钢铁企业煤气发电厂锅炉风机调速节能探讨

　　企业技术开发钢铁企业煤气发电厂锅炉风机调速节能探讨胡强湖南省冶金规划设计院，湖南长沙410007原理进行了较详细的论述，并与其他调速方式进行了全面的比较探讨，通过工程实例说明高压内反馈串级调速是种具有优良性能价格比的调速方案。

　　节能降耗资源综合利用是企业可持续发展的基础，也是企业增加利润推行清洁生产的主要途径。钢铁企业利用剩余煤气实现热电联产，就是保护环境节约能源的有效方法。

　　但是，在实现了热电联产的发电厂内，仍然存在着个节能运行的问，锅炉鼓引风机调速方案的确定，就是其中较为典型的实例。本文试通过锅炉风机调速节能的探讨，提出笔者的看法，以期达到抛砖引玉的目的。

　　1发电厂锅炉风机调速节能运行的必要性煤气发电厂中锅炉风机是主要的辅机设备，拖动风机运行的电动机具有高压大功率的特点，其电能消耗在厂用电指标中所占比重很大，若能降低风机电机的电能消耗对降低厂用电指标提高经济效益具有重要意义。

　　钢铁企业中，由于原燃料的变化及工艺制度维护管理的需要，用于发电厂的煤气量是经常波动炉风机的负荷发生变化。过去调节风机负荷的办法以采用挡风板节流调节为多，使大量的电能白白浪费在增大的局部阻力上。

　　另外，由于从发电机组的额定发电负荷到汽轮机的输出功率锅炉的蒸汽量风机的风量拖动风机的电动机的额定功率，每步都存在设计裕量，因此即使有足够的煤气量使发电机组满负荷运行，也需要适当调节挡风板以满足锅炉对风量的要求。

　　由此可煤气发电厂的锅炉风机在正常运行时都需要调节风量，这就有必要选用合适的电动机调速方式，使风机节能经济运行。

　　2选择锅炉风机调速经济运行的原则选用锅炉风机的调速方式应从安全性经济性和技术性3方面综合考虑。

　　2.1安全性锅炉风机是发电机组安全运行的个重要环节。选择锅炉风机调速方式必须以安全性为前提，而调速产品的安全性包括主动安全性和被动安全性。

　　主动安全性是指如何采用先进合理的技术方案优质的元器件和先进合理的生产工艺来保证调速产品本身的运行安全性。

　　被动安全性是指当调速产品运行的环境发生故障时，必须有预备措施保证锅炉和发电机组运行而不发生停机事故。环境故障主要包括以下几个方面调速控制装置的控制电源发生故障；电动机所使用的高压电源故障，系统实施了高压电源自动切换的紧急措施；003系统的转速控制信号发生阶跃变化；调速控制装置自身故障。当发生这些故障时，调速系统应具备将电动机转入全速运行的功能，而不允许将电动机停车，并且当从调速运行转入全速运行中应该具备满足系统要求的时间间隔。

　　2.2经济性调速产品的经济性包括两个方面节电效果电动机的调速方式分为高效调速方式和耗能型调速方式，采用现代电力电子技术的高压变频调速和内反馈串级调速等都属于高效调速方式，而液力耦合器调速电磁调速等属于耗能型调速方式，在常规的负荷变化范围内，般高效调速方式与耗能型调速方式的节电效果相差50左右。

　　设备造价在满足风机调速性能要求的前提下，应选择设备造价相对低廉的调速方式，以降低设备投资回收期。

　　2.3技术性技术性是指调速方式是否采用了先进的技术，技术性与安全性和经济性又是相关的，只有采用了先进技术，才能保证调速产品的安全性和节电效果。

　　3内反馈串级调速的系统构成及调速原理内反馈串级调速系统由内反馈串级调速电机和与之配套使用的控制装置组成。

　　内反馈串级调速电机是在国家标准系列绕线型感应电动机的定子上增设了套绕向和节距与定子绕组相同的相对称绕组，称为调节绕组，而将原来的定子绕组称为主绕组，为保证合理的磁负荷，适当加长电机定转子铁芯，以保证有效的铁面积不变。因此其相同规格具有相同或相近的安装尺寸，结构相似。

