火力發(fā)電廠風機變頻節(jié)能分析和運行措施

王紹平

(華電四川發(fā)電有限公司攀枝花分公司，四川 攀枝花 617065)

1 設備技術改造概況

華電四川發(fā)電有限公司攀枝花分公司改造前采用東方鍋爐(集團)股份有限公司生產的DG460/13.73－Ⅱ4型循環(huán)流化床鍋爐，配套上海汽輪機廠生產的N150－13.24/535/535型汽輪機及哈爾濱發(fā)電動機廠生產的QF－150/160－2型發(fā)電動機。每臺循環(huán)流化床鍋爐配置引風機、一次風機、二次風機、高壓流化風機及給水泵各2臺。2010年，按照中國華電集團公司節(jié)能改造計劃安排，對#11機組引風機、一次風機、二次風機(共6臺)進行節(jié)能改造。采用國電南京自動化股份有限公司(以下簡稱國電南自)生產的ASD 6000S系列變頻調速系統(tǒng)取代原來的擋板調節(jié)和液力偶合器調節(jié)方式，使轉速調節(jié)更加平滑、智能和方便，在電動機啟動過程中，沖擊電流明顯下降，節(jié)能效果顯著。

(1)改造前高壓輔機主要參數見表1。

(2)改造主要是在保持電動機和風機參數不變的原則下選擇不同容量的變頻器，見表2。

(3)國電南自生產的成套變頻器裝置，現(xiàn)場改造接線簡單，調試方便，但對運行環(huán)境和溫度提出了較高要求。該廠工程技術人員借鑒了系統(tǒng)內多家火電廠變頻改造經驗，改造中就地選擇合適地點修建變頻器室，每個變頻室安裝2臺及以上變頻裝置，并根據變頻器容量大小和最大3%額定容量估計發(fā)熱損耗，據此在每個變頻室安裝了適量的空調。改造后一次接線和原理如圖1所示(虛線框內為變頻室及變頻裝置柜)。

圖1 改造后一次接線和原理圖

(4)電動機變頻改造要求和輔助設備能耗參數。

1)在正常情況下，電動機在變頻調速狀態(tài)下運行;在變頻器檢修或故障狀態(tài)下，可實現(xiàn)手動電動機工頻旁路運行。

2)變頻器應把自身狀態(tài)反映給集控室，并接受遠程操作命令。

表1 改造前高壓輔機主要參數

表2 變頻器選擇情況

3)在集控室分散控制系統(tǒng)(DCS)上可實現(xiàn)變頻器的開/閉環(huán)運行選擇，DCS接收變頻器轉換的4～20 mA輸出轉速模擬量信號進行監(jiān)視。開環(huán)狀態(tài)下，集控室操作員通過DCS直接給變頻器4～20 mA模擬量輸出信號控制電動機轉速;閉環(huán)狀態(tài)下，DCS根據反饋給變頻器4～20 mA模擬量輸出信號控制電動機轉速。變頻器依據該模擬量運算輸出運行頻率并在內部實現(xiàn)平衡。在設計時，4～20 mA對應20～50 Hz。變頻器具有最低轉速限制，保證機組最低負荷運行要求，當模擬量信號發(fā)生故障時變頻器輸出保持不變。

4)在變頻器運行時，電動機負載閥門置于全開狀態(tài)。

5)在廠家技術人員指導下進行變頻器參數設置并調試。

6)變頻室保持密閉防塵設計，配置適量空調。

7)配置電動機軸承潤滑油箱1個(容積180 m3)，油泵2臺，1臺工作1臺聯(lián)鎖備用，油泵功率為1.50 kW。

8)變頻器其他輔助設備(功率柜風機、干式移相變壓器風機等)，能耗共計5.00 kW。

2 節(jié)能分析

以#11鍋爐2臺引風機為例，分別統(tǒng)計80，90，100，120，130，140，150 MW 負荷下變頻改造前、后用電情況，每個負荷點取不同日期10 h平均用電量做分析，求出節(jié)能數據，確定設備經濟運行方式。

(1)改造前風機設備用電統(tǒng)計數據見表3。

(2)變頻改造后風機設備用電統(tǒng)計數據見表4。

(3)變頻器及輔助設備能耗分析。引風機變頻改造后，機組在不同負荷下的能耗下降幅度有所不同。在變頻器調試期間，由調節(jié)頻率與電動機電流的對應關系可知，變頻器頻率設定低于20 Hz，進行分析無實際意義。因循環(huán)流化床鍋爐必須滿足最小流化風量條件限制，變頻器頻率在機組啟動和正常運行工況下均大于20 Hz，所以，主要分析頻率在20～50 Hz時的耗電情況。從理論上分析，變頻器在50 Hz時幾乎不節(jié)能。

