送風機的作用是提供鍋爐然燒所需要的空氣（氧氣），保證合理的風煤配比，幫助燃料的充分燃燒，從而控制煙氣的含氧量和灰粉可然物的比例，提高鍋爐燃燒效率。

    引風機的作用則是排送鍋爐煙氣至煙囪，用來調整爐膛負壓的穩定。由于引風機輸送的是高溫煙氣，燃煤鍋爐要求風機耐煙氣溫度及磨損，軸流風機葉片和離心風機葉輪要采取耐磨措施。燃燒重油時，須注意煙氣中硫的成分所造成的低溫腐蝕，一般不設置消聲器。

    引風機與爐膛爆裂的關系: 對負壓爐膛的鍋爐而言，正常運行時，引風機的壓力主要用于克服煙道子系統的阻力，爐膛只維持一個數值很小的正常的負壓。由于下面要講到的原因，流量沿性能曲線減少，直到零流量時，系統阻力降至最小，引風機在這時的壓力即為爐膛內的負壓。爐膛若按正常運行條件下的壓力設計，就有產生爐膛內向爆裂的危險。為避免爐膛爆裂的危險，爐膛及煙道系統的設計壓力應大于引風機零流量時的壓力并留有足夠的余量，或者引風機零流量時的壓力應低于爐膛設計壓力。爐膛內爆或者說引風機出現零流量的兩個主要原因是爐膛進風中斷以及熄火后爐膛溫度迅速下降。前者是由于送風設備失靈，后者則由于鍋爐起動時主燃料不著火或者運行中燃料突然中斷。已經有過由于上述兩個原因一起出現，導致爐膛嚴重爆裂的事故記錄。

    所以鍋爐主燃料滅火保護（MFT）是鍋爐十分重要的保護系統，MFT系統對送引風機的運行可靠性提出了很高的要求：（a）一臺送（或引）風機因故障跳閘，聯跳同側引（或送）風機，以保證爐膛負壓穩定，鍋爐負荷下降到70%額定負荷以下運行；（b）同時失去兩臺送風機或兩臺引風機的話，延時3秒，鍋爐滅火保護（MFT）動作，切斷主燃料供應，造成停爐（停機）事故的發生。

    由于機組的負荷經常變化，為了保證鍋爐的燃燒和負壓的穩定，需要及時調整送、引風量和煤粉量。在200MW及以下機組，一般采用調整風機入口導向葉片的角度（風門開度）的方式來調節風量，這種風門調節的截流損耗一般為30％Pｅ（額定容量）。在300MW及以上機組，則采用調節風機動、靜葉片的方式來實現風量調節，這種調節方式的節流損耗也在20％Pe左右。如果采用變頻調速改造，將可以消除風門和葉片的節流損耗。

    我國火電廠風機雖巳普遍采用了高效離心風機，但實際運行效率并不高，其主要原因之一是風機的調速性能差，二是運行點偏離風機的最高效率點。我國現行的火電設計規程SDJ—79規定，燃煤鍋爐的送、引風機的風量裕度分別為5％和5％～10％，風壓裕度分別為10％和10％～15％。這是因為在設計過程中，很難準確地計算出管網的阻力，并考慮到長期運行過程中可能發生的各種問題，通常總是把系統的最大風量和風壓富裕量作為選擇風機型號的設計值。但風機的型號和系列是有限的，往往在選用不到合適的風機型號時，只好往大機號上靠。這樣，鍋爐送引風機的風量和風壓富裕度達20％～30％是比較常見的現象。

    一般在鍋爐風機容量設計時，單側風機運行時具備帶75％負荷運行的能力，這主要是從機組運行的安全性出發的；當失去一側送引風機時，機組還能帶75％的負荷運行。所以當雙側風機運行，機組帶滿負荷時，送引風機的設計余量在20～30％左右，風門開度一般為50～60%，這也是從風門調節的靈敏度來考慮的。這就為風機的變頻調速節能改造造就了巨大的潛力，即使在機組滿負荷運行時，也有20～30%的節電率。