　　内反馈串级调速属绕线型感应电机转子串附加电势进行调速的理论范畴，该附加电势就是由调节绕组从主绕组感应过来的电势所提供的，通过变流系统将该电势串入电机的转子绕组，改变其串入电势的大小即可实现调速。内反馈串级调速系统如由电力电子技术理论可知，经全桥整流后的直流电压为其中5为转子感应电势，20为转子开路电势为转差率。

　　经全桥逆变器有源逆变前的直流电压为其中3为调节绕组的线电压小为逆变角。

　　这样，改变逆变角即可改变串入电势的大小。并进步推得3和2，只与电网电压和制造参数有关，对于已制成的内反馈串级调速电动机而言，当电网电压恒定时3和2，为常数，由此可，通过改变逆变角3即可改变转差率3实现调速。

　　同时，调节绕组吸收转子的转差功率，并通过与转子旋转磁场相互作用而产生正向的拖动转矩，这就使电机从电网吸收的有功功率减少，主绕组的有功电流随转速正比变化，达到调速节能的目的。

　　内反馈串级调速系统装有内补偿装置，它在调速电机调节绕组侧进行补偿，抵消变流系统产生的无功分量，直接改善电机的功率因数，并具有滤除谐波的功能。

　　4高压内反馈串级调速与其他调速方式的锅炉的鼓引风机要用相匹配的电动机带动，但电动机各种调速方式的调速效率是不同的。根据调速效率的高低可将电动机调速分为高效调速方级调速高压变频调速传统串级调速和变极调速；低效调速方式包括液力耦合器调速电磁调速液态电阻调速等。根据有级调速和无级调速来分变极调速为有级调速，内反馈串级调速高压变频调速传统串级调速液力耦合器调速电磁调速液态电阻调速均为无级调速。现就内反馈串级调速与高压变频调速传统串级调速液力耦合器调速3种常用的调速方法比较如下。

　　4.1与高压变频调速的比较高压变频调速系统简2，内反馈串级调速系统简3.

　　高压变频调速系统由台高压鼠笼型电动机台隔离变压器和台变频器组成。通过电力半导体器件改变高压电动机定子绕组所接电源的频率来实现调速。适用所有恒转矩和递减转矩负载。

　　高压变频调速必须有干式隔离变压器，此干式变压器除增加系统成本外，也给系统的安全运行带来隐患，在实践中有烧毁干式隔离变压器的报道；内反馈串级调速没有隔离变压器。

　　高压变频调速器接于高压电源与电机定子绕组之间，控制的大容量为电机的额定容量，而且必须处理耐压问。因此高压变频调速器的造价很高，体积庞大，维护较困难；而内反馈串级调速控制装置接于电机的转子绕组和调节绕组之间，耐压问容易处理，且控制的容量为从转子绕组取出的容量而不是电机的额定容量，对于风机类负载，此容量大仅为电机额定容量的半。故对于控制相同容量的电机来说，内反馈串级调速控制装置的容量仅为高压变频器容量的半，因而内反馈串级调速控制装置的造价较低，体积较小，便于维护。

　　3在变频器故障时，若要使电动机转入全速运行工频下运行，还需增加旁路装置，这不仅需要增加投资，而且切换时间较长；而在内反馈串级调速控制装置故障时，其调速系统可做到将电动机自动转入全速运行工频下运行。

　　内反馈串级调速控制装置与高压变频器主要由电力半导体器件构成，装置本身的效率相当约9798，但由于在控制相同容量的高压电机时，内反馈串级调速控制装置所控制的容量仅为高压变频器所控制容量的半，因而其能量损耗仅为高压变频器的半，调速效率比高压变频器的调速效率要高。5，若考虑到隔离变压器的损耗，高压变频调速的效率还会低些。

