引風(fēng)機(jī)是火電廠重要的輔助設(shè)備之一，它將鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)除塵裝置后排向煙道，用來調(diào)整鍋爐爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定。我國現(xiàn)行的火電設(shè)計規(guī)程SDJ-79規(guī)定，燃煤鍋爐的引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量裕度5％～10%，風(fēng)壓裕度為10%～15%。根據(jù)《泵于風(fēng)機(jī)》中的理論，在理想的狀況下：風(fēng)量∝ 轉(zhuǎn)數(shù)；動力P ∝ （轉(zhuǎn)數(shù)）³。從節(jié)能的觀點(diǎn)來看，采用變頻技術(shù)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來控制實(shí)時變化的風(fēng)量在節(jié)約廠用電方面有潛可挖。隨著發(fā)電負(fù)荷的大范圍內(nèi)調(diào)整，引風(fēng)機(jī)風(fēng)量也因鍋爐負(fù)荷變化而經(jīng)常處于一種低效率狀態(tài)，大量的能量浪費(fèi)在風(fēng)道擋板上。鍋爐送引風(fēng)機(jī)是目前火電廠中應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造的首選和主要對象。尤以引風(fēng)機(jī)為多，其拖動功率一般為315～2500kW，電壓等級為6kV、10kV。其原因主要是風(fēng)機(jī)的節(jié)能潛力大，調(diào)速范圍寬，使用高壓變頻改造時其技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能都較好。

　　一、我廠的現(xiàn)狀：

　　我廠的三臺發(fā)電機(jī)額定功率3×200MW，單機(jī)組額定負(fù)荷時鍋爐蒸發(fā)量610T/H(最大連續(xù)蒸發(fā)量670T/H)，雙引風(fēng)機(jī)并列運(yùn)行，鍋爐進(jìn)出風(fēng)量調(diào)節(jié)均由擋板控制，引風(fēng)機(jī)電機(jī)單機(jī)功率1600kW（YFKK630—6W，6kV，995r/min），總功率6×1600kW，占機(jī)組容量的1.6%。我廠采用了高效離心風(fēng)機(jī)，但實(shí)際運(yùn)行效率并不高，其主要原因之一是風(fēng)機(jī)的調(diào)速性能差，二是運(yùn)行點(diǎn)偏離風(fēng)機(jī)的最高效率點(diǎn)。因此，提高引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率對降低我廠用電率具有重要的作用。下表是我廠6臺引風(fēng)機(jī)電機(jī)的用電情況統(tǒng)計：

　　                                           （發(fā)電和用電量單位：kWh）

　　                                             （用電量單位：kWh）

　　表三中的第一列“引風(fēng)機(jī)節(jié)電率”為引風(fēng)機(jī)使用變頻調(diào)速和擋板控制風(fēng)量時的平均功率下降百分比。即：(P_擋板—P_變頻器) / P_擋板 × 100%，在這里的P_擋板為：1187kW 。

　　二、引風(fēng)機(jī)流量估算：

　　目前我廠的引風(fēng)機(jī)風(fēng)量由擋板調(diào)節(jié)，其風(fēng)壓H與風(fēng)量Q的理想特性曲線可以用二次拋物線來擬合。如圖1：

　　圖 1  單機(jī)運(yùn)行時的H — Q圖

　　我廠為雙機(jī)并列運(yùn)行，單機(jī)額定流量設(shè)計為鍋爐額定負(fù)荷時所需風(fēng)量的75%（一般在鍋爐風(fēng)機(jī)容量設(shè)計時，單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時具備帶75%負(fù)荷運(yùn)行的能力，這主要是從機(jī)組運(yùn)行的安全性出發(fā)的;當(dāng)失去一側(cè)送引風(fēng)機(jī)時，機(jī)組還能帶75%的負(fù)荷運(yùn)行。所以當(dāng)雙側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，機(jī)組帶滿負(fù)荷時，送引風(fēng)機(jī)的設(shè)計余量在20～30%左右，風(fēng)門開度一般為50～60%,這也是從風(fēng)門調(diào)節(jié)的靈敏度來考慮），即上圖中的Q1點(diǎn)，鍋爐額定負(fù)荷下雙機(jī)并列運(yùn)行時的單機(jī)風(fēng)量比Q1點(diǎn)小?，F(xiàn)在以圖1中1點(diǎn)的風(fēng)量和風(fēng)壓為參考量，其它點(diǎn)的風(fēng)量和風(fēng)壓用標(biāo)幺值表示，一般Hmax=1.3 —1.5左右，在這里選取Hmax=1.4計算，假設(shè)圖1中2點(diǎn)的風(fēng)量標(biāo)幺值為a；其中a∈（0，1]。H—Q曲線可以表示為：  

　　H = 1.4  - 0.4Q²；

　　根據(jù)電機(jī)軸功率與風(fēng)壓、風(fēng)量之間的關(guān)系：

　　P ∝ H × Q

　　將上式轉(zhuǎn)化為：       P = K×H×Q ；（K為常數(shù)） ……………（1）

　　P1 = K×1×1 = K；

　　P 2 = K×H×Q = K ×（1.4a - 0.4 a³）

　　根據(jù)上述公式可得用檔板調(diào)節(jié)風(fēng)量時，減小風(fēng)量節(jié)約的電能比為：

　　⊿P / P1= 1 -1.4a + 0.4a³  a∈（0，1]  …………（2）

　　引用表三的數(shù)據(jù)：平均功率 P₀ = 1187 k W，即實(shí)際運(yùn)行時的功率P2₀ ；額定功率P1₀= 1500 k W ；電機(jī)效率按照98%計算，平均功率 P = 1163 k W，額定功率P1= 1470 k W ；

