高效节能改造：C台锅炉风机电机

赵世敏（山西天脊煤化工集团股份有限公司，山西　潞城　047507）

摘要：首先介绍了C炉运行情况；其次分析了变频技术的节能原理和优点；最后阐述了C炉风机高压变频器的改造过程和节能效果。

关键词：C炉；变频技术；节能

随着社会经济的发展，能源紧张的问题越来越严重。在许多工业企业中，锅炉作为巨大的燃烧反应和热交换装置是重要的能源消耗设备，实现高效低耗运行对提高能效、节约能源具有重要意义。在经济新常态下，各个企业都在寻求节能降耗。锅炉大功率机电设备的电力消耗越来越受到各个企业的重视。应用变频调速技术改造锅炉风机后，既能节省很大的电能，又能改善风机性能，越来越受到广大企业的欢迎。

我公司热动厂C台锅炉型号：CG-220-11.0-M，高压蒸汽锅炉，满负荷为220t/h,四川锅炉厂制造，1998年11月投用至今。负责向高压蒸汽管网或汽轮发电机组提供足量、合格的高压蒸汽，目前锅炉长期运行在额定负荷90%以上，实际产高压蒸汽量为200t/h左右。其主要用电设备有送风机、引风机、高压给水泵等高耗能设备，其中，高压、大功率电机的应用尤为突出，特别是6kV、560kw的送风机16103A/B2台，6kV、1120kw的引风机16104A/B2台，且全年高负荷运行。4台风机的参数及运行情况见表1。

表1　C台锅炉引、送风机运行工况

此前，风机中的电机都是在50Hz的工频状态下运行，风机全速运转，其输出功率不随机组负荷变化而变化，挡板开度通常在50～70%。若生产、工艺发生变化，需要调节气体流量和压力时，只有通过改变档板或阀门的开度来调整。这样，有相当部分电能转为机械能消耗在挡板的阻力上，大量电能消耗在节流损失中。另外，由表1可知，引、送风机的实际运行功率在额定功率的60%左右，这样导致该设备运行在功率因数较低的区域，造成的能量损失也很大。

为了提高C炉的生产效率、降低能耗，电机驱动系统拟采用全数字交流高压变频器实施控制。高压变频器直接串联于高压电源与高压电机之间，通过改变设备的运行速度来实现调节现场工况所需风压、风量的大小，不仅满足了生产需求，又达到了节约电能的目的。

2.1　变频器的节能原理

（1）变频节能。根据流体力学可知，离心式风机的风量Q、压力H、轴功率P和转速N之间满足如下关系（相似定理）：

Q∝N，H∝N2,P∝N3

所以有：

当风量减少风机转速下降时，其电动机的输入功率也随之迅速下降。比如，风量下降一半时，在不考虑效率的情况下，风机轴功率下降87.5%。

（2）功率因数补偿节能。普通电机的功率因数在0.6-0.8之间，大量的无功电能消耗在线路当中,设备使用效率低下，浪费严重。使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，功率因数COSφ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

基于变频器的巨大节能优势和可自动化控制，我公司在变频器的应用上已经有了很大的发展。比如：气化炉炉篦布煤器驱动系统变频器改造、C台锅炉给粉机电机变频器改造；另外，在泵组方面，如：苯胺罐区的苯卸车泵P-701A，6300#废水生化处理装置脱泥机房的PAM加药泵P-6319等都实行了变频器改造。

2.2　实施过程

2015年5月，沈阳聚汇创能节能技术服务公司就C炉4台引、送风机电机改造与我公司达成合作意向，加装高压变频控制系统4台，装机容量为3,360KW，双方约定采用合同能源管理模式。此次高压变频改造选用的是施耐德-利德华福公司（北京）生产的HARSVERT-VA高压变频器。

2015年11月13日，变频器正式安装完成。改造时，将高压变频器串联进现有高压开关柜与高压电机之间，只需改接电缆，无需更换电机，基本符合改造要求。原理如图1所示。

系统主回路控制方案由3个高压隔离开关QS41、QS42和QS43和高压开关QF、电动机M组成（见左图）。要求QS42和QS43之间存在机械互锁逻辑，不能同时闭合。改造时，将高压变频器串联进现有高压开关柜与高压电机之间，正常工作时采用变频回路，QS41和QS42闭合，QS43断开；工频运行时，QS41和QS42断开，QS43闭合。高压开关QF、电动机M为现场原有设备。

2015年12月17日，进行交工验收。电机改造后，在同等负荷的基础上，用电量明显下降，自动化程度大大提高，达到了改造的目的。(www.xing528.com)

图1　

3.1　故障率低

自C炉加装变频控制系统点火成功后，没有出现故障现象，系统动态响应速度快，调节性好，在输送风量时更加精准，能够实现对锅炉负荷的精准控制。且没有出现因风机调节原因而故障退出的情况，自动投入率明显提高。

3.2　运行转速降低

采用变频调速后，随时可以通过调整转速使系统在接近额定状态下工作，由于启动缓慢及转速的降低，相应地延长了许多零部件的寿命；同时极大的减轻了对管道的冲击，有效延长了管道的检修周期，减少了检修维护开支，节约大量维护费用。

3.3　工作强度降低

变频控制系统强大的通讯功能可以将运行速度实时传送到显示控制台，用于DCS监视系统的运行情况。通过DCS操作控制信号和运行信号，实现了C炉工艺调整的自动化控制。改变了以前现场手动控制风量调节C炉负荷的情况，大大降低了劳动强度，提高了生产效率，为优化运营提供了可靠保证。

3.4　减少了对电网和电机的冲击

采用变频调节后，系统实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网无大的冲击，减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。

3.5　节电效果明显

图2　变频改造前后输入电流对比图

图2是C炉在正常连续稳定运行时，16103A和16104A在变频器安装前、后一周的日均电流。从图中可以直观的看出，在13日变频改造完成后，引、送风机电流大幅下降。

风机变频器改造后，节电效果明显，在负荷保持稳定的前提下，每天规定时间抄录电流表两次，电机运行电压在6.3kV左右，根据功率计算公式：P=×U×I×COSφ，计算结果如表2所示：

表2　改造前、后用电情况对比

4台风机按全年运行300天，电费按0.5元/kWh计算，年可实现节约电费：

（1465.24+624.92-834.57-420.41）×24×300×0.5=300万元

通过对C台锅炉4台引、送风机变频改造后，满足了C台锅炉工艺生产的要求，系统运行安全、稳定，提高了装置的本质安全度，同时取得了明显的节能效果。可见，变频调速技术在节能降耗、提高装置自动化控制水平方面的巨大优势。

这也是我公司继2014年利用合同能源管理模式对3台西循环水和2台西二循环水冷却塔风机实行节能改造后又一成功的将合同能源管理模式运用到公司的节能技术改造中来，既节省了改造费用，又减少了投资风险。

作者简介：赵世敏（1986-），女，汉族，本科，助理工程师，2010年毕业于太原理工大学应用化学专业，目前在山西天脊煤化工集团股份有限公司环保能源管理部能源管理科从事能源管理工作。