鍋爐在選用與其配套的風機容量時，均是按鍋爐的最大蒸發量予以考慮，且留有20%風壓和20%流量的裕量。這就是說，即使鍋爐全載運行，其風門開度也不會是100%，最多僅能達到80%左右，并且鍋爐根據季節不同負荷量也會相應變化。此外，風機在選用其配套電動機時，也留有一定裕量。因而在鍋爐的正常運行中，其電動機總是處于不全載情況下運行。因此，對鍋爐風機的節能改造具有十分重要的經濟意義。風機系統中流量的調節常采用改變擋板開度的方式，因而在擋板上產生了附加的壓力損失。浪費了大量能源。采用變頻調速技術改造風機系統，不僅可以節約能源，而且使系統運行更加合理可靠。

1、變頻器原理介紹

    變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。低壓變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。通過變頻器可以自由調節電機的速度。如圖1為變頻器內的控制電路框圖。

                                  圖1 變頻器內的控制電路框圖

2、變頻器技術規范

    變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。如下圖示為壓力H-流量Q曲線特性圖:風機、泵類在管路特性曲線R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風機、泵類所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。由于工藝要求需減小流量到Q2，實際上通過增加管網管阻，使風機、泵類的工作點移到R2上的B點，壓力增大到H2，這時風機、泵類所需的功率正比于H2與Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。顯然風機、泵類所需的功率增大了。這種調節方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節能，是以高運行成本換取簡單控制方式。

n1-代表電機在額定轉速運行時的特性；

n2-代表電機降速運行在n2轉速時的特性；

R1-代表風機、泵類管路阻力最小時的阻力特性；

R2-代表風機、泵類管路阻力增大到某一數組時的阻力特性。

    若采用變頻調速，風機轉速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調速后風機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。對于風機、泵類設備采用變頻調速后的節能效果，通常采用以下兩種方式進行計算：若采用變頻調速，風機轉速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調速后風機所需的功率正比于H3與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。

下表為貴公司鍋爐風機的具體運行參數情況：

節能效果計算

    對于風機、泵類設備采用變頻調速后的節能效果，根據風機平方轉矩負載關系式：P / P0=（n / n0）³計算（P0額定轉速n0時的功率；P為轉速n時的功率） 。

    1#爐一次風機90KW，風門開度46.8%，運行電流100A，則節電率為1-（0.468）³-(170-100）/ 170=47%，在除去變頻器本身損耗節電率保守值可達到40%，則年節約電費（風機效率以0.8，每年運行7000小時，電費0.445元計算）90*40%*0.8*7000*0.445=89700元。

    1#爐二次風機75KW，風門開度51.5%，運行電流90A，則節電率為1-（0.515）³-(150-90）/ 150=46%，在除去變頻器本身損耗節電率保守值可達到40%，則年節約電費（風機效率以0.8，每年運行7000小時，電費0.445元計算）75*40%*0.8*7000*0.445=74760元。

同樣的計算方法可得

2#爐一次風機節電率為35%，年節約電費218050元。

2#爐二次風機節電率為33%，年節約電費61670元。

3#爐一次風機節電率為40%，年節約電費89700元。

3#爐二次風機節電率為34%，年節約電費63540元。

4#爐一次風機節電率為50%，年節約電費230500元。

4#爐二次風機節電率為45%，年節約電費123300元。

總計：89700+74760+218050+61670+89700+63540+230500+123300=951220

    貴公司設備是通過調節擋風板和閥門的開啟角度的機械調節方法來滿足不同的用風量，這種操作方式的缺點是:（1）電機及風機的轉速高，負荷強度重，電能浪費嚴重；（2）調節精度差，控制不精確；（3）電氣控制直接起動，啟動時電流對電網沖擊大，需要的電源（電網）容量大，功率因素較低；（4）起動時機械沖擊大,設備使用壽命低；（5）電氣保護特性差，當負載出現機械故障時不能瞬間動作保護設備等。采用變頻器可實現大的電動機的軟停、軟起，避免了啟動時的電壓沖擊，減少電動機故障率，延長使用壽命，同時也降低了對電網的容量要求和無功損耗。

    變頻柜具有工/變頻切換功能，系統各臺電機均由相應變頻器驅動，在變頻器出現故障時可選擇工頻啟動，以保證生產的連續性。變頻可以通過DCS(4-20mA)信號調節電機的轉速，也可以采用電位器調節電機的轉速，還可以在DCS中顯示電機運行的轉速和電流運行的電流。變頻柜控制電氣圖如下：

圖3  工/變頻切換圖

采用變頻器控制將有以下諸多優點：

 (1)、采用變頻器控制電機的轉速，取消擋板調節，降低了設備的故障 率，節電效果顯著；

 (2)、采用變頻器控制電機，實現了電機的軟啟動，延長了設備的使用壽 命，避免了對電網的沖擊；
 (3)、電機將在低于額定轉速的狀態下運行，減少了噪聲對環境的影響；
 (4)、具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能；
 (5)、變頻具有工/變頻切換功能，能夠保證生產的連續性。

    實踐證明，變頻改造具有顯著的節電效果，是一種理想的調速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產工藝要求，并且還大大減少了設備維護、維修費用，另外當采用變頻調速時，由于變頻裝置內的直流電抗器能很好的改善功率因數，也可以為電網節約容量。直接和間接經濟效益十分明顯。