高压变频器在锅炉引风机上的应用

高压变频器在锅炉引风机上的应用

【摘要】本文介绍了基于变频器锅炉引风机节能控制系统。讨论了控制系统的节能原理及控制工艺，进行了节能分析，实际使用证明，该控制系统控制效果良好，节能效果十分明显。

【关键词】引风机变频器节能

1 原系统运行情况

热力车间4#锅炉为75t/h锅炉，锅炉引风机电机是10kV高压电机，锅炉是燃烧工业煤气（高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气）产生蒸汽送至汽轮机作功，由汽轮机带风机及发电机分别用于高炉供风和发电。

为了保证电机的安全稳定运行，选用的风机电机的备用容量较大。机组满负荷运行时，吸风机入口挡板开度约60%。在变频改造之前，4#锅炉引风机工频运行，出口风量的调节只能通过调整出口挡板来实现，在低于额定负荷40%时，引风机出口挡板振动加剧，锅炉出现过挡板被振断裂的情况，影响锅炉的安全运行。其次风量控制采用档风板控制，挡板阻力将消耗一部分无用功率，造成厂用电率高，影响机组的经济运行。

为了节约能源，降低厂用电率，保护环境，简化运行方式，减少转动设备的磨损等，我公司决定对风机采用高压变频器控制系统。我公司采用高压变频器是HARSVERT V A10/30。

2 HARSVERT V A10/30型高压变频器原理及特点

Harsvert-V A系列高压变频器采用单元串联多电平PWM拓扑结构（简称CSML）。由若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出，高压主回路与控制器之间为光纤连接，安全可靠；精确的故障报警保护；具有电力电子保护和工业电气保护功能，保证变频器和电机在正常运行和故障时的安全可靠。

采用功率单元串联，而不是功率器件串联，器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。直接使用低压IG BT功率模块，器件工作在低压状态，不易发生故障；变频器可以承受30%的电源电压下降而继续运行，变频器的10KV主电源完全失电时，变频器可以在3秒内不停机，能够全面满足变频器动力母线切换时不停机的需要。另外10KV 主电源欠压时可不停机，自动降额，电压正常后再恢复到原来速度。采用二极管不可控整流电路结构，变频器对浪涌电压的承受能力较强，雷击或开关操作引起的浪涌电压可以经过变压器（变压器的阻抗一般为8%左右）产生浪涌电流，经过功率单元的整流二极管，给滤波电容充电，滤波电容足以吸收进入到单元内的浪涌能量，另外变压器一次侧安装了压敏电阻浪涌吸收装置，起到进一步保护作

用。

功率单元为多极模块串联，某个模块发生故障时自动旁路运行，便于现场采取对应措施；即在每个功率单元输出端之间并联旁路电路，当功率单元故障时，封锁对应功率单元IGBT的触发信号，然后让旁路SCR导通，保证电机电流能通过，仍形成通路，大大提高了系统运行的可靠性。

3 锅炉引风机变频改造技术方案简介

电动机参数引风机参数

型号：Y4504-6 型号：Y 4-73-11 NO.20D

额定功率：355kW 额定风量：203070～234545m3/h

额定电压：10kV 额定风压：3490～4190Pa

额定电流：26A

额定频率：50Hz

额定转速：960r/min

我车间采用Harsvert-V A10/30高压变频器，额定电压10KV，额定电流30A，能够满足锅炉引风机的电压和容量要求。此变频器为Harsvert-V A系列变频器，特点如上所述，能够实现节能降耗和减少机械磨损问题。

为了充分保证系统的可靠性，为变频器同时加装工频旁路装置，变频器异常时，变频器停止运行，电机可以直接手动切换到工频下运行。工频旁路由2个高压隔离开关QS1、QS2和高压真空接触器KM1、KM2、KM3组成（见图1，其中QF为原有高压开关）。要求KM2不能与KM3同时闭合，在机械上实现互锁。变频运行时，QS1、QS2和KM1、KM2闭合，KM3断开；工频运行时，KM3闭合，KM1和KM2断开。

我车间原锅炉连锁工艺为：当引风机跳闸时，自动停止送风机，煤气阀门关闭，锅炉p为了实现高压断电时，锅炉能够实现连锁保护，对连锁电路进行改造。将QF常开点与引风机运行信号串联，接送风机变频器故障信号。改造完成后引风机高压停电时能实现连锁保护的功能。

引风机运行闭环控制原理框图如图2所示，采用微差变送器、变频器、控制器、引风机组成的压力闭环回路自动控制引风机的转速，使炉膛保持一稳定的微负压，这样既提高了控制精度，又节约了能源，使引风机控制具有一定的合理性。

4 变频改造实施后效果

引风机采用变频器控制的情况，引风机出口挡板开度可处于满开度状态，通过调节变频器频率，改变引风机电机出力，减少了无用功率消耗，不仅减少了人工调节挡板问题而且减少了挡板的损坏而且达到节电的目的。

4.1 综合节电率测定方案

锅炉引风机变频改造综合节电率测定方案：以热电4#75t/h锅炉引风机变频改造改造完成前后运行功率对比计算节电率。

累积连续计量1个月（30天），选取3个工况点，分别为6天、9天、15天，即占比为20%、30%、50%，进行综合节电率测算（改造测算数据见表1）。

4.2 节电效果计算

锅炉引风机节电效果：

综合节电率=节电率1*占比1+节电率2*占比2+节电率3*占比3

=31.57%*20%+20.02%*30%+44.44%*50%=34.54%；

改前运行功率=工况1运行功率*占比1+工况2运行功率*占比2+工况3运行功率*占比3

=329.08kW*20%+346.41 kW*30%+311.76 kW*50%

=325.619 kW；

年节约电量估算=改造前运行功率*24*365*综合节电率

=325.619 kW*24h/天*365天/年*34.54%

=98.52万kWh；

年节约电费=年节约电量*电费单价=98.52万kWh*0.6元/kWh=59.112万元。

4.3 实际经济效益分

（1）投资金额及构成（变频柜+辅料+施工费用）：本次高压变频改造费用含：变频器（包括旁路柜、风罩等配套设备）：40万元；机旁操作箱：5000元；制冷散热系统：3.0万元；电缆（包括动力电缆、控制电缆）：约3.0万元；土建施工：1.0万元；安装费用：2.0万元。总费用约为49.5万元。

（2）投资收益计算：锅炉引风机变频改造投产后，节电效益明显，经高压