电厂风机变频调速效率优化控制0引言风机是一种量大面广、耗电量极大的动力机械。我国每年风机的电能消耗占总消耗的10％以上，在电力、钢铁、煤炭、冶炼工业中，风机的耗电量往往占生产用电的20％以上。因此，对风机的节能研究具有十分重要的经济意义。风机系统中流量的调节常采用改变挡板开度的方式，因而在挡板上产生了附加的压力损失，浪费了大量能源。例如，热电厂中为锅炉燃烧提供空气的送风机，排除锅炉燃烧产生的高温烟气的吸风机，由于机组负荷经常变化，为了保证锅炉炉膛负压、烟气氧量及相应的汽温、汽压的稳定，需要及时调整送、吸风量及煤粉量。一般采用调整人口导向叶片的方式实现风量调节，叶片开度经常在60％～80％之间变化，这种叶片的节流损耗为风机额定容量的20％～30％[l，2]。采用变频调速技术改造风机系统，不仅可以节约能源，而且使系统运行更加合理可靠，这已成为广大工程技术人员的共识。但是，如何确定风机的调速比，使其运行在高效区，实现风机效率优化运行，尚鲜见文献报道。对于单台风机运行，问题较为简单；当多台风机并联或串联时，这实质上是一个非线性规划问题。本文分析了风机系统的运行工况，根据管网特性分为两类系统，针对单台风机运行、多台并联、串联运行分析了最佳控制策略，确定最佳调速比[3]。仿真实验表明该方法是有效的。新系统已在山东省某热电厂投入运行，取得了良好的经济、社会效益。1风机运行工况分析1.1风机特性风机的P-Q特性曲线(即压力—流量曲线)目前还不能用理论方法精确计算得出，而只能依靠实验方法[3]。根据实验数据，风机在额定转速no下运行时，可按下述方程对其P—Q特性进行拟合：P=Px-SxQ2(1)式中，Px和Sx为拟合参数。应当指出，对于具有驼峰的P-Q特性曲线不符合上述方程。这种特性有可能使风机处于不稳定运行状态，并联运行时有可能出现喘振[1]，选择风机时应避免，故本文不考虑该特性。由风机的相似定理，当转速下调时，P-Q曲线平行下移[4]。若转速下调到n1，则P—Q特性变为：P=kPx—SxQ2(2)式中：k=(n1／no)2，为调速比。根据η-Q特性曲线，Q过高或过低时，其效率η将急剧下降，故应限制流量范围为[Qmin，Qmaxl转速过低时，η也很低，故还应限制调速范围为[kmin，1]。这样可保证风机工作在高效区，如图1所示。当多台风机并联工作时，通过将各风机在相同压力下的流量相加，可得并联后的P-Q特性；串联工作时，通过将各风机在相同流量下的压力相加，可得串联后的P-Q特性。两台风机并联和串联特性方程分别为：式中：ki，PXi，SXi为第i台风机的参数；i=1，2。1．2管网特性与系统分类根据流体力学，当风流经管道时，受到阻力摩擦而产生的压力损失可由下式的管网特性表示：R=PST+SQ2(5)式中：R为管网阻力；S为管网阻力系数；PST为系统的工作压力要求，即管网出口处压力高出风机引风口的压力值。系统稳定运行时，风机实际提供的压力与R平衡，P—Q曲线与管网特性曲线的交点为风机的稳定工作点。风机系统根据PST可大致分为两类：第1类系统的PST=0，即对工作压力无特殊要求，风机需根据负荷提供系统所需的流量，例如锅炉引风和送风系统、加热炉的助燃风机、矿井的通风系统等；第2类系统中流量无法由风机直接控制，主要由连接到管网上的用户端的阀门决定，风机需保证管网最不利用户端压力恒定，例如煤气输配系统。1．3节能原理对于第1类系统，常采用调节挡板开度的方式来调节流量，这种方式实质上利用改变管网特性来改变风机工作点，如图2所示。原风机工作在A点，若通过调节挡板使流量降低为QB，则风机将工作在B点，可见此时风机产生的压力不但没有减小，反而增大了，多余的能量浪费在挡板上。若调节风机转速，改变P-Q特性使工作点沿管网特性移动到C点，可恰好满足系统要求，使能量消耗大大减小。对于第2类系统，常采用恒压调节方式。根据最不利条件下的流量QA和用户所需压力PST确定风机应提供的压力PA，选择风机参数使其工作在且点(PA，QA)。在运行过程中，只检测出风机出口处压力P，并根据P进行调度，使水压恒定在PA。若流量由QA减小到QB，风机工作点将沿水平线P=PA移动到C点(PA，QB)。但根据式(3)，冈，机此时应提供的压力为PB：PB=PST+SQB2(6)故多提供了PA-PB，这部分能量将消耗在管网中，浪费了能源。若同时根据流量Q和用户所需压力PST进行调度，可解决上述问题。若流量由QA减小到QB，根据式(5)和检测到的流量QB，风机此时应提供的压力为PB。调度后风机将工作在最佳工作点B点(PB，QA)，恰好满足用户需求。可见，在这种调度过程中，风机工作点沿管网特性曲线移动，始终恰好满足用户需求且无能量浪费，节能效果最好，如图3所示。所谓最节能的工作点