一种动叶可调轴流式风机变频节能系统的节能优化控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机电结合节能调速领域，特别是涉及一种动叶可调轴流式风机变频节 能系统的节能优化控制方法。
【背景技术】
[0002] 目前国内的大多数高耗能企业(如火力发电行业、化工行业、大型钢铁行业等）普 及使用动叶可调轴流式风机，尤其以火力发电行业为主，新建或者在用火力发电燃煤机组 的锅炉配套风机系统大多数采用的是动叶可调轴流式风机(如动叶可调轴流式风机FAF系 列、SAF系列等)，其主要通过改变动叶可调轴流式风机动叶安装角的开度来实现对动叶可 调轴流式风机的输出风量、风压的控制及改变以适应火电燃煤机组发电负荷调整、变化的 需要。从目前国内在役火电燃煤机组锅炉配套动叶可调轴流式风机的实际运行情况及火力 发电厂设计技术规范两个层面来看，一般在对锅炉配套风机容量进行设计时，从发电机组 运行的安全性考虑出发，单侧风机运行时，需具备带75%负荷运行的能力，这样一来，当双 侧风机同时运行，即便机组带到额定负荷，实现满负荷发电时，其动叶可调轴流式风机的设 计余量一般在20°/『30%左右(若遇当地煤质情况较差或其他原因将会导致风机的设计余量 更大)，那么动叶可调轴流式风机的动叶安装角的整体开度一般处于在30°/『100%这个区间 内，但是主要以集中在50%~60%范围内居多；由此可见锅炉配套动叶可调轴流式风机并未 处于其风机设计之初的最佳经济运行工作点运行。在用火力发电机组运行中，由于电网负 荷的需要，火力发电机组往往是需要根据电网公司的要求机组实现调峰运行，从动叶可调 轴流式风机的流量-压力曲线及效率曲线上可以得出，当负荷降低时对应风机的效率将会 出现下降。机组负荷率经常处于50°/『75%之间（甚至更低)，这样使得绝大多数锅炉配套轴 流式风机更加偏离其设计的最佳经济运行工作点运行。
[0003] 基于以上两种情况，可以得出目前在大多数火力发电厂中，其配套的动叶可调轴 流式风机的运行方式是不经济的，而且对其实施变频改造实现节能降耗是可行的，其潜在 的节电空间一般在20%甚至更高。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种动叶可调轴流式风机变频节能系统的节 能优化控制方法，通过该方法可对现有动叶可调轴流式风机的变频改造进行准确、有效的 节能诊断评估，并在后期风机实现变频调速运行时，保证动叶可调轴流式风机在整个运行 区间内始终处于最高或者较高效率点工作， 为解决以上技术问题，本发明采用了以下技术方案： 一种动叶可调轴流式风机变频节能系统的节能优化控制方法，所述系统包括电源断路 器、变频器、电动机、DCS系统以及动叶可调轴流式风机，变频器两端分别与电源断路器、电 动机相连，电动机与动叶可调轴流式风机相连，DCS系统分别与变频器、动叶可调轴流式风 机相连，所述节能优化控制方法的步骤依次包括： 所述系统的节能评估计算方法，用于所述风机在实施变频改造前的节能评估，得到评 估结果及控制计算依据，其步骤如下： a) 采集不同负荷工作点下风机实际运行参数以及获取风机厂家提供的风机在工频定 速运行的不同动叶安装角开度对应的流量-压力特性曲线及效率曲线图； b) 根据采集的风机工频运行在各个负荷工作点下对应的运行参数，确定风机变频调速 运行时对应的动叶安装角的开度值及该开度值所对应的流量-压力特性曲线； c) 根据现场风机实际运行的不同负荷工作点，在已确定的压力-流量特性曲线上取若 干点，将这些点对应的压力值、流量值、及效率值作为风机变频调速运行在额定转速时对应 的初始数值；即通过步骤b)选取的动叶安装角开度值结合步骤a)中的曲线图，确定该动叶 安装角开度所对应的流量-压力特性曲线，将该曲线作为风机在实现变频调速运行在额定 转速时对应的压力-流量特性曲线；根据现场实际情况，在该曲线上选取若干点，并标注及 记录这些点所对应的流量值、压力值以及效率值，且将这些点对应的流量值、压力值以及效 