　　⊿P/P1 = 0.209                     …………（3）

　　將（3）式中的結(jié)果帶入（2）式中可得：  a = 0.64

　　三、節(jié)能估算：

　　當(dāng)引風(fēng)機(jī)電機(jī)采用變速調(diào)節(jié)控制時：H—R—Q之間的關(guān)系如下圖：

　　  圖 2  變速控制時風(fēng)量為Q2的H — Q曲線

　　其中理想的風(fēng)道阻力曲線R是一條與風(fēng)量有關(guān)的拋物線；H0為凈風(fēng)壓； 標(biāo)幺值一般為：0.2 — 0.4；在這里取 H0 = 0.3 進(jìn)行估算。當(dāng)風(fēng)量為Q2時，R曲線可以用函數(shù)：

　　R = 0.3 +（1 - 0.3）×Q² = 0.3 + 0.7 Q² …………（4）

　　則：

　　P 2′= K ×（0.3 Q + 0.7 Q³）/η      …………（5）

　　其中η為所使用變頻器的效率，在此取η =  0.95  ，可以得到表達(dá)式：

　　P 2′/ P 2 =（0.3 a+ 0.7 a³/η（1.4a - 0.4 a³ …………（6）

　　將我廠  a = 0.64 的數(shù)據(jù)帶入上式得到：

　　P 2′/ P 2 = 0.5                       …………… （7）

　　P 2₀′=（1163/2）/ 0.98 =  593 k W （電機(jī)效率0.98）

　　節(jié)電百分比：   （ 1187 - 593 ）× 100 / 1187 ＝ 50％   ………… （8）

　　由（8）可知：從理論上講，風(fēng)機(jī)采用變頻器變速調(diào)節(jié)以后，引風(fēng)機(jī)用電量（包括變頻器電能損耗）將會比以前少一半。通過表三中的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插值可以得出：變頻改造后綜合廠用電百分比下降0.64。每年帶來的經(jīng)濟(jì)效益：

　　1187 × 0.5 × 6200 × 6 / 10000  =  2208 萬度   ………（9）

　　四、數(shù)據(jù)有效性分析：

　　（1）當(dāng)我廠引風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓Hmax=1.3或1.5時，⊿P / P1 = 0.209，流量為：

　　a_1.3 = 0.68  ；a_1.5 = 0.60。a值隨H增大而呈現(xiàn)遞減趨勢 。其各種情況如下表：

　?。?）  引風(fēng)機(jī)以其平均功率 P ＝ 1187 kW 運(yùn)行是一種便于計算的理想模型。在實(shí)際運(yùn)行中，其功率大小與鍋爐的實(shí)時負(fù)荷相關(guān)。在經(jīng)過長時間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率的有效上限為1440kW ；有效下限為：1080 kW。超過69％時間的負(fù)荷分布在：1080 - 1296 kW之間。下表模擬了幾種運(yùn)行方式下采用變頻調(diào)速控制的省電情況。

　　根據(jù)表五中數(shù)據(jù)可以看出，第五種方式與引風(fēng)機(jī)多數(shù)時間的電機(jī)功率統(tǒng)計類似，但是考慮到有少數(shù)時間鍋爐負(fù)荷大幅度調(diào)整，第四種方式與實(shí)際的省電結(jié)果更靠近。通過表三中的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插值計算，我們可以得到引風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速控制改造將使綜合廠用電百分比將會下降0.63。每年帶來的經(jīng)濟(jì)效益：

　　1187 × 0.483 × 6200 × 6 /   10000  =  2130 萬度

　　小結(jié)：

　　在火電廠實(shí)際設(shè)計過程中，由于事先很難準(zhǔn)確地計算出管網(wǎng)的阻力，并且要考慮到長期運(yùn)行過程中可能發(fā)生的各種問題，所以通常是把系統(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓富裕量作為選擇風(fēng)機(jī)型號的設(shè)計值。但風(fēng)機(jī)的型號和系列是有限的，往往在選用不到合適的風(fēng)機(jī)型號時，只好往大機(jī)號上靠。這樣鍋爐送引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓富裕度達(dá)20%～30%是比較常見的。本文通過對我廠引風(fēng)機(jī)的實(shí)際耗電數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計，相關(guān)的結(jié)論參數(shù)也是根據(jù)相應(yīng)的規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)計算得出，并對可能出現(xiàn)的不同的參數(shù)組做了歸納、計算、列表。在數(shù)據(jù)的計算過程中，所用的數(shù)據(jù)模型都是理想化的，與引風(fēng)機(jī)在變頻改造后的實(shí)際運(yùn)行曲線有一定出入。因而本文得到的數(shù)據(jù)與改造后的實(shí)際數(shù)據(jù)肯定有一定誤差，誤差的正負(fù)都有可能出現(xiàn)。但是引風(fēng)機(jī)電機(jī)的變速調(diào)節(jié)控制改造后的效益是很明顯的。調(diào)查表明:我國50MW以上機(jī)組鍋爐引風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低于70%的占一半以上，低于50%的占20%左右。由于目前普遍的機(jī)組負(fù)荷率偏低，引風(fēng)機(jī)的效率就更低，有的甚至不到30%，結(jié)果是大量浪費(fèi)了電能，已經(jīng)到了必改的地步。