变频器在电厂节能中的应用

刘勇

摘 要：在电厂运行过程中，水泵和风机是电能耗损的主要设备，而变频器的加入可以根据负荷情况实现电动机的无级变速，节能效果十分明显。本文根据以往工作经验，对变频调速装置的节能原理进行总结，并从对炉膛内的负压进行自动控制、对电厂设备进行改造四方面，论述了变频器在电厂节能中的应用。

关键词：锅炉电气系统；变频器；蒸汽压力

中图分类号：TN773.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）09-0161-01

我国属于能源消耗大国，对电能的需求量较大，在高能耗的化工企业发展过程中，节能设计显得尤为重要。工业锅炉是企业生产过程中的主要热动力设备，其耗电量也会随着气温和负荷的变化而变化。因此，人们需要对锅炉的燃烧情况进行适当调节，主要调节方式为机械节流调节。但在此调节方式下，水泵和风机都会以满负荷状态运转，从而导致电动机整体耗能量不会出现明显降低。

1 变频调速装置的节能原理

1.1 变频节能

根据流体力学知识可知，P=Q×H，其中P代表功率，Q代表流量，H代表压力。在锅炉实际工作过程中，如果水泵的效率保持不变，当流量Q下降时，水泵转速也会出现下降，此时输出功率P的下降幅度将会更大。换句话说，水泵电机的耗电功率与转速近似呈现出立方比关系，表1记录了轴功率和流量之间的节能关系。在锅炉运行过程中，变频器能够对负载变动进行快速适应，并实施最高效率电压的不断供给。而在变频调节过程中，变频器还能对V/F曲线进行自动调节，从而实现电机输出力矩的有效减小，降低输入电流，最终达到节能目的。例如，某水泵电机的电功率为55kW，当转速下降1/5时，耗电值为28.16kW，省电率为48.8%，当转速下降一半时，耗电量便会降低至6.875kW，省电率高达87.5%。

1.2 软启动节能

在电机启动过程中，主要的启动方式为直接启动或Y/D启动，启动所需要的电流为额定电流的4到7倍，如此一来，将会对机电设备和供电电网产生严重冲击，对电网的容量要求也会相应提升。尤其是在电机启动过程中，所产生的巨大电流和振动可以对挡板等装置带来损害，从而影响了电机的整体使用寿命。而在变频节能装置应用之后，可利用变频器的软启动功能，帮助电机从零电流开始启动，整个过程电流的最大值也不会超过额定电流，降低了整个流程对电网的冲击，同时对电容的容量要求也有所下降，有利于设备维护工作的合理开展[1]。

1.3 功率因数补偿节能

在鍋炉使用时，无功功率的增加可导致线损、设备发热等情况出现，使电网有功功率降低，通过该过程作用，很多无功电能也会消耗在线路之中，降低了设备使用效率。由公式P=S×COSθ；Q=S×Sinθ可知，COSθ数值越大，有功功率也会得到增加。一般来说，普通功率的功率因数范围在0.6到0.7之间，在变频调速装置得到应用之后，由于内部滤波电容的作用，COSθ≈1，从而实现电网有功功率的增加。

2 锅炉电气系统中变频器的节能应用

2.1 对炉膛内的负压进行自动控制

在锅炉电气设备运行过程中，变频器可提高带有调节功能的锅炉引风机控制性能，最终提升炉膛内负压的稳定性。如炉膛压力调节性能差，当压力过大时，会出现漏风和热量损失，不利于节能工作的开展，如果负压过小，会导致炉膛因为正压过大而向外喷火，降低整个操作系统的安全性，还会对周围环境产生污染。此时利用变频器的闭环控制对负压进行精确调节。具体过程如下：在锅炉初始状态下，可以由人工对空气与煤气比例进行调节，确保锅炉内部达到理想的燃烧状态，当引风机处于完全开启状态时，炉膛内的负压将会达到100Pa，此时可利用变频器对燃煤锅炉进行调节，促使高压力波动下的煤气流量接近于初始状态的煤气流量，让煤气和空气比例达到最佳，从而实现节能控制[2]。

2.2 变频器的自动控制

在变频器节能应用过程中，可进行手动控制也能进行自动控制，在自动控制信号确定过程中，可以采用4mA到20mA的电流信号，或者0到10V的电压信号。除此之外，为了提升闭环控制的控制效果，可对相关自动控制要求进行合理满足。而仪器表的启动信号转变过程中，需要将转换器之中的信号转变成4到20mA的电流信号，并将信号送至变频器之中，从而对电动机的转速进行合理控制，最终确保控制系统的有效简化。但在实际控制过程中，流量的控制精度要比以往的起订调节阀的控制精度高出很多。根据电厂使用要求，变频器还可以通过对温度控制来降低能量消耗，并实现对各种信号的综合控制。

2.3 对风机进行自动控制

变频器在风机中体现出十分明显的节能效果，很多电厂在风机应用过程中选择无静压风机，可保证风机运行过程中的流量与转速呈现出正比的变化规律，为变频器的节能应用提供了有效条件。例如，在风机运行过程中使用变频器，可利用变频调节提升风机运行过程中的节能水平。但在实际应用过程中，需要对电厂中的风机进行合理改造，当变频器投入使用时，如果锅炉电气系统之中的风机需要提供原有能耗的50%，这说明该风机节约了50%的能耗。除此之外，还可以对风机能量进行充分调整，并依靠相关关系，将风机能量调整到原有的80%，以此来增加变频器的节能效果。

2.4 设备改造后的节能效果

表2是某单位蒸汽锅炉使用的变频电机容量信息，整体规格为20t，电机的总容量为110+55+3+11+3+11 =193kW。

该锅炉的工作时间为24小时，每月30天，变频控制柜在高温区和恒温区的综合节电率大概在35%。通过计算可以得出总耗电量为48636度，按每度电0.75元计算，总费用为30154元。每月的节煤量大概在1200×5%=60t，每月的实际用煤量大约为1200t，如果按照节能率5%来计算，每吨煤价格按480元来计算，每个月可以节约资金46800元。从这些计算数字中可以看出，在锅炉电气系统中应用变频器，可实现对风量、流量的有效控制，对能源节约、提升企业经济效益同样具有重大意义，为企业实现可持续发展提供前提条件。

3 结语

综上所述，伴随着经济的迅速发展，我国在企业节能减排工作上也提出了更高要求，变频器技术的应用，可对电厂电气系统性能进行合理调节，节能效果也十分明显。通过对电厂耗电设备的升级和改造，不但能够提升节能效果，还能在原有基础上提高企业生产效率。因此，发电企业应该更加广泛的应用变频器，提升电厂经济性。

参考文献

[1]杜振海.高压变频器在火电厂应用中对电气设计产生的影响[J].电子技术与软件工程，2018，（02）：231-232+244.

[2]宫晓鹏.高压变频器在热源厂汽轮机拖动异步机发电系统中的应用[J].变频器世界，2017，（03）：70-73.

[3]英威腾.高压变频器在某热电热网循环水泵上的应用[J].自动化博览，2017，（01）：62-64.