shí)，可通過(guò)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)風(fēng)機(jī)軸輸出功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。

風(fēng)機(jī)流量、轉(zhuǎn)速、軸功率及電源頻率關(guān)系如表1 所列。

            6 節(jié)能計(jì)算
    2# 鍋爐引風(fēng)機(jī)電機(jī)（Y355L1-6，Pe=250 kW，Ue=380 V，Ie=458 A）改造前、后節(jié)能效果計(jì)算情況如下。
    1）改造前實(shí)測(cè)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(yùn)行300 天計(jì)）為：222.35 kW伊24伊300=1 600 920 kW?h。
    2）改造后實(shí)測(cè)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(yùn)行300 天計(jì)）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(fèi)（按0.55 元/kW?h 計(jì)）：400 230伊0.55=2 201 265元。
    7 改造效果
    2# 鍋爐引風(fēng)機(jī)通過(guò)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)后，改變了原有的操作方式，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，能夠有效地適應(yīng)鍋爐生產(chǎn)過(guò)程，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，保持風(fēng)機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，無(wú)沖擊電流，設(shè)備故障率大大降低，維修費(fèi)用大為減少。拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，在大大節(jié)約電能的基礎(chǔ)上，使長(zhǎng)期輕載運(yùn)行的引風(fēng)機(jī)工作在低轉(zhuǎn)速、低電壓的狀態(tài)下，這樣就使電機(jī)發(fā)熱少、溫升低，延長(zhǎng)了使用壽命。變頻調(diào)速技術(shù)也提高了功率因數(shù)，使電網(wǎng)損耗減少，效率提高，同時(shí)降低了風(fēng)機(jī)噪音，改善了生產(chǎn)環(huán)境。另外變頻器自我檢測(cè)、故障診斷、保護(hù)功能齊全，可有效地防止事故擴(kuò)大化。
通過(guò)對(duì)變頻器在工業(yè)鍋爐上的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，具有以下優(yōu)點(diǎn)。
    1）節(jié)電降耗效果顯著，操作簡(jiǎn)便，調(diào)節(jié)平衡，尤其與微機(jī)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(dòng)及電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械磨損減小，故障率下降，減少了停機(jī)、停爐對(duì)生產(chǎn)的影響。
    3）擋板和調(diào)節(jié)閥的機(jī)械磨損、卡死等故障不復(fù)存在了，大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用。
    8 結(jié)語(yǔ)
    鍋爐引風(fēng)機(jī)等風(fēng)機(jī)類(lèi)設(shè)備采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行是我國(guó)節(jié)能的一項(xiàng)重點(diǎn)推廣技術(shù)，受到國(guó)家政府的普遍重視，實(shí)踐證明，變頻器用于風(fēng)機(jī)類(lèi)設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制場(chǎng)合取得了顯著的節(jié)電效果，是一種理想的調(diào)速控制方式。既提高了設(shè)備效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，并且因此大大減少了設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用，還降低了停產(chǎn)周期。直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，只需要大約16 個(gè)月就可收回全部投資。
    參考文獻(xiàn)：
    [1] 方大千主編. 節(jié)能計(jì)算手冊(cè)[M]. 北京：電力工業(yè)出版社，2006.
    [2] 富士電機(jī). P11系列富士變頻器操作說(shuō)明書(shū)[Z].
 

1、彩烤溫度曲線的制訂
    
　　彩烤的溫度曲線關(guān)系到制品的烤花質(zhì)量和鉛、鎘溶出量的大小，是烤花窯設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。通常，彩烤分四個(gè)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(jié)束后制品開(kāi)始冷卻至出窯。 
    
　　為了保證各階段的過(guò)程均能順利完成，我們根據(jù)對(duì)方提供的花紙樣品，通過(guò)試燒，確定了合理的溫度曲線。
    
　　2、窯體主要結(jié)構(gòu)的確定
    
　　2.1 窯爐有效寬度、高度
    
　　根據(jù)產(chǎn)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(zhǎng)度
    
　　設(shè)計(jì)產(chǎn)量：18000件/日（按8″平盤(pán)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(zhǎng)度：

　　2.3 高溫帶結(jié)構(gòu)
    