    鍋爐風機的風量與風壓的富裕度以及機組的調峰運行導致風機的運行工況點與設計高效點相偏離，從而使風機的運行效率大幅度下降。一般情況下，采用風門調節的風機，在兩者偏離10％時，效率下降8％左右；偏離20％時，效率下降20％左右；而偏離30％時，效率則下降30％以上。對于采用調節門調節風量的風機，這是一個固有的不可避免的問題。可見，鍋爐送、引風機的用電量中，很大一部分是因風機的型號與管網系統的參數不匹配及調節方式不當而被調節門消耗掉的。因此，改進離心風機的調節方式是提高風機效率，降低風機耗電量的最有效途徑。


    2 送引風機的變頻調速實例

    2.1 工程概況

    貴陽發電廠總裝機容量為2×200MW，兩臺900T/h煤粉汽包鍋爐，每臺鍋爐配置兩臺送風機（1800kW/6kV）和兩臺引風機(2000kW/6kV)，均為離心式風機，采用入口風門調節風量。由于機組調峰任務重，負荷在100MW～200MW之間大幅度變化。由于采用風門調節，造成巨大的節流損耗，浪費了大量的電能，致使廠用電率居高不下（高于10%），供電煤耗高，發電成本不易降低。當機組在額定負荷下運行時，風機效率較為理想，但當機組降負荷運行時，一部分功率被消耗在擋板上，且機組負荷越低，消耗在擋板上的功率越大，從而使風機效率隨機組負荷降低而迅速下降。目前廠用電率超過10%，因此選擇高效的風量調節方式對送引風機進行節能改造已成為當務之急。

    此外，風機系統在運行過程中還存在一些其他問題：

    （1）擋板動作遲緩，手動時運行人員操作不靈活，如操作不當還會造成風機振動。投自動運行時，很難滿足最佳調節品質；

    （2）風機擋板執行機構故障較多，不能適應長期頻繁調節，使風機調節系統一直不能正常投入自動運行；

    （3）風機電動機在起動時，采用直流起動方式，起動電流為額定電流的5～7倍，電動機受到的機械，電氣沖擊較大，經常發生轉子籠條斷裂故障；

    （4）電動機容量比風機額定出力大，多余容量不能利用，降低了效率，浪費了電能；

    （5）擋板受沖擊，磨損較嚴重，漏風現象嚴重。

    為了進一步適應廠網分家、競價上網的電力體制，進一步節約能源，降低廠用電率，保護環境，改善運行控制方式，減少風機的磨損和噪音，利用電機變頻調速方法實現風量調節，達到節能和實現穩定控制的目的，貴陽電廠決定采用合同能源管理的模式對兩臺機組的8臺送引風機進行變頻調速節能改造。變頻器則選用深圳市科陸變頻器有限公司生產的CL2700系列高壓變頻器。

    2.2 設備參數及運行狀況

    2.2.1 設備額定參數表（年運行時間：6500h，電費0.3008元/ kW.h）

    2.2.2機組運行狀況

    （1）8#機組送風機

    兩臺同型號電機，同時運行，運行電流值隨機組發電量改變，當發電量達到額定值200MW時，電流192A，風門開度85%；當發電量為180MW時，電流161A，風門開度56%。風機額定風量37.3~65.73×10⁴m³/h，額定風壓13682~8585Pa，實際風量為259 m³/s(93.24×10⁴m³/h)。據了解，機組平均每天有6h工作在滿負荷情況下，其他時間都處于不滿載工況。

    （2）8#機組引風機

    兩臺同型號電機，同時運行，運行電流值隨機組發電量改變，當發電量達到額定值200MW時，電流189A、192A，風門開度93%、86%；當發電量為180MW時，電流178A、180A，風門開度61%、59%。風機額定風量62.54~104.23×10⁴m³/h，額定風壓4390~6174Pa。據了解，機組平均每天有6h工作在滿負荷情況下，其他時間都處于不滿載工況。

    （3）9#機組送風機

    兩臺同型號電機，同時運行，運行電流值隨機組發電量改變，當發電量達到額定值200MW時，電流126A，風門開度51%；當發電量為180MW時，電流123A，風門開度54%。風機額定風量38~64×10⁴m3/h，額定風壓8888~6308Pa，實際風量為34.64×10⁴m³/h。據了解，機組平均每天有6h工作在滿負荷情況下，其他時間都處于不滿載工況。

