郑州热力公司锅炉引风机变频改造

1引言

南郊热源厂位于郑州市南四环以南1.6公里处，郑尧高速以东1.2公里，距计划打通的大学南路200米，厂区占地76.8亩。总体规划为4台116MW（4×160t）循环流化床热水锅炉。一期规划为2台116MW（2×160t）循环流化床热水锅炉，投资2.04亿元，是目前河南省最大的热源厂。项目建成后可实现供热面积约1000万㎡。其中一期工程可实现供热面积约500万㎡，可满足中州大道以西，西三环以东航海路以南的供热需求。南郊热源厂的建成对于缓解总公司热源紧张，及为实现进一步发展壮大供热格局将起到非常重要的作用。

南郊热源厂一期工程二台循环流化床锅炉分别由无锡锅炉厂和郑州锅炉厂生产。锅炉机组分别装有引风机，型号为：QAY-5№24.5F，电机型号为：YKKPT630-61000kW/10kV。引风机风量调节为入口挡板调节方式；机组运行中，引风机的入口挡板开度最大不到60%左右。由于这样的调节方法仅仅是改变通道的流通阻力，而驱动源的输出功率并没有改变，节流损失相当大，浪费了大量电能。同时，电机启动时会产生5～7倍的冲击电流，对电机构成损害。引风机系统自动化水平低，运行效率低。为此采用变频调节方式对引风机系统进行改造，以减少节流损失，提高系统运行的经济性。厂领导经过考察分析，经过招标方式选择了山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP38-1000F（适配1000kW/10kV电机）高压变频器2套对锅炉引风机进行调速控制，改造取得了成功。用户现场如图1所示。

                                                                               图1用户现场

2锅炉引风机高压变频调速系统构成

2.1锅炉引风机基本参数

锅炉引风机主要用于116MW燃煤热水锅炉引风系统，输送的介质为烟气（温度120~150℃）。引风机一共为2台，其基本参数如表1所示。

2.2高压变频调速系统构成

南郊热源厂2台116MW机组配置引风机2台，引风机改造选用风光JD-BP38-1000F高压变频器2台、并配置自动旁路柜，用于变频/工频切换。采用“一拖一”变频控制。风光JD-BP38-1000F变频器参数如表2所示：

3锅炉引风机变频节能原理

一般异步电动机的同步转速为：n1＝60f/p，而异步电动机转速n与同步转速n1存在一个滑差关系：n=n1（1-s）=60f/p（1-s），由上式可以得到，改变异步电动机的转速可以通过改变f、p、s可以达到。针对某一电动机而言P是一定的，而通过改变s进行调速空间非常小，所以变频调速通过改变定子供电频率f来改变同步转速是异步电动机的最为合理的调速方法。

若均匀地改变供电频率f，即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点，目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式，在很多领域都获得了广泛的应用。

根据流体力学相似定律：Q1/Q2＝n1/n2输出风量Q与转速n成正比；

H1/H2＝(n1/n2)2输出压力H与转速n2正比；

P1/P2＝(n1/n2)3输出轴功率P与转速n3正比。

当风机风量需要改变时，如调节风门的开度，则会使大量电能白白消耗在挡板上。如采用变频调速调节风量，可使轴功率随风量的减小大幅度下降。可见，通过变频对风机进行控制，不但节能而且大大提高了设备运行性能。以上公式为变频节能提供了充分的理论依据。

4锅炉引风机高压变频调速系统特点

引风机调速是由热电厂操作人员通过DCS系统的CRT上的模拟操作器，参照烟气温度、锅炉蒸汽温度、负压等参数，对DCS的输出值进行调节，此输出值为反馈给变频器的4～20mA标准信号，对应不同的频率（速度）给定值，变频器通过调节电机的转速，实现风机风量控制，从而达到节能的目的。

在此基础上，经过一段时间的积累，可将不同负荷和温度下的给定值绘制成曲线，定出安全的上下限，制成风机调速专用算法，同时利用热工一次测量元件，将采集的负荷和温度参数及负压的变化值送到机组DCS系统中，在机组DCS系统中，进行控制运算，将计算结果形成4～20mA的速度给定指令信号，反馈给变频器，变频器通过调节电机的转速，实现风机的转速自动控制。

锅炉引风机变频系统具有如下特点：锅炉引风机变频系统，既可以变频调速运行，也可以直接投工频运行；为变频器提供的交流220V控制电源掉电时，由于变频器的控制电源和主电源没有相位及同步要求，变频器可以使用UPS和直流供电继续运行，不会停机；变频器配置单元旁路功能，在局部故障时，变频器可将故障单元旁路，采用星点漂移技术保持最大限度功率输出，减少停机造成的损失；保留原电机继续使用，不改变原有风机设备任何基础；和电厂的DCS系统实现无缝连接。高压变频器控制外围控制回路如图2所示。