　　全窯沿高溫帶長(zhǎng)度方向共設(shè)三對(duì)燃?xì)鉄�嘴。其中二�?duì)位于窯爐輥棒、馬弗板下部，一對(duì)設(shè)在頂部馬弗弧上方。以使窯膛四周受熱，均化窯內(nèi)溫度。
    
　　2.4 預(yù)熱帶結(jié)構(gòu)
    
　　2.4.1 窯頭封閉氣幕
    
　　考慮預(yù)熱帶廢氣排放量在，易使窯頭外部冷空氣竄入窯內(nèi)，降低窯頭溫度及影響廢氣抽排，在窯頭設(shè)熱風(fēng)封閉氣幕。熱風(fēng)利用窯尾冷卻抽熱風(fēng)機(jī)供給。
    
　　2.4.2 排氣孔
    
　　為了及時(shí)排除預(yù)熱階段花紙中的揮發(fā)物（水份、油漬、花紙?zhí)蓟�物等），在�?duì)應(yīng)窯溫100~600℃處設(shè)置6根Ф100mm排氣管，每根均設(shè)置調(diào)節(jié)蝶閥，以控制廢氣排量及各占點(diǎn)溫度。
    
　　2.4.3 排煙孔
    
　　為了充分利用熱量，排煙孔設(shè)置在靠近窯頭號(hào)處，集中后進(jìn)入煙囪排放。
    
　　2.5 冷卻帶結(jié)構(gòu)
    
　　在窯溫700―500℃區(qū)間設(shè)置間冷設(shè)施，窯尾設(shè)直接冷卻風(fēng)機(jī)，控制產(chǎn)品出窯溫度于60℃以下，避免出窯產(chǎn)品高溫粘臟。同時(shí)，在冷卻帶頂部設(shè)置了5根Ф100mm的熱風(fēng)抽管，由熱風(fēng)機(jī)抽出后，會(huì)同間冷熱風(fēng)送至窯頭作氣幕風(fēng)之用。
    
　　3、主要設(shè)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(zhì)，選用低壓渦流燒嘴DW-I型。通過(guò)熱平衡計(jì)算及類(lèi)比經(jīng)驗(yàn)，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(duì)應(yīng)助燃空氣壓力為≤300mmH2O。
    
　　3.2 助燃風(fēng)機(jī)選擇
    
　　按理論計(jì)算，助燃風(fēng)量為201.6 m3/h，考慮到漏損，故確定風(fēng)機(jī)風(fēng)量為252 m3/h，出口壓力要求300mmH2O左右，故選用8-18 4A型風(fēng)機(jī)作助燃風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)主要參數(shù)：全壓348-366mmH2O，風(fēng)量619 m3/h，功率1.5kW。
    
　　3.3 抽熱風(fēng)機(jī)的選擇
    
　　選用Y5-47-11No.4C鍋爐引風(fēng)機(jī)，抽取冷卻帶熱風(fēng)。風(fēng)機(jī)性能參數(shù)：風(fēng)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(fù)壓風(fēng)機(jī); 
　　高溫帶采用二級(jí)重質(zhì)高鋁磚，馬弗板選用傳熱、抗氧化的硅線石板，預(yù)熱帶采用輕質(zhì)粘土磚，馬弗板采用鑄鐵板，窯具選用優(yōu)質(zhì)耐熱不銹鋼制成,負(fù)壓風(fēng)機(jī)維修，輥?zhàn)硬牧戏謨?yōu)質(zhì)耐熱鋼，普通耐耐熱鋼和碳鋼管三種。
    
　　4、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)
    
　　全窯傳動(dòng)采用電磁調(diào)速電機(jī)（3kW）――減速機(jī)――傳動(dòng)主軸――鏈條――帶鏈輪輥棒組成。
   ,車(chē)間降溫負(fù)壓風(fēng)機(jī); 
　　考慮到窯爐較長(zhǎng)，將鏈傳動(dòng)分成三段。第一段由主軸直接帶動(dòng)，第二段由第一段尾軸的雙排鏈輪帶動(dòng)，第三段同樣通過(guò)第二段尾軸上的雙排鏈輪拖動(dòng)。這種傳動(dòng)方式既克服了長(zhǎng)鏈傳動(dòng)不平穩(wěn)的缺點(diǎn)，又避免了分傳動(dòng)繁瑣復(fù)雜、成本高的不足，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)噪音。