1 引言
風機是一種量大面廣、耗電量極大的動力機械。我國每年風機的電能消耗占總消耗的10％以上，在電力、鋼鐵、煤炭、冶煉工業中，風機的耗電量往往占生產用電的20％以上。因此，對風機的節能研究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檔板開度的方式，因而在檔板上產生附加的壓力損失。消耗了大量能源。采用變頻調速技術改造風機系統，不僅可以節約能源，而使系統運行更加合理可靠。
哈爾濱市華能集中供熱有限公司在建的熱源廠，設計規模為6臺116MW（160t）循環硫化床熱水鍋爐，3臺75t/h循環硫化床蒸汽鍋爐，2臺12MW背壓式汽輪發電機組，總供熱面積為1800萬平方米，最大熱負荷為1054.8MW。
項目建成后可以承擔起哈爾濱市道里、道外兩個區大部分的冬季取暖任務。項目03年開始建設，04年投產2臺116MW熱水爐，05年底已有4臺 116MW熱水爐、三臺75t/h蒸汽爐和兩臺12MW背壓機組投入運行。九臺循環硫化床鍋爐全部為哈爾濱鍋爐廠生產，其中116MW循環硫化床熱水鍋爐是該廠生產的第一臺目前國內最大的循環硫化床熱水鍋爐。
循環硫化床作為一種清潔高效燃燒技術在國際上被廣泛認可，其具有燃燒適應性廣、燃燒效率高、氮氧化合物排量低、負荷調節范圍大、污染物排放低等特點，屬于環保型鍋爐，是國家大力推廣的新型鍋爐。其燃燒工藝如下：燃料由爐前給煤系統送入爐膛。送風系統由一次風（鼓風）和二次風組成，一次風由爐床下部送入爐膛，主要保證料層流化：二次風沿燃燒室分級多點送入，主要增加爐膛的氧量起到助燃作用。燃燒后的物料變成一些較小的顆粒隨煙氣一起進入分離器，經過固氣分離其中大部分顆粒由分離器下部的返料器從新送入爐膛，使爐膛內有足夠高的灰度，保證流化；煙氣經過電除塵器由引風機抽出。
2 系統技術方案分析
對循環硫化床鍋爐調節主要就是對風系統的調節。目前調節風量的主要方法由通過風門擋板開度調節和改變電機轉速調節。其中以對電機變頻調速為最優。
在一期工程中5#、6＃熱水爐三大風機中我們使用了國內某家生產的斬波內饋調速系統，該系統實際上為轉子串級調速的升級，轉速調節范圍 60％～100％。在04年和05年的使用中發現了許多問題。比如，調節范圍小（30Hz～50 Hz）、故障率高、諧波大、不能實現真正的軟啟動等，最為嚴重的是由于該系統的配套電機必須是轉子帶滑環、碳刷的特種電機，使用中故障率很高，碳刷磨損很嚴重，平均一個月就要停爐換滑環、碳刷。對供熱穩定、平時的日常使用維護帶來很多問題。
在二期工程中根據現場的工藝情況和前一年的使用情況，我們選用了6臺東方日立（成都）電控設備有限公司生產的高壓大功率變頻器，6臺變頻器分別控制3＃、4＃熱水爐的一次風機（1250kW/6000V）、二次風機（250 kW/6000V）、引風機（800 kW/6000V）。
3 裝置原理特點
附圖 單元串聯多電平拓撲結構
該高壓變頻器系統采用直接“高—低—高”變換形式，為單元串聯多電平拓撲結構（見附圖），主體結構由多組功率模塊串并聯而成，從而由各組低壓疊加而產生需要的高壓輸出。以8級變頻器為例，每相由8個PWM變頻功率單元串聯實現直接高壓輸出，三相24個。每個功率單元承受全部的輸出電流，但僅承受 1/8的輸出電壓和1/24的輸出功率，相電壓為433×8＝3464V，所對應的線電壓為6000 V。經疊加后線電壓波形具有33階梯電平，它相當于 48脈波變頻，理論上47次以下的諧波都可抵消，總的電壓和電流失真率可分別低于1.2%和0.8%，堪稱無諧波污染變頻器。
它對電網諧波污染小，輸入電流諧波畸變小于3％，電網輸入電壓諧波畸變小于3％，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準，輸入功率因數達0.95以上，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置，輸出波形質量好，輸出電流諧波畸變小于3％，不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪聲、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可使用普通的鼠籠異步電機。
變頻裝置具有工頻旁路功能，用于變頻與工頻之間的切換；旁路刀閘容量滿足工頻要求，刀閘具有防誤操作的機械閉鎖功能，并帶有電磁鎖，以作為電氣連鎖的保護，防止誤操作。變頻器、斷路器、刀閘和電纜的一次電路。
4 節能分析
通過流體力學的基本定律可知：風機、水泵類設備均屬于平方轉矩負載，其轉速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有以下關系：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。
3＃、4＃熱水爐在保證負荷的情況下：
引風機實際運行平均在45 Hz；
一次風機平均42 Hz；
二次風機平均35 Hz。
如果在工頻下使用風們擋板控制一臺爐一個月使用電量：
（1250＋250＋800）×24×30=1656000kwh，以平均電價0.7元/度計算，需1159200元。現在使用變頻器后風門的擋板開度為100％，使用變頻調節風量，一臺爐一個月使用電量：〔（45/50）3×1250＋（42/50）3×250＋（35/50）3×800）〕 ×24×30=960354.72kwh，需672248.304元。可以看出一臺爐（一臺250KW/6000V變頻器 一臺1250KW /6000V變頻器 一臺800KW/6000V變頻器）年節省電量695645.28×6＝4173871.68 kwh，節省 2921710.176元（我們供熱期為6個月），節電率為42％。
5 采用變頻器的優越性
變頻調速系統從2005年11月投入生產運行至今，充分體現出該裝置的先進性，主要特點如下：
（1）由于變頻器可以非常平穩的調整風量，運行中可以任意調整鍋爐負荷，鍋爐運行參數得到改善，提高了鍋爐效率。
（2）使用變頻后，由于啟動和停止時間都可以設定，減少了對煙道、風道和風門擋板的沖擊腐蝕，相應的延長了很多零件的使用壽命，有效的提高了相應設備的檢修周期，節約了大量維護費用。
（3）由于有變頻調節，系統實現了軟啟動，風機在低頻下啟動，啟動電流很小，啟動時間延長，避免了原來在較大慣性負荷情況下，數倍于額定起動電流對電網和機械設備的沖擊，有效延長了電機壽命。
（4）提高了功率因數，功率因數在0.95以上。
6 結束語
高壓變頻系統由于其節能效果明顯，特別是在低負荷時更為顯著，采用變頻調速后實現了電機軟啟動，延長了電機和風機的使用壽命，由于風門全開，極大的延長了風門的使用和檢修周期，也減少了風管道的振動和摩擦。良好的性能會越來越為各行各業所應用，具有極好的使用價值。