熱電廠風(fēng)機(jī)高壓變頻器節(jié)能改造分析

李會(huì)祥,王英彬（1.阜新市技術(shù)改造項(xiàng)目前期工作辦公室；2.阜新市技術(shù)節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心,遼寧阜新123000）

熱電廠風(fēng)機(jī)高壓變頻器節(jié)能改造分析

李會(huì)祥,王英彬
（1.阜新市技術(shù)改造項(xiàng)目前期工作辦公室；2.阜新市技術(shù)節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心,遼寧阜新123000）

風(fēng)機(jī)是熱電廠輔助設(shè)備中的主要高耗能設(shè)備，提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率對(duì)燃煤機(jī)組降低廠用電量、降低供電煤耗至關(guān)重要。本文結(jié)合熱電廠風(fēng)機(jī)系統(tǒng)高壓變頻節(jié)能改造實(shí)例，對(duì)改造技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)問題進(jìn)行了分析，證明高壓變頻技術(shù)改造節(jié)能效果明顯，并且提高了風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的安全可靠性。

熱電廠；風(fēng)機(jī)；變頻器；改造分析

1　引言

由于鍋爐在正常運(yùn)行中的燃料構(gòu)成、熱負(fù)荷、電負(fù)荷以及季節(jié)等變化因數(shù)較大，因此，鍋爐燃燒所需要的空氣量在不同的情況變化較大，然而，鍋爐配置的風(fēng)機(jī)是按鍋爐最大出力情況下的所需最大風(fēng)量來設(shè)計(jì)，并必須考慮鍋爐在事故情況下一定的風(fēng)量裕度，所以，風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率的選配一般都較大。目前，風(fēng)機(jī)流量的調(diào)節(jié)常采用調(diào)節(jié)擋板開度的方式，在擋板上產(chǎn)生很大的壓力損失，風(fēng)機(jī)始終運(yùn)行在低效區(qū)，電能利用率低下?？梢姡瑢?duì)鍋爐風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義。采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改造，不僅可以節(jié)約大量電能，而且使電廠系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠。

2　改造前工況

阜新杰超煤矸石熱電有限公司現(xiàn)有的五臺(tái)發(fā)電機(jī)組，6臺(tái)鍋爐，總裝機(jī)容量達(dá)到5.4萬千瓦，年上網(wǎng)電量3億千瓦時(shí)、供熱量396萬吉焦。風(fēng)機(jī)配套電機(jī)為6KV的三相交流異步電動(dòng)機(jī)，風(fēng)機(jī)均采用調(diào)節(jié)擋板開度來滿足系統(tǒng)生產(chǎn)的需要，各風(fēng)機(jī)運(yùn)行擋板開度大都在40%--80%，通過調(diào)節(jié)擋風(fēng)板開啟角度的機(jī)械調(diào)節(jié)方法來滿足不同的用風(fēng)量，經(jīng)過運(yùn)行分析和實(shí)地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)實(shí)際的生產(chǎn)過程中采用擋板調(diào)節(jié)風(fēng)量的方式，存在以下問題：

（1）采用檔板調(diào)節(jié)風(fēng)量、風(fēng)壓，造成大量能量消耗在擋板阻力上，造成不必要的損耗；

（2）采用擋板調(diào)節(jié)時(shí)，風(fēng)機(jī)、管網(wǎng)振動(dòng)較大、噪音和磨損嚴(yán)重，降低了設(shè)備壽命，增大設(shè)備維護(hù)量；

（3）采用風(fēng)門控制調(diào)節(jié)風(fēng)量、壓力，調(diào)節(jié)控制精度低，控制不精確，時(shí)滯性差。

（4）電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流一般是額定電流的4-7倍，對(duì)廠用電形成沖擊，強(qiáng)大的沖擊轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命存在不利影響。

（5）電氣保護(hù)特性差，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)不能瞬間動(dòng)作保護(hù)設(shè)備等。