　　内反馈串级调速与高压变频调速均具有平滑无级调速性能，但高压变频器调速范围更大调速精度更高用于乳制生产线极为合适。然而对于风机类负载，负载本身特性决定其调速范围不需太大50100的调速范围足够，对调速精度要求不高。另外煤气锅炉的保安负荷般在额定出力的50左右，因此，对于风机调速，高压变频调速的调速性能显得过剩。

　　器启动方式，具有启动转矩大，启动电流小的特点，对于转动惯量较大的风机负载能很快启动；而高压变频调速具有软启动特性，启动电流可以从零开始，但这是以牺牲启动转矩为代价的，对于转动惯量较大的风机负载，启动时间较长。

　　因此，内反馈串级调速与高压变频调速相比具有造价低体积小效率相对较高的优点和调速范围不大调速精度不高的缺点。对于风机来说，高压变频调速的性能没有得到充分的利用，也不是很经济。

　　4.2与传统的串级调速比较传统的串级调速是将普通的绕线型感应电机的转差功率从电机转子引出，并通过变流系统的变换后，再经逆变变压器和高压操作柜送回电网，4.由于逆变变压器是集中绕组，对谐波的抑制能力不如内反馈串级调速电机的调节绕组其短距和分布作用对空间谐波有很强的抑制能力，因此其谐波污染大；由于没有内补偿系统，功率因数低，逆变变压器的容量约为电机额定容量的半，且体积大，成本高。与内反馈串级调速相比，内反馈串级调速的调速性能更好，而且取消了逆变变压器及其附属设备的设备费用和设备占地，使整个调速系统结构更简单更紧凑，具有更高的效率和更好的安全性。

　　4.3与液力偶合器调速比较液力偶合器调速属耗能型调速方式，有如下缺点在调速过程中有滑差损耗，该损耗大可达电机额定功率的14.8；轴向长度较大，必须改变电机基础；故障时不能转换到全速运行。尽管该调速方综上所述，内反馈串级调速的50100调速范围完全能够满足风机的调速节能运行，属高效调速方式，而且设备造价较低。实践明，般13年即可通过节电效益回收全部设备投资，是符合我国国情的拖动大中型风机调速节能运行的较为理想5工程实例某钢铁厂自备电站有台利用高炉煤气发电75100，其发电量也随之变化，原来采用挡风板来调节风量，造成大量电能浪费。2001年月对该发电机组锅炉送风机和引风机采用了内反馈串级调速产品进行调速节能改造，并成功实现了与，3系统的接口，于同年12月投入运行。改造前后的年度电耗统计1.

　　引风机耗电量送风机耗电量锅炉年耗电量单耗改造前改造后节电率由1可以看出，改造后节电效果明显，经济效益显著。

　　设备经过近两年运行考验，运行安全稳定，维护方便。

　　6结论高压内反馈串级调速是种高效率的调速方95+100，具有优良的性能价格比，技术先进，经济适用，安全可靠，节电效果显著，适合于电厂锅炉风机调速节能运行。

　　王励涛。内反馈串级调速技术在电厂的应用刀。中国电力，王励涛。高压内反馈串级调速在风机水泵调速节能运行中上接第10页属度用空格分开。如果隶属度为零，则在隶属度字段中不涉及，计算时自动视为零，以减小建库工作量。

　　5小结机器联想技术与般数据库技术相比，有较高因此非常适用于计算机辅助机械功能原理设计系统。本文提出的机器联想方法，已成功应用于中南林学院青年教师科研基金项目计算机辅助机械功能原理设计系统研究中，证明是可行的。

　　黄靖远。龚剑霞。贾延林。机械设计学北京机械工业出版社，1999.

　　张亮。演化式事例改写策略刀。武汉大学学报自然科学王漫，王志海，胡学钢。等。智能概念设计的设计知识