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  • 丹佛斯變頻器在鍋爐引風機上的應用

    1、引言

    廣東某紙業有限公司瓦楞紙生產過程中所需蒸汽由一臺4噸及一臺6噸的燃油鍋爐供給,其中4噸鍋爐的引風機配置一臺7.5KW的三相異步電機,6噸鍋爐的引風機配置一臺15KW的三相異步電機。兩個鍋爐均通過調節入口風門檔板的開度調節其引風量,在實際運行過程中常因引風量過小導致爐膛正壓而使鍋爐熄火;或因引風量太大導致爐內燃油燃燒不充分而產生大量黑煙,浪費燃油資源。為此我們對鍋爐的引風機進行變頻調速技術改造,以達到節能降耗及提高鍋爐的自動化運行水平。

    2、風機調速原理

    2.1 風機是一種平方轉矩負載,其基本參數有:

    ①風量Q:單位時間內流過風機的空氣量;

    ②風壓H:當空氣流過風機時,風機給予每立方米空氣的總能量稱為風機的全壓Ht(Pa),其由靜壓Hd和動壓Hg組成,即Ht=Hd+Hg;

    ③功率P:風機工作有效的總功率,Pt=Q•Ht;

    ④效率η:風機空氣功率除以風機軸功率。

    2.2 風機特性曲線

    H-Q曲線:當轉速恒定時,風壓與風量間的關系特性;

    P-Q曲線:當轉速恒定時,功率與風量間的關系特性;

    η-Q曲線:當轉速恒定時,風機的效率特性。

    在不同轉速控制時的H-Q曲線如圖一所示:

    由流體力學可知:P(功率)=Q(流量)×H(壓力)

    而 Q/Qe=n/ne

    H/He=(n/ne)2

    P/Pe=(n/ne)3

    Qe: 風機的額定流量

    He: 風機的額定壓力

    Pe:風機的額定功率

    ne:風機的額定轉速

    由上述公式可知:如果風機的效率一定,當要求調節流量Q下降時,轉速n可成比例下降,此時風機的軸輸出功率P是成立方關系下降。即風機電機的耗電功率P與其轉速n近似成立方關系。

    2.3 管網的風阻特性

    當管網的風阻特性保持不變時,風量與通風阻力之間的關系為:

    K=R·Q2

    K:通風阻力,單位(Pa)

    R:風阻,單位(kg/ m3)

    Q:風量,單位(m3/s)

    由風量與通風阻力之間的關系式可知:風阻特性曲線為拋物線(如圖一中的R曲線所示)。

    2.4風機的節能原理

    三相異步電機轉速與頻率的關系為

    n=60f(1-s)/P

    當改變定子繞組的電源頻率時,就可以改變電機的轉速,即可調節風量的大小,因此調節電機轉速就可相應地調節輸入風機的功率,這樣就避免了風門調節風量時消耗在風門上的功率。

    3、引風機變頻調速控制系統的設計

    在此鍋爐引風機變頻調速控制中,利用變頻器的段速功能根據鍋爐的不同工作狀態自動調節電機頻率,從而達到調節引風量的目的。

    此鍋爐為負壓燃燒的鍋爐,如爐膛壓力偏高,火焰就可能噴出,損壞設備或燒傷人員;而如果爐膛負壓過大,則會吸入過多的冷空氣,致使爐膛溫度降低,增加熱損失。

    鍋爐的啟動應緩慢進行,其啟動過程為:

    ①水系統檢查

    ②啟動引風機

    ③啟動鍋爐,此時鍋爐自控系統先啟動鼓風機對爐膛和風道進行吹掃

    ④點燃過程,電極產生高壓電火花,燃油助燃器開始點燃,燃燒器電磁閥開通,點小火,火焰監測器開始工作,如燃燒正常,延遲一分鐘,啟動大火電磁閥點大火,經監測大火正常后,轉為正常燃燒階段

    ⑤根據蒸氣用量情況鍋爐在大火、小火之間反復切換

    在鍋爐的運行過程中,鍋爐自控系統根據大、小火電動閥的不同工作情況自動調節鼓風機入口檔板的開度調節鼓風量大小,而引風機則是通過人工調節其風門的大小調節其引風量,考慮到鍋爐實際運行情況及投資成本,我們運用變頻器的段速功能對鍋爐引風機進行變頻調速改造,其電氣原理如圖三所示:

    該調速系統所用的變頻器為丹佛斯變頻器VLT2800系列7.5KW及15KW變頻器各一臺,以4噸鍋爐7.5KW引風機為例說明:

    先按電機銘牌設變頻器相關電機參數,其它參數根據現場調試設置如下:

    214=2(外部/預置)

    215=64(32Hz,50*64%)

    216=72(36Hz,50*72%)

    217=80(40Hz,50*80%)

    302=7(18輸入端子啟動)

    304=24(27輸入端子預參考值作用)

    305=22(預置參考值,最低位)

    307=23(預置參考值,最高位)

    系統工作原理:

    ①當按下啟動按鈕時,中間繼電器KA1吸合,變頻器啟動,同時27輸入端子得電預置參考值起作用,變頻器輸出32Hz;

    ②當鍋爐鼓風完成后進入大火燃燒階段,33輸入端子得電,變頻器輸出40Hz;

    ③當需要小火時,29端子得電,33端子失電,變頻器輸出36Hz;

    ④鍋爐根據生產蒸汽用量在大火與小火之間切換。

    6噸爐的工作原理與4噸爐的工作原理相同,只是各段速設置不同。

    4、結束語

    對4噸及6噸鍋爐的引風機進行變頻調速改造后,其節能效果相當明顯:

    ①不需再由人工調節風門檔板,提高了鍋爐自動化運行水平;

    ②提高了鍋爐運行穩定性,降低了燃油損耗;

    ③引風機速度平均下降30%左右,從而節省了大量電能(丹佛斯變頻器)。

    2015年03月12日

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