經(jīng)過分析，有必要對(duì)以上風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造。改變?cè)嫉膿醢蹇刂品绞?，不論是從生產(chǎn)工藝控制還是降低電耗、減少設(shè)備維護(hù)量以及自動(dòng)化程度上都能帶來極大的改善。

3　改造方案

本次改造主要是根據(jù)企業(yè)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)施的現(xiàn)狀和存在的問題，針對(duì)電廠系統(tǒng)特點(diǎn)，對(duì)#3、#4、#5、#6鍋爐引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)共計(jì)12臺(tái)（電機(jī)總裝機(jī)容量3900KW）6KV電機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)電技術(shù)改造，采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，根據(jù)工況需要，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，來調(diào)節(jié)風(fēng)量的變化，以替代落后的擋板調(diào)節(jié)方式，以減少電能損耗。同時(shí)，風(fēng)量的變化由非線性改善為線性，使得爐膛的燃燒效能控制變得更及時(shí)、精確。從而達(dá)到節(jié)能降耗和提高自動(dòng)化程度的雙重目的。本次節(jié)電技術(shù)改造新建一座高壓變頻室、增加變頻調(diào)速裝置12臺(tái)、DCS控制系統(tǒng)、、通風(fēng)系統(tǒng)及配電設(shè)施。

3.1變頻器選型

近年來已有很多大中型電廠采用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)電技術(shù)改造的實(shí)例，實(shí)踐證明不但節(jié)電效果明顯，而且提高系統(tǒng)的安全性，不存在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。此次節(jié)電技術(shù)改造設(shè)備選用原則，技術(shù)先進(jìn)，成熟可靠。選擇雷奇節(jié)能科技股份有限公司生產(chǎn)的LOVOL系列高壓智能節(jié)電裝置（變頻器），該產(chǎn)品由移相變壓器，功率單元和控制器組成。高壓變頻器采用模塊化設(shè)計(jì)，互換性好、維修簡(jiǎn)單，噪音低，諧波含量小，不會(huì)引起電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，對(duì)電機(jī)沒有特殊要求。高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下：

3.2電氣改造方案

采用一拖一自動(dòng)旁路控制，實(shí)現(xiàn)變頻/工頻自動(dòng)切換。旁路柜在節(jié)電器進(jìn)、出線端增加了兩個(gè)隔離刀閘，以便在節(jié)電器退出而電機(jī)運(yùn)行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行節(jié)電器的故障處理或維護(hù)工作。旁路柜主回路主要配置：三個(gè)真空接觸器（KM1、KM2、KM3）和兩個(gè)高壓隔離開關(guān)K1、K2。KM2與KM3實(shí)現(xiàn)電氣互鎖，當(dāng)KM1、KM2閉合，KM3斷開時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行；當(dāng)KM1、KM2斷開，KM3閉合時(shí)，電機(jī)工頻運(yùn)行。另外，KM1閉合時(shí)，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM3閉合時(shí)，K2操作手柄被鎖死，不能操作。自動(dòng)旁路控制結(jié)構(gòu)圖如下：

3.3系統(tǒng)控制方案

（1）本地控制：利用系統(tǒng)控制器上的鍵盤、控制柜上的按鈕、電位器旋鈕等就地控制。

（2）遠(yuǎn)程控制：變頻器與DCS系統(tǒng)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，使運(yùn)行人員通過DCS系統(tǒng)畫面對(duì)變頻器的工作電流，運(yùn)行狀態(tài)及故障信息進(jìn)行監(jiān)控，由DCS實(shí)現(xiàn)控制。

3.4系統(tǒng)散熱方案

由于變頻器是由大功率高頻開關(guān)元件和移相隔離變壓器組成，設(shè)備自身發(fā)熱量較大，運(yùn)行環(huán)境的溫度和濕度會(huì)影響設(shè)備的穩(wěn)定性及功率元件的使用壽命，為了使變頻器能長(zhǎng)期穩(wěn)定和可靠地運(yùn)行，采用室內(nèi)空調(diào)冷卻方式，滿足設(shè)備對(duì)溫度和濕度的要求。