    （4）9#機組引風機

    兩臺同型號電機，同時運行，運行電流值隨機組發電量改變，當發電量達到額定值200MW時，電流151A、154A，風門開度100%、100%；當發電量為180MW時，電流144A、152A，風門開度80%、100%。風機額定風量62.54~104.23×10⁴m3/h，額定風壓4390~6174Pa。據了解，機組平均每天有6h3.23工作在滿負荷情況下，其他時間都處于不滿載工況。

    2.2.3節能經濟效益評估：

    根據送、引風機在機組不同負荷下工頻運行時的風門開度數據，進行了節能預算：平均節電率為20% 左右，每臺機組四臺送引風機約節省電功率1000kW，每月節約電量720000 kW.h，合節省標準煤：3.45×10^-4t/kW.h×720000kW.h=248.4t；可節約電費21.6萬元；兩臺機組每月可節電144萬kW.h，節約電費43.2萬元。

    為了進行節能計量，先將機組負荷按10MW為間隔，從120MW開始，分為13個負荷段進行工頻運行計量，作為變頻節能的計量標準；變頻運行的耗電量則每月一次讀表計量，再從機組DCS系統調出月負荷曲線算出每一負荷段的時間，就可測算出工頻耗電量，兩者一減即為當月的節電量。因為篇幅關系，表1是以8#機組為例的工頻計量數據，表2是8-1# 引風機2010年5月份的變頻節能計量表。

    表1 8#機組工頻運行時各負荷時輔機電動機每小時耗電量：

    表2 8-1# 引風機2010年5月份節能量計量表

 
    兩臺機組5月份總節電量：1404144.87 kW.h；節約電費：43.247662萬元。

    （上網電價：0.3008元/ kW.h）與預算的20%左右節電率是相吻合的。


    3 電站風機變頻調速系統可靠性措施

    為了保證鍋爐風機調速系統的可靠性，對高壓變頻器采取了以下措施：

    （1）高壓變頻器的功率單元采用了N+1冗余設計，6kV系統的每相功率單元至少6級串聯，10kV系統的每相功率單元則至少9級串聯，以便當功率單元故障時可以自動旁路，故障功率單元可以在線更換，保證系統繼續正常運行。

    （2）為了保證變頻調速系統的可靠性，高壓變頻器采用了功率單元故障自動旁路功能，當某一個功率單元故障時，可自動切除一組功率單元，變頻器仍可帶額定功率運行；當再有某個單元故障時，再切除一組功率單元，變頻器降額運行。這樣就避免了因為變頻器功率單元故障而跳風機

    （3）為了保證鍋爐風機的連續運行，避免因為變頻器故障而跳風機，整套變頻裝置還配備有自動旁路裝置，當變頻器重故障而退出運行時，風機電動機可以直接手動或自動切換到工頻電網全速運行。因為當風機由變頻器驅動調速運行時，風門處于全開狀態，當風機由變頻器驅動突然切換到電網工頻全速運行時，會引起大的風量和風壓擾動，影響鍋爐的穩定運行，所以當切換時，必須要聯關風門。一般的風門從全開到全關的時間約45s左右，從全開到33%開度也需30s左右。若手動切換，聯關風門的速度是跟得上的，但由于風機停機時間太長（2～3min），鍋爐失風時間太長，雖不致于滅火，但會引起大的負荷擾動（負荷基本卸光），相當于一次停爐的沖擊，因為小型流化床鍋爐采用單風機系統，不象采用雙風機系統的鍋爐，失去一側風機時仍能帶75%的負荷，因而對鍋爐的負荷沖擊不大，熱力系統還來得及調整。

    若采用自動切換方式，切換時間約需2～3s，不會影響鍋爐負荷，但由于風門來不及關到適當位置，將會造成一次大的風量擾動，控制和保護系統應有相應的配合措施，否則也會引起鍋爐滅火保護動作。

