通风降温方案_锅炉引风机采用高压变频器的应用实例进口风机选型

引言
    某热电厂锅炉为280t/h燃煤锅炉，型号为HG-280/9.8-YM-11。其引风机为成都电力机械厂生产的Y4-60-11No22.5D型离心风机，配套电机型号为Y450-6（6kV 630kW）。该引风机的风量调节是采用传统的风门挡板来控制调节的，因此存在相应的挡板节流损失。虽然锅炉基本处于满负荷运行状态，但由于引风机设计余量较大，加上要兼顾风门的调节性能，因此选用了较大的风机及电机，运行十分不经济。
    2003年6月，该热电厂对锅炉引风机进行了变频调速改造，选用了国产的6kV变频器，通过改变风机转速来实现风量调节的功能，从而避免了不必要的节流损耗。改造后节能效果十分显著，节电率超过40%，达到预期的节能改造目的。

2 ,生产负压风机; 调速节能的原理
    传统的风机调节控制是靠风门的挡板开度来实现的，这就不可避免地带来了挡板节流损失。根据风机厂家提供的资料，Y4-60-11No22.5D型离心风机的性能参数如表1所示。由此可作出风机性能曲线如图1中的AB所示。Y4-60-11No22.5D型离心风机的性能参数如表1所示。

表1  Y4-60-11No22.5D型离心风机的性能参数 

     改造之前，对引风机进行了的效率测试，其数据如表2所示。值得注意的是，表1给出的风机全压是风机进出口的全压，而表2中实测的全压是包括了风门在内的风道进出口全压，两者是不同的。因此在确定风机工作点时，选择风机流量做为依据。以锅炉#1引风机为例，按其引风量可确定工作点为图1中的C点。

表2  改造前引风机运行数据

图1  引风机性能曲线

    从图1的性能曲线可算出，C点对应的风机全压约有5600Pa，但风道上实测的全压只有1779Pa，风压损失了约3821Pa。这部分损失大多是由风门挡板的节流造成的。由于风机风门开度只有45%，风压损失很大，造成风机设备效率只有33.7%。由此可见，如果采用传统的风机挡板调节控制方法，会带来较大的节流损失，特别是在风机的挡板开度比较小的情况下，造成大量的能源浪费。
    调速节能技术就是改变原来以固定风机转速、挡板调节的作法，而是将风机风门固定为全开、通过调节风机转速来调节风机流量。根据风机相似理论，当风机转速改变后，风机性能参数可按下列公式计算：
    Q’/Q＝n’/n
    P’/P＝(n’/n)2 (ρ’/ρ)
    其中：
    Q：风机流量
    P：风机全压
    n：转速
    ρ:介质密度
    例如，当风机转速由980r/min降为700r/min时，风机性能曲线就由原来的AB下移至A’B’（图1）。同样是54.68m3/s的引风量，风机全压仅约为2100Pa。由于这时风机风门全开，节流损耗很少，其风机全压完全可以满足原运行工况的需要。
    由于这时的风机全压大大降低，所需的风机轴功率也相应降低。图1中的阴影部分就是原先浪费在风机风门节流上的功率。通过风机调速，这部分功率就可以节省了下来。风机设备效率得到相应提高。

3  高压变频调速技术原理
    变频调速技术是风机调速方法之一，同其他风机调速方式相比，它具有高效率、高精度等优点。
    变频调速技术的核心部件是变频器。通常三相交流电的频率是固定的，而变频器可以输出不同频率的三相交流电。由于电源频率发生变化，所驱动的异步电动机转速也会相应变化。
    热电厂改造中选用了两台国产的6kV变频器，型号为HARSVERT-A06/050（容量500kVA）。该变频器采用单元串联多电平技术，直接输出6kV正弦波电压，属于高—高电压源型变频器。
    该变频器的核心部分是功率单元模块，其原理图如图2所示。

图2  单元模块原理图

    变频器的主电路图如图3所示，6kV电源经移相变压器后，输出21组不同相位的低压三相电源，每组三相电源各驱动一块功率单元模块。在每块功率单元模块中，三相电源经整流、逆变，得到单相电源。21块功率单元模块分成三组，每组7块进行串联输出，

风机在冬季及夏季有不同的运行特性，风机选型及运行的影响以及风机在运行时使用温度都会有影响。风机是电厂设计中常涉及到的设备，使用的范围很广。若风机发生故障，会影响锅炉的正常运行。但对于美国格林瀚克、美国双城风机等进口风机而言，风机本身消耗的电量要远远少于国产风机。这主要是由进口风机的原理、结构及运行特性决定的。

进口风机选型如何进行能满足低能耗要求？

进口风机选型时，首先要确定系统所需的流量和风压。由于风机样本中流量和风压等性能参数通常都是以正常状态给出的，所以须将使用条件（如输送流体的温度、密度、工作点的大气压等）下系统所需的流量、风压等参数换算到正常状态，依此选择风机。

通风机的正常状态，通常是指在温度20℃，大气压强0.101MPa时，输送相对湿度50%，密度1.2kg/m3的干净空气。在风机选型时，当输送介质的温度、密度、使用地点大气压与正常状态不符时，必须进行如下换算：

对流量而言，不同条件下的参数值是相等的，即

式中：Q1?—,屋顶风机?样本中正常状态下给出的流量(m3/s)，据此进行选型；

Q2?—?使用条件下系统所需的流量(m3/s)。

对风压而言，不同条件下的参数值的换算关系为：
式中：P1?—?样本中正常状态下给出的风压(Pa)，据此进行选型；
P2?—?使用条件下系统所需的风压(Pa),车间排烟系统；
Pa?—?当地大气压(Pa)；
t??—?使用条件下风机进口处的气温(℃)
ρn?—?空气在正常状态（温度20℃，大气压0.101MPa）下的密度，其值为1.2kg/m3；
ρ2?—?空气在使用条件（温度t，大气压Pa）下的密度(kg/m3)。
根据Q1、P1的值以及风机的用途，即可确定风机的型号、机号和转数。
对于输送室外空气、全年运行的进口通风机，由于冬季与夏季的温差很大，不同的使用温度在选型时采用的风压不同。在某些要求通风机质量流量恒定的场合，由于温度?不同，空气密度和风机的体积流量也不同；同时，体积流量的变化又引起流体流速的变化，会引起管道阻力和使用条件下系统所需的全压变化。这样，由于选择不同?的使用温度，会选出不同型号的风机。

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