一拖二变频控制技术在锅炉引风机改造中的应用
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山东丰源通达电力有限公司的研究人员尤纪超，在2017年第3期《电气技术》杂志上撰文指出，风机采用变频控制技术是实现节能运行的重要措施，受到了国家政府的高度重视。
本文从变频改造方案、运行效果等方面，介绍了一拖二变频控制技术在某热电厂锅炉引风机改造中的应用，并对实际的节能效果进行了具体分析。从分析结果可知，变频改造后引风机的耗电量明显减少，节能效果显著。
引风机是锅炉重要的辅机设备，也是电厂生产中主要的耗电设备，其耗电量达厂用电的30%以上。众所周知，在电厂生产中引风机多采用传统的调速方法，即通过调节入口挡板的开度来调节风量。但在挡板调节过程中，会增加风阻和管道震动，造成大量的节流损失，损耗大量的电能。然而采用变频器控制技术来调节锅炉引风机的风量，可使耗电功率大大降低，节电率可达20%~50%，受到了国家大力提倡。
近年来，多数电厂已对锅炉引风机进行变频调节改造，大多选用一拖一方案，这一方案虽然简单方便，但初投资较高。因此，为了响应国家节能减排的号召，提高电厂效益，采用一拖二变频控制技术对锅炉引风机进行改造，从而实现节能减排的目的。
1. 机组概况
某热电厂拥有4台75t级锅炉设备，这四台锅炉设备均设置有1台引风机、送风机和二次风机，其驱动电机以最大的额定负荷完成设计。然而根据年度生产计划以及锅炉设备实际运行情况，1#2#锅炉和3#4#锅炉正常情况下各运行一台即可满足生产需要。这样看来，1#2#锅炉引风机和3#4#锅炉引风机也只需运行一台即可满足生产要求。设计时采用一拖二变频技术，当两台锅炉切换后，其引风机都能在变频状态下运行。
2. 锅炉引风机改造方案
2.1 变频器的选型
因变频器的选择与高压变频器在锅炉引风机改造工作中所实施的方案有直接关系，考虑到锅炉设备的实际运行情况，对多种品牌的变频器进行对比分析，最终选用国产系列山东新风光电子科技发展有限公司的JD-BP37-400F型高压变频器。
图1 变频器实物图
2.2 方案实施
购置一台高压变频器，单独隔离一间变频器室并安装两台空调，其他设备随厂家一起配置。原电机供电电源电缆接至变频器切换柜两路进线高压真空断路器上口，断路器至电机电缆重新敷设，控制系统通过锅炉DCS系统远程操作。
2.3 变频控制方案
由于变频器控制方式在启动时优于工频，但在运行时抗干扰性却低于工频，因此改造时充分吸取工频运行的优点，采用一拖二工／变频旁路控制方案，其具体电气控制图如图2所示。
所谓一拖二工／变频旁路方案，是指两台锅炉引风机共同采用一套变频调速装置，可以带其中任意一台引风机变频运行，同时采用电控的断路器和接触器，可以接受系统编程的自动控制。
QF1、QF2 为两个断路器，QS1、QS2、QS3和QS4为四个高压隔离开关，KM1、KM3、KM4、KM5和KM6为高压交流接触器，其中KM3和KM5之间、KM4 和KM6之间存在完全机械互锁；QS1 和QS2 之间、QS3 和QS4 之间均存在电气闭锁和逻辑闭锁关系，防止变频器输出侧与6kV电源侧短路等严重事故。
该方案既可以实现单台风机的工变频切换，又可以通过对断路器QF1、QF2进行倒闸操作实现两台引风机的变频切换，且1/2锅炉运行时均可投入变频，提高了变频设备的利用率，既节省投资又方便运行，既安全可靠又经济实用。
图2 一拖二控制变频示意图
正常状态时，具体运行方式如下：（以1#2#锅炉引风机为例，具体操作画面如下图3所示）
1）若1#锅炉引风机变频运行：闭合切换柜中的隔离开关QS1和QS3，1#锅炉引风机即为变频方式待机状态，再闭合断路器QF1，程序自动闭合接触器KM1和KM3，接通闭合电路，1#锅炉引风机变频运行。此时，KM5被机械互锁为断开状态，工频方式作为故障备用，当变频器发生故障或者“转工频”切换指令发出时，KM1、KM3断开，KM5自动闭合，利用“飞车启动”功能将1#锅炉引风机无扰切换至工频运行状态。QS2和QS4处于断开状态，KM6接触器也处于断开状态，2#锅炉引风机工频备用。
2）若2#锅炉引风机变频运行：闭合切换柜中的隔离开关QS2和QS4，2#锅炉引风机即为变频方式待机状态，再闭合断路器QF2，程序自动闭合接触器KM1和KM4，接通闭合电路，2#锅炉引风机变频运行。此时，KM6被机械互锁为断开状态，工频方式作为故障备用，当变频器发生故障或者“转工频”切换指令发出时，KM1、KM4断开，KM6自动闭合，利用“飞车启动”功能将2#锅炉引风机无扰切换至工频运行状态。QS1和QS3处于断开状态，KM5接触器也处于断开状态，1#锅炉引风机工频备用。
3）当1#(2#)锅炉停运2#(1#)锅炉启动时，先将1#(2#)锅炉引风机切换至工频，2#(1#)锅炉引风机以变频方式启动。
4）当变频器发生故障或因其他原因退出时，可选择均为工频启动，即将QS1、QS2、QS3和QS4断开，接触器KM1、KM3、KM4电路断开，选择“转工频”运行方式，程序自动闭合接触器QF1、KM5或接触器QF2、KM6。
3.节能分析
随机抽取改造前后日发电量大致相等的时间段进行对比（如表1所示），参见变频改造前后每天的耗汽量、耗电量及吨汽耗电量统计表，可以看
图3 现场操作界面图
表1 变频改造前后电量对比
出变频改造后引风机的耗电量比工频运行时的耗电量明显减少，具有显著的节能环保效益和良好的经济效益。由于节电效果非常明显，另外两台锅炉引风机也进行了一拖二变频改造。
（1）节能率计算
从上表可以看出：改造后引风机变频运行时吨汽耗电量为3.36 kwh/t，改造前引风机工频运行时吨汽耗电量4.97kwh/t。变频吨汽耗电量节能率为47.9%。
（2）节电量计算
假定风机运行工况为24h连续运行，按锅炉产汽量70t/h计算，1#炉变频风机运行每天节约的电量为2704.8kwh。按上网电价0.46元/kwh计算，每天节约电费为1244.2元。作为主力锅炉，除去定时检修和维护检修时间外，假定引风机每年要运行330天，则每年节约的电量为892584kWh，每年节约的电费为410586元。
（3）节煤量计算
按照平均供电煤耗332g/kwh计算，1#炉每年可节约煤量为296.34t。
（4）变频器购置成本回收期限
变频器（含空调等）购置价，安装费和土建费用约为100万元，收回成本期约为2.44年，预计3年内可以收回购置成本。
4. 结论
风机采用变频调速技术是实现节能运行的重要措施，对国家电力事业的发展有着重要意义，受到了国家政府的普遍推广。实践证明，引风机采用变频改造后具有明显的节能效果，节电率约为47.9% ，每年节电量约为892584kwh，投资成本全部回收约需2.5年。变频改造后3年内，便可产生明显的经济效益，同时可有效降低厂用电率，提高了电厂的竞争力。