1  引言

大型风机是工矿企业的关键设备，其耗电常达到企业电力消耗的1/3以上。这些风机常在50%～70%甚至更低的流量下运行。这是因为，一方面设备的设计时常留有一定的余量，另一方面，由于工况的变化需要风机输出不同的风量。我厂的锅炉鼓风机为9—19No.16D型，其额定参数为流量Q=6330m³/h，转速n=1450r/min，驱动电机是功率为400KW型号为Y400—4的三相异步交流电动机。鼓风机工作时，需根据锅炉的情况随时调节风量，而控制风量的方法是调节风门。多年来锅炉鼓风机工作时的流量一般为额定流量的50%～70%，消耗的电能有30%～50%被浪费，因此对其进行节能改造势在必行。

2  节能改造方法的确定

2.1 分析锅炉鼓风机的工作特性

锅炉鼓风机的工作特性主要由风压—风量（H—Q）特性曲线来表述的。H—Q曲线是表示当转速恒定时H与Q之间关系的特性，如图1所示。

           图1

A点为风机运行工作点，H_A和Q_A分别为在A点运行时的风压和风量，根据特性曲线可以看出当转速恒定时H与Q成反比，当Q减小时H增大，而轴功率P_s与H、Q乘积成正比，所以P_s无明显变化。又因为风机的耗电与轴功率P_s成正比，所以在转速恒定的情况下无法达到节能的目的，因此必须调节转速。

2.2 变频调速法的确定

采用调节转速控制风量的方法和常用的调节风门的方法相比有显著的节能效果，其原理如图2所示。

图2

曲线1为恒速n₁下的H—Q特性曲线，曲线2为管网风阻特性曲线（风门全开）。当需要调节风量时，例如，所需风量从100%减小到额定风量的70%即从图中的Q₁减小到Q_2，如果用调节风门的方法调节时, 管网风阻特性曲线从2变到3，此时系统工作点从A移至B，可以看出虽然风量降低了，但风压从H₁变到H₂增加了，因此轴功率P_s基本没有减小。而采用调节转速来调节风量时 ，风机的转速由原来的n₁降至n₂，根据风机参数比例定律可以画出转速n₂下的H—Q特性曲线4，此时风机工作在C点，从图中可以看出在满足同样风量Q₂的情况下，风压将大幅度下降到H₃，轴功率P_s也将随之大幅度下降。由此可见对锅炉鼓风机进行变速调节，就可以达到节能的目的。而调节风机转速必须通过调节驱动电机的转速来完成，在众多的调节方法中经比较，变频调速技术最为先进，调速效率高，调速性能好，改造方便，因此决定，采用变频调速技术对锅炉鼓风机进行节能改造，不但可达到节能的目的，同时还可提高装置的自动控制水平。

3.1 变频调速的工作原理

变频调速的主要工作原理是将三相交流工频电源经大功率整流元件整流，变成直流，再将直流电用正弦波脉宽调制技术逆变为频率可调、幅度亦随之改变的三相交流电，以此为电源供给电机使用，可以根据需要将电源频率调节到一定的值。其工作原理示意图如图3所示。

图3

锅炉鼓风机的电机采用的是交流三相异步电动机，其转速与电源频率的关系为n=60f(1-s)/p

式中  n—电机转速

f—电源频率

p—电机的磁极对数

s—电机的转差率，对确定的电机可视为定值

从式中可以看出转速n正比于电源频率f，调节f就可以达到调节n的目的。

3.2 高压变频器的选定与安装

（1）根据电机容量，选用HARSVER—A系列A06/050型高压变频器，该变频器适用于火力发电厂的风机、水泵等高压设备，特点是参数显示清晰、性能优越、维护简单、节能效果明显等，其电压等级为6KV，额定电流为50A，容量为500 KV A。

（2）安装接线如图4所示。

                  

图4

 

图中K为高压开关，K₁为高压紧急分断，K₂为高压合允许，M为电机，L₁、L₂、L₃为变频器输入端，U、V、W为变频器输出端 。

（3）为便于变频器的维护与检修，利用变频器的旁路功能实现电机的手动旁路，接线示意图如图5所示。

 

 

图5

图中K₃、K₄、K₅均为手动隔离开关，KM为带综合继保的高压断路器，M为电机。K₃、K₄闭合且K₅断开时，电机由变频器控制调速运行；K₃、K₄断开且K₅时闭合时，电机由KM直接启、停并进行保护，变频器可完全和电网脱离。

4.1 节能

（1）节能效果。改造前单台

月耗电量约为203100KWh, 改造

后单台月耗电量约为36984 KWh（月运行时间均为600小时），每月可节约电量1661161 KWh。

（2）经济效益。按电价0.44元/ KWh计算，每月节省电费约73091元。锅炉鼓风机的变频改造总投资约80万元，经一年的运行即可收回全部投资，经济效益显著。

4.2 改善了系统的监控性和可靠性，提高了工作效率，减少了检修和维修的工作量。

4.3 限制启动电流，消除电机启停对机械的冲击，延长了设备的使用寿命。

5   结论

对锅炉鼓风机进行变频调速改造后，不仅节能效果良好，经济效益显著，而且改善了系统的监控性和可靠性，延长了设备的使用寿命，因此是一次成功的改造。

 

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