率值作为风机变频调速运行在额定转速下的初始数据； d) 在0~额定转速内选取风机在不同负荷工作点下所对应的转速值； e) 利用步骤c)得到的初始数值以及步骤d)得到的转速值计算风机在步骤b)确定的 动叶安装角开度下，风机实现变频调速运行下，不同转速所对应的流量值、压力值及得到对 应的效率值；并利用曲线生成软件或工具得到对应的流量-压力特性曲线及效率曲线图； 所述曲线生成软件或工具包括MATLAB、Excel、Abstract Curve等，且采用上述曲线生成软 件或工具得到相关曲线属于本领域的现有技术； f) 比较风机工频实际运行负荷工作点和步骤e)得到的流量-压力特性曲线及效率曲 线图的关系，判断风机是否可实施变频改造；如可实施改造，则计算出每个负荷工作点下风 机运行的转速值； 所述系统的节能优化控制方法，利用所述系统的节能评估计算方法提供的评估结果及 控制计算依据，实现优化运行参数组合的设置和自动切换，其步骤如下： g) 分别设置变频器搜索频率范围区间、风机动叶安装角开度搜索范围区间； h) 变频器与DCS系统一起协调完成风机在频率及动叶安装角开度设置区间内，不同工 作负荷点下对应风机的转速值及动叶安装角开度值搜索过程，变频器自动计算及存储多组 风机转速值及动叶安装角开度值组合； i) 根据计算及存储的多组风机转速值及动叶安装角开度值组合，DCS系统和变频器根 据用户负荷指令自动选择最优动叶安装角开度值、风机转速值组合，当负荷指令发生变化 后，动叶安装角开度值、风机转速值组合自动进行切换。
[0005] 所述风机运行参数包括流量、压力、效率、介质密度、介质温度、发电负荷、运行电 压及运行电流。
[0006] 进一步的，所述步骤b) 即：根据采集的实际运行参数将不同负荷的流量值和压力 值所对应的负荷工作点标注在步骤a)获取的曲线图中，根据实际最大运行负荷的流量值和 压力值确定所对应的动叶安装角的开度值，以及在该动叶安装角开度值所对应的最大流量 值，选取大于或等于该动叶安装角的开度值作为所述风机在变频调速运行时的动叶安装角 开度值；并通过选取的动叶安装角开度值结合步骤a)获取的曲线图，确定该动叶安装角开 度所对应的流量-压力特性曲线。
[0007] 进一步的，所述步骤d)中转速值的选取方式为：以该风机的额定转速为初始转 速，对该额定转速进行A等分，分别计算出各个转速的数值：
其中，为对应的风机转速值，n 为对应的风机额定转速值，A为等分值，A值 的取值取决于风机实际运行负荷的个数。
[0008] 进一步的，所述步骤e)中，根据下式分别计算出A等分额定转速下，不同转速值对 应的输出的流量值、压力值，
其中 :额定转速下对应的流量， H额定:额定转速下对应的压力， :额定转速， i...h :对应的该转速下对应的流量值， %* :对应的该转速下对应的压力值， n_ 对应的风机转速值。
[0009] 进一步的，步骤f)即：将步骤b)获取的当风机在工频定速运行时，不同负荷工作 点的风机流量值和压力值，标注在通过步骤e)所获得的曲线图中，当不同负荷工作点落在 步骤e)所获得的曲线图内部，则说明找到了合适的所述风机的动叶安装角的开度值及风机 的运行转速值，若没有落在步骤e)所获得的曲线图内部，则重复步骤a)_f)，直至找到合适 的所述风机的动叶安装角的开度值及风机的运行转速值； 从上述变频调速运行下的压力-流量特性曲线及效率曲线中读出不同负荷工作点对 应的流量值和压力值，所述不同负荷工作点的转速值分别由下式计算： Nb=(Na*Qb)/Qa Nb为变频调速下不同负荷工作点的转速值， Na为变频调速不同负荷工作点对应的额定转速， Qb为变频调速下不同负荷工作点的流量值， Qa为变频调速不同负荷工作点对应的额定流量。
[0010] 进一步的，所述步骤g)即：将步骤f)所述风机变频调速运行在不同负荷工作点对 应的动叶安装角开度值以及转速值对应的频率值作为基准值，分别以此基准值在风机动叶 安装角0-100%开度范围内及〇-额定转速对应频率范围内设置动叶安装角开度