    （4）為了進一步防止當變頻器故障時切換引起的擾動會影響鍋爐的正常運行，也可以設計雙變頻器系統：每一臺風機配備同樣容量的兩臺變頻器，一臺拖動風機運行，另一臺開機備用。當運行變頻器因故障而跳機時，備用變頻器立即跟蹤電機轉速起動，可以不需要聯動風門，并可使擾動降低到最小程度。但是設備的投資就會增加將近一倍左右，對于一般出于節能目的的用戶可能是很難接受的。

    （5）根據鍋爐雙側風機并列運行的工藝要求，考慮到風機系統運行的安全性，風機變頻調速系統采用標準的“一拖一”帶自動旁路切換方案。“一拖一”自動切換方案一次接線原理圖如圖1所示：

圖1 “一拖一”自動切換方案一次接線原理圖

    6kV電源經高壓隔離開關QS1、真空接觸器KM2到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經真空接觸器KM3、高壓隔離開關QS2送至電動機，電動機變頻運行；6kV電源還可經真空接觸器KM1直接起動電動機，電動機工頻運行。KM1與KM2、KM3電氣閉鎖，在KM1合上的情況下，KM2和KM3都不能合上；在KM2合上的情況下，才能合上KM3，但KM1不能合上。保證任何時候，KM3和KM1不能同時合閘，以保證變頻器安全。隔離開關QS1、QS2作用是：隔離變頻器進行維護，保證維護人員安全，非維護期兩個隔離開關處于合閘狀態。

    （6）具體運行方式如下：

    ①變頻啟動：

    變頻器在啟動之前QS1、QS2已經手動合上；

    變頻器在接收到DCS發送的“變頻方式運行”指令后，自動合KM2、KM3（KM1處于斷開位置），在系統條件允許（柜門已關、控制電源正常、風扇開關正常和沒有其它電氣故障）情況下，延時300s向DCS發出“請合高壓”信號；

    DCS在接收到“請合高壓”信號后，便可以合6kV高壓開關；

    變頻器在接收到6kV高壓開關已合信號后，延時30s后變頻器給DCS發一個“請求運行”信號；

    DCS在接收到“請求運行”信號后，發出“運行指令”。變頻器在接收到“運行指令”信號后變頻器開始運行，同時給DCS發一個“變頻運行”狀態信號，運行頻率從0Hz按照設定的時間升頻至給定頻率值；

    DCS可以在變頻器啟動以前將“頻率給定信號”給定到預定值。

    ②變頻正常停機

    在運行時需要正常停機時，DCS給變頻器發出“停機”信號；

    變頻器接收到“停機”信號后，運行頻率按照設定的時間降至0Hz，然后斷開“變頻運行”信號，給DCS發“請求斷高壓”信號，檢測到用戶開關斷開后再斷KM2、KM3；

    ③變頻緊急停機

    變頻器在正常運行時需要緊急停機可以由DCS直接斷開6kV開關（一般情況不要進行此項操作）。變頻器控制柜設置“緊急停機”按鈕，可就地緊急分斷高壓開關。

    ④變頻故障切工頻

    變頻正常運行時KM2、QS1、QS2、KM3閉合，KM1斷開，如果變頻器出現重故障：

    先斷開用戶開關QF11，再斷開KM2、KM3；

    延時3s或者接收到DCS發送的“檔板就位信號”；

    合KM1；

    合用戶開關QF11

    ⑤變頻器正常運行切工頻

    變頻器接收到“變頻切工頻”指令，頻率升到50Hz，同時DCS調節擋板開度到合適位置；

    封鎖輸出脈沖，斷開用戶開關QF11

    斷開KM2、KM3；

    合KM1；

    合用戶開關QF11

    ⑥工頻切變頻

    變頻器接收到“工頻切變頻”指令；

    變頻器預處理，在KM1沒有斷開的情況下，合KM2，變頻器預運行狀態；

    變頻器預處理就緒，斷開用戶開關QF11和變頻器內KM1，延時1.5s合KM3和用戶開關QF11，變頻器自動檢測電機運行相位和頻率，在沒有電流沖擊的情況下，電機投入變頻運行，直至DCS給定頻率。

    ⑦工頻正常停機

    由DCS控制斷開高壓開關。

    上述切換試驗，必須經過實際帶負荷試驗，以確保切換操作不會對機組運行造成較大影響。