變頻改造后增加了油泵、風機、移相變壓器、功率模塊、冷卻風機等耗能設備，其每小時能耗計算如下:

1)移相變壓器能耗。查閱變壓器廠家說明書，該移相變壓器能耗為1.5%額定容量，即1600×1.5%=24.00(kW)。

2)18個功率模塊能耗。查閱廠家說明書，每個功率模塊損耗為0.35%額定容量，即18×0.580×187 ×0.35%=6.83(kW)。

3)11臺冷卻風機能耗。5×1.5+6×0.75=12.00(kW)。

4)其他輔助設備能耗估計為1.00 kW。輔助設備總計最大能耗為43.83 kW。

(4)不同負荷下變頻器能耗對比見表5。

表3 改造前風機設備用電量統(tǒng)計 kW·h

表4 變頻改造后風機設備用電量統(tǒng)計 kW·h

表5 不同負荷下變頻器能耗對比

如果該廠#11機組年運行7 680 h、大小修時間為45 d(1 080 h)、上網電價為0.438元/(kW·h)，則該機組2臺引風機年節(jié)能價值=656×7680×0.438=2206 679(元)。按照該廠2臺風機變頻改造價480萬元分析，最多3年即可收回成本。

該廠原液力偶合器近3年平均用油價值約18萬元，如果把該廠原液力偶合器調速用油價值計算進去，節(jié)能效果更顯著。

(5)2臺機組廠用電對比分析。#11機組6月完成風機變頻改造，#12機組仍為液力偶合器或擋板調節(jié)，2臺相同類型機組在不考慮循環(huán)水泵、冷卻水泵等公用設備和系統(tǒng)耗電的情況下，比較廠用電大小。2臺機組廠用電對比情況見表6。

表6 2臺機組不同月份廠用電對比

由以上分析可知:變頻改造后，#11機組風機電耗比#12機組下降0.3% ～0.5%，且廠用電均有不同程度減少，節(jié)能效果顯著。

3 風機變頻改造后存在問題及采取的措施

(1)原風機所使用電動機的額定功率較改造前下降10%。在調試過程中，頻率為50 Hz時出現(xiàn)電動機電流與變頻器進線電流相差17 A的現(xiàn)象，即電動機電流達到額定電流187A，而變頻器進線電流只有170 A。華電四川發(fā)電有限公司攀枝花分公司技術人員與廠家調試人員共同分析認為，可能是電動機電流中包含了無功電流和不平衡電流成分，所以出現(xiàn)偏差。電動機是否允許過載運行以滿足鍋爐所需風量，應根據電動機制造廠過載試驗確定，所以，電動機電流仍然按照額定電流監(jiān)視運行，短時過載運行應嚴格按照制造廠規(guī)定執(zhí)行。

(2)風機電動機采用強迫循環(huán)風冷卻方式，冷卻風機與電動機同軸運行，長時間低頻運行，電動機發(fā)熱不能有效散出。因此，調試中設置開機升頻變速點和降頻變速點為20 Hz，規(guī)定電動機不允許在20 Hz以下停留運行。

(3)為有效降低啟動轉矩，在風機啟動過程中進、出口風門應關閉，風機變頻器啟動頻率達到20 Hz及以上全開風門。雖然該引風機變頻器設計了旁路運行直接啟動風機，但在工頻直接啟動試驗過程中發(fā)現(xiàn)，啟動電流達到900 A以上，6 kV母線電壓自6.0kV下降到5.4kV，啟動時間長達35s，對系統(tǒng)沖擊較大。從保護定值方面分析，沒有發(fā)現(xiàn)問題;從電動機結構查原因，發(fā)現(xiàn)該型電動機定子線圈和鐵芯是按照液力偶合器調速輕載啟動設計，不具備直接啟動條件，降低了設備可靠性。

(4)增加變頻器及輔助設備運行維護。電氣產品對環(huán)境要求較高，變頻器室安裝在鍋爐車間，灰、渣、粉塵、汽、水等較重，影響變頻器安全運行。針對此情況，制訂了變頻室空調、濾網等定期維護和設備切換制度，將變頻室室溫遠傳集控室監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)溫度異常情況并進行現(xiàn)場檢查。

由以上分析可知，風機變頻改造后，不同工況下能耗下降10%～36%?；鹆Πl(fā)電廠風機應用量大、面廣且能耗較高。因此，在風機上推廣變頻節(jié)能技術，取代落后的擋風板或閥門載流調節(jié)方式，使風機始終處于科學、經濟運行狀態(tài)，對提高企業(yè)綜合經濟效益和社會效益具有十分重要的意義。

［1］徐海，施利春.變頻原理及應用［J］.北京:清華大學出版社，2010.