丹佛斯变频器在锅炉引风机上的应用

1、引言
广东某纸业有限公司瓦楞纸生产过程中所需蒸汽由一台4吨及一台6吨的燃油锅炉供给，其中4吨锅炉的引风机配置一台7.5KW的三相异步电机，6吨锅炉的引风机配置一台15KW的三相异步电机。两个锅炉均通过调节入口风门档板的开度调节其引风量，在实际运行过程中常因引风量过小导致炉膛正压而使锅炉熄火；或因引风量太大导致炉内燃油燃烧不充分而产生大量黑烟，浪费燃油资源。为此我们对锅炉的引风机进行变频调速技术改造，以达到节能降耗及提高锅炉的自动化运行水平。

2、风机调速原理

2.1 风机是一种平方转矩负载，其基本参数有：
①风量Q：单位时间内流过风机的空气量；
②风压H：当空气流过风机时，风机给予每立方米空气的总能量称为风机的全压Ht（Pa）,其由静压Hd和动压Hg组成，即Ht=Hd+Hg；
③功率P：风机工作有效的总功率，Pt=Q•Ht；
④效率η：风机空气功率除以风机轴功率。

2.2 风机特性曲线
H-Q曲线：当转速恒定时，风压与风量间的关系特性；
P-Q曲线：当转速恒定时，功率与风量间的关系特性；
η-Q曲线：当转速恒定时，风机的效率特性。
在不同转速控制时的H-Q曲线如图一所示：
由流体力学可知：P（功率）=Q（流量）×H（压力）
而 Q/Qe=n/ne
H/He=（n/ne）2
P/Pe=（n/ne）3
Qe: 风机的额定流量
He: 风机的额定压力
Pe：风机的额定功率
ne：风机的额定转速

由上述公式可知：如果风机的效率一定，当要求调节流量Q下降时，转速n可成比例下降，此时风机的轴输出功率P是成立方关系下降。即风机电机的耗电功率P与其转速n近似成立方关系。

2.3 管网的风阻特性
当管网的风阻特性保持不变时，风量与通风阻力之间的关系为：
K=R·Q2
K：通风阻力，单位（Pa）
R:风阻，单位（kg/ m3）
Q:风量，单位（m3/s）

由风量与通风阻力之间的关系式可知：风阻特性曲线为抛物线（如图一中的R曲线所示）。

2.4风机的节能原理
三相异步电机转速与频率的关系为
n=60f（1-s）/P
当改变定子绕组的电源频率时，就可以改变电机的转速，即可调节风量的大小，因此调节电机转速就可相应地调节输入风机的功率，这样就避免了风门调节风量时消耗在风门上的功率。

3、引风机变频调速控制系统的设计
在此锅炉引风机变频调速控制中，利用变频器的段速功能根据锅炉的不同工作状态自动调节电机频率，从而达到调节引风量的目的。

此锅炉为负压燃烧的锅炉，如炉膛压力偏高，火焰就可能喷出，损坏设备或烧伤人员；而如果炉膛负压过大，则会吸入过多的冷空气，致使炉膛温度降低，增加热损失。

锅炉的启动应缓慢进行，其启动过程为：
①水系统检查
②启动引风机
③启动锅炉，此时锅炉自控系统先启动鼓风机对炉膛和风道进行吹扫
④点燃过程，电极产生高压电火花，燃油助燃器开始点燃，燃烧器电磁阀开通，点小火，火焰监测器开始工作，如燃烧正常，延迟一分钟，启动大火电磁阀点大火，经监测大火正常后，转为正常燃烧阶段
⑤根据蒸气用量情况锅炉在大火、小火之间反复切换

在锅炉的运行过程中，锅炉自控系统根据大、小火电动阀的不同工作情况自动调节鼓风机入口档板的开度调节鼓风量大小，而引风机则是通过人工调节其风门的大小调节其引风量，考虑到锅炉实际运行情况及投资成本，我们运用变频器的段速功能对锅炉引风机进行变频调速改造，其电气原理如图三所示：

该调速系统所用的变频器为丹佛斯变频器VLT2800系列7.5KW及15KW变频器各一台，以4吨锅炉7.5KW引风机为例说明：
先按电机铭牌设变频器相关电机参数，其它参数根据现场调试设置如下：
214=2（外部/预置）
215=64（32Hz,50＊64%）
216=72（36Hz,50＊72%）
217=80（40Hz,50＊80%）
302=7（18输入端子启动）
304=24（27输入端子预参考值作用）
305=22（预置参考值，最低位）
307=23（预置参考值，最高位）
系统工作原理：
①当按下启动按钮时，中间继电器KA1吸合，变频器启动，同时27输入端子得电预置参考值起作用，变频器输出32Hz；
②当锅炉鼓风完成后进入大火燃烧阶段，33输入端子得电，变频器输出40Hz；
③当需要小火时，29端子得电，33端子失电，变频器输出36Hz；
④锅炉根据生产蒸汽用量在大火与小火之间切换。
6吨炉的工作原理与4吨炉的工作原理相同，只是各段速设置不同。

4、结束语
对4吨及6吨锅炉的引风机进行变频调速改造后，其节能效果相当明显：
①不需再由人工调节风门档板，提高了锅炉自动化运行水平；
②提高了锅炉运行稳定性，降低了燃油损耗；
③引风机速度平均下降30%左右，从而节省了大量电能。