锅炉鼓、引风机节电系统

一、应用背景：   

 锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。我国矿石燃料产量的一半以上都被锅炉消耗，转化为电能或热能，供生产或生活使用。

二、工作原理：

1、锅炉结构和工作原理

           锅炉是由：锅炉本体、燃烧设备（包括炉膛和烟道）、控制系统三部分组成。锅炉本体由受压部件组成汽水系统。它吸收燃烧设备燃料所放出的热量，将锅炉给水加热为需要的热水（符合热水锅炉额定参数）或蒸汽（符合蒸汽锅炉额定参数）。燃烧设备是由炉膛、烟道组成的风、燃料、烟系统，燃料与空气混合燃烧把热量传递给汽水系统，而烟气自身温度逐渐降低，直至经除尘器引风机由烟囱排入大气。

2、锅炉工作过程

     下面以双炉筒横置式链条炉排水管锅炉（SHL型锅炉）为例，简要介绍锅炉的工作过程。

将锅炉所需要的煤通过上煤机送入加煤斗然后落入炉排，炉排由减速箱带动链轮以一定的速度将炉排向炉后移动，炉排上的煤进入炉膛后受到高温烟气的强烈辐射，又得到炉排下面风仓送来的空气（该空气先由鼓风机鼓入空气预热器，被加热的空气送入炉排下的风仓内）混合进行燃烧放热，煤最后燃烬成炉渣进入灰渣斗排出炉外。在炉排上燃烧的煤产生高温烟气，在引风机的抽吸作用下以一定的流速依次经炉膛、对流烟道，烟气不断将热量传递给炉膛和对流受热面，而烟气本身温度逐渐下降，最后经引风机、省煤器、除尘器、烟囱排入大气。

三、存在问题

1、鼓引风机启动时为降压启动，启动电流对电网冲击大；

2、原有风机在工作时缺少最基本的电气保护，不能完全保证安全运行，增加了设备维护量；

3、原有风机工作时噪音大，对现场工作人员影响较大；

4、原有风机靠手动调整风门的开口大小来调节用风量，对锅炉的压力控制方式是频繁起停引风机来实现的,这样对整个电网、电机及其它设备缩短了正常的使用寿命,即浪费了大量的电能，操作也很不方便。

5、锅炉燃烧需要合理的风煤比，如果风量不足则燃烧不充分，风量过大则带走大量的热量，都是不经济的。合理的风煤比，需要操作工合理调整风量，但由于操作人员在工作经验及技能上存在的差异，导致锅炉不能在最合理的风煤比状态下运行；造成资源的严重浪费。

四、改造方案：

    锅炉的鼓、引风机的作用是用来保障燃料充分燃烧并维持炉膛微负压。锅炉风机一般采用离心式风机，风机实际应用做如下分析：

1、鼓、引风机工频启动电流大，两者之间没有联系，启动先后顺序没保障，不具备风机报警功能。为了实现鼓、引风自动化合理运行，风机要有以下改进：

（1）先启动引风机再自动启动鼓风机，鼓风机无法单独开启；若引风机停止，鼓风机应立即停机。

（2）采用变频器对鼓、引风机进行控制，当变频器或风机电机出现故障时，会有声光报警，自动断开风机驱动电源。

2、由于电机距控制室较远，变频器到电机的电缆接线较长，线路上的分布电容会在电机运行的过程中产生较大的尖峰电流，这就要求变频器具有很好的抑制尖峰电流的能力。

3、一般离心式风机的叶片直径较大，电机在停止时产生的惯量非常大，利用变频器减速停止电机，就必须要求变频器具有很好的抑制由于惯量大而产生的直流母线电压提升过高的能力。

4、在控制系统中，应加装变频器与原自耦降压启动柜的手动切换装置，以防止当变频器发生不可恢复的故障或定期保养时影响锅炉的正常运行。

5、变频控制系统应有清晰准确的电流、电压、电机转速、频率等显示功能，若为全自动控制系统还要有锅炉炉膛风量、风压的指示和锅炉燃烧情况的三维动画显示，以便于锅炉操作及运行人员监视和操作。

五、改造后性能

    节电控制系统在锅炉上应用实现了以下功能：

1、节电效果明显，节电率平均可达35%以上；

2、采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障率，节电效果显著；

3、采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿命，避免了对电网的冲击；

4、电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响；

5、具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能；具有电源指示、运行指示、频率显示等功能。

6、操作简单，具有电气联锁、变频联锁、故障联锁等保护功能，实现锅炉风机的自动保护。

7、预留通讯接口，可以与原系统或后期系统联系。

六、节电原理

1、变频调速节电原理参见第一节第五部分，这里不再赘述。

2、风门及阀门特性及变频调速节能原理风门的开启角度与管网压力，流量的关系如图示：

 

         当电机以额定转速n₀运行，风门角度以a₀（全开），a，a₁变化时管道压力与流量只能是沿A，B，C，点变化。即若想减小管道流量到Q₁，则必须减小风门开度到a₁，这使得风门前压力由原来的P₀提高到P_q，实现调速控制后，风门后压力由原来的P₀降到P_h。风门前后存在一个较大的压差△P=P_q-P_h。

        风门前压力由原来的P₀提高到P_q，实现调速控制后，风门后压力由原来的P₀降到P_h。风门前后存在一个较大的压差△P=P_q-P_h。

如果让风门全开（开度为a₀），采用变频调速，使风机转速至n₁，且流量等于Q₁，压力等于P_h，那么在工艺上则与风门调节一样，达到燃烧控制的要求。而在电机的功耗上则大不一样。风机的轴功率与流量和扬程或压力的成绩成正比。在流量为Q₁，用风门节流时，令电动机的功率为Nf=KP_hQ₁。用变频调速比风门节流节省的电能为：

N_j-N_f =K（P_q-Ph）Q₁=Q₁△P。

      由图可见，流量越低，风门前后压差越大，也就是说用变频调速在流量小，转速低时，节能效果更好。

      目前绝大多数风机控制系统中的风量调节都是通过调节风门挡板实现的，这种风量调节方式不但使风机的效率降低，也使很多能量白白消耗在挡板上。为了节约电能，提高燃烧控制水平，增加经济效益，采用变频调速系统取代低效高能耗的风门挡板，已成为风机节能改造的重点。

七、产品小结

    通过以上的分析可以看出，鼓引风机经过改造以后不仅可以节约用电，而且可以通过减小炉膛内的负压来提高燃煤的热效率。燃锅炉安装节电系统后，节电效果一般在30%～50%，节电率很高，投资回收期短，可以为企业带来可观的经济效益。