4　變頻改造效果分析

4.1節(jié)電效果

節(jié)電改造前，鍋爐正常工況下引風(fēng)機(jī)檔板的平均開度在70-80%左右，二次風(fēng)機(jī)在35-45%左右。采用落后的檔板調(diào)節(jié)控制方式，用電量高居高不下，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量。本次節(jié)電改造于2012 年10月安裝調(diào)試完畢，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試，以3#鍋爐引風(fēng)機(jī)為例，原工頻電流由平均49.5A下降到變頻后的36-39A，功率因數(shù)由0.8左右提高到0.95左右。從12臺(tái)改造后的風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況看，完全能夠滿足鍋爐運(yùn)行工藝的要求（主要是風(fēng)壓、風(fēng)量、加減風(fēng)的速率等）。運(yùn)行后一年的電表數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過變頻改造后12臺(tái)風(fēng)機(jī)總計(jì)節(jié)電量為280萬KWh，比擋板調(diào)節(jié)控制方式節(jié)能率達(dá)到23%，節(jié)能效果十分顯著。并且電機(jī)在啟動(dòng)、運(yùn)行調(diào)節(jié)、控制操作等方面都得到極大的改善。

4.2其它效果

（1）采用變頻調(diào)速控制后，杜絕“大馬拉小車”現(xiàn)象，既提高了電機(jī)效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求；

（2）采用變頻調(diào)速控制后，由于變頻裝置內(nèi)的直流電抗器能很好的改善功率因數(shù)，功率因數(shù)由0.8左右提高到0.95以上，提高了有功功率，減少了設(shè)備和線路無功損耗；

（3）實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，避免了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；

（4）減少風(fēng)機(jī)葉片和軸承的磨損，延長(zhǎng)大修周期、節(jié)省維修費(fèi)用。風(fēng)機(jī)、管網(wǎng)振動(dòng)大幅減小，降低了噪聲對(duì)環(huán)境的影響；

（5）變頻器的過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護(hù)功能，使系統(tǒng)的安全可靠性大大提高；

（6）由于變頻器具有工頻/變頻自動(dòng)切換功能，變頻器發(fā)生重故障時(shí)可在2-3秒內(nèi)切換到工頻運(yùn)行，且在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)檢修維護(hù)或故障時(shí)，工頻控制系統(tǒng)照樣可以正常運(yùn)行，滿足風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)高可靠性運(yùn)行的要求；

（7）實(shí)現(xiàn)了高壓變頻裝置與主控室DCS系統(tǒng)連接,DCS系統(tǒng)能夠滿足實(shí)時(shí)性的要求，經(jīng)過電廠運(yùn)行的邏輯實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制，對(duì)各種數(shù)據(jù)的分析和判斷，這也是電廠提高效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

5　結(jié)語

在發(fā)電企業(yè)中，風(fēng)機(jī)水泵類等高耗能設(shè)備較多，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造已經(jīng)逐漸被接受。實(shí)際運(yùn)行中變頻器在經(jīng)歷了各種電氣、機(jī)械、環(huán)境溫度影響下動(dòng)作迅速可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，是一種理想的調(diào)速控制方式，經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益十分明顯。

[1]王占奎等編.變頻調(diào)速應(yīng)用百例[M].北京科學(xué)出版社出版,1999.4

[2]吳忠智,吳加林編著.變頻器應(yīng)用手冊(cè)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社,2002(07).

[3]陳建行,劉茂山.高壓變頻器在壽光金太陽熱電廠輔機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].變頻器世界，2010(12).

[4]郭立川等.泵與風(fēng)機(jī)（第三版）[M].北京:中國電力出版社.

李會(huì)祥（1965—），遼寧阜新人，工程師，從事技術(shù)改造項(xiàng)目前期工作，節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)、推廣工作。