                                                               图2高压变频器控制外围控制回路

5引风机采用一拖一运行方式，配置自动旁路柜

                                                                        图3引风机自动旁路柜

原来2台锅炉引风机全部采用工频运行，对2台引风机增设变频调速装置改造，采用一拖一加自动旁路的方式。将原引风机挡板调节的运行方式改为由变频调节引风机风量的运行方式。当变频器故障或检修，可自动切至工频运行。当引风机变频运行时通过DCS调节风机频率去调整风机转速，从而达到调节引风机风量的目的，同时保留原挡板调节方式，引风机变频运行时挡板置于全开位置以减少节流损失。

引风机高压变频器其一次电路如图3所示。旁路柜在变频器进、出线端增加了两个隔离刀闸，以便在变频器退出而电机运行于旁路时，能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。

旁路柜主要配置：三个真空断路器（QF1、QF2、QF3）和两个刀闸隔离开关K1、K2。QF2与QF3实现电气互锁，当QF1、QF2闭合，QF3断开时，电机变频运行；当QF1、QF2断开，QF3闭合时，电机工频运行。另外，QF1闭合时，K1操作手柄被锁死，不能操作；QF2闭合时，K2操作手柄被锁死，不能操作。

电机工频运行时，若需对变频器进行故障处理或维护，切记在QF1、QF2分闸状态下，将隔离刀闸K1和K2断开。

合闸闭锁：将变频器“合闸允许”信号串联于QF1、QF2合闸回路。在变频器故障或不就绪时，真空断路器QF1、QF2合闸不允许；在QF1、QF2合闸状态下，若变频器出现故障，则“合闸允许”断开，QF1、QF2跳闸，分断变频器高压输入电源。

旁路投入：将变频器“旁路投入”信号并联于QF3合闸回路。变频运行状态下，若变频器出现故障且自动投入允许，系统将首先分断变频器高压输入、输出开关QF1和QF2，经过一定延时后，“旁路投入”闭合，即工频旁路开关QF3合闸，电机投入电网工频运行，并把旁路状态信号发送给DCS。同时DCS逻辑自动将风门迅速关到工频相应开度，此时运行人员参与调节，控制风量风压正常，确保炉膛燃烧稳定。

如变频器发生隐患，变频器发送“变频器报警”信号至DCS，此时变频器继续运行，检修人员可到本地根据变频器报警信息排除隐患。

6引风机变频节能效果

热力公司供热负荷在初期、中期、末期时的变化很大，负荷需要根据天气情况实时调整，也就是要对引风机的转速要随时进行调整。根据锅炉实际负荷需要对引风机进行变频调速控制，既满足了负荷调整需要，保证和改善了工艺，又达到了节能降耗的目的。风光JD-BP38-1000F（1000kW/10kV）高压变频器运行界面如图4所示。

                                                                图4高压变频器运行界面

通过运行实践，两台引风机的运行情况基本相同，供暖中期的运行频率平均在41Hz，电流平均在43A左右，初期、末期时的运行频率平均在31Hz，电流平均在19A左右，中期时间大约占三分之一，初期、末期时间占三分之二。系统配置电机额定电流为72A，根据实际运行测试电机工频运行电流在66A左右：

P变=1.732×10×（43×0.98×33%+19×0.98×67%）=456.8kW

P工=1.732×10×66×0.82=937.4kW

节电率=（P工-P变）/P工×100%=51.2%

引风机每天运行24h，一个采暖期按120d，每度电按0.65元计算，那么一个采暖期每台引风机节约电费计算如下：

（937.4kW-456.8kW）×24h×120d×0.65元/kW∙h=89.968万元，一个采暖期两台引风机合计节约电费170多万元。节能效果十分显著。

7结束语

山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP38-1000F的高压变频器在郑州热电厂锅炉引风机投运以来，其性能稳定、节能效果明显，可以根据供热锅炉的负荷情况进行风量调节，大大提高锅炉的稳定性，并且节煤效果很好，提高了运行的经济性。

在锅炉引风机的燃烧系统中应用高压变频器节能降耗，是国家大力提倡节能降耗政策不可缺少的技术手段。除此之外，变频器对锅炉的稳定运行也起着重要作用。高压变频器越来越广泛地应用在电力、冶金、石化、水泥、矿山等高压电机驱动的各个行业。

参考文献

山东新风光电子使用手册[Z]山东新风光电子科技发展有限公司。

作者简介

刘庆庆女电气专工，供职于郑州热力总公司南郊热源厂。

刘殿珍男技术支持工程师，供职于山东新风光电子科技发展有限公司。

生产基地地址：山东省汶上县经济开发区

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文章联系人：郭培彬

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