一次風(fēng)機(jī)變頻改造及節(jié)能分析

1、一次風(fēng)機(jī)變頻改造及節(jié)能分析摘要：介紹了某電廠一次風(fēng)機(jī)的變頻改造方案，給出了一套可靠的控制策略。比較了一次風(fēng)機(jī)變頻控制和工頻控制的節(jié)能效果，闡述了變頻控制技術(shù)在電廠節(jié)能降耗的效果，對(duì)降低廠用電率，提高機(jī)組運(yùn)行效率有很大的意義。關(guān)鍵詞：一次風(fēng)機(jī);變頻改造;控制策略;節(jié)能Abstract: A certain power plant is introduced of the primary air fan frequency converter design, and design a reliable control strategy for the primary air fan.The ene

2、rgy-saving effect of adopting transducer fore-and-aft is compared, which has practical meaning on reducing power plant curl consumption and increasing unit running efficiency.Key words: induced draft fan; frequency converter reconstruction; control strategy; energy-saving1引言在火力發(fā)電廠中，一次風(fēng)機(jī)是最主要的耗電設(shè)備之一，這

3、些設(shè)備都是長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行并常常處于變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，其節(jié)能潛力巨大。發(fā)電廠輔機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，直接關(guān)系到廠用電率的高低。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，廠網(wǎng)分家、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)等政策的逐步實(shí)施，降低廠用電率，降低發(fā)電成本，已成為發(fā)電廠努力追求的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。在目前電力短缺的情況下，厲行節(jié)能，已經(jīng)被推到了能源戰(zhàn)略的首位。2設(shè)備概述華電集團(tuán)某電廠一期工程采用2×330MW國(guó)產(chǎn)亞臨界、燃煤空冷抽汽凝汽式供熱機(jī)組，鍋爐、汽輪機(jī)均采用上海電氣集團(tuán)公司設(shè)備。其中鍋爐型號(hào)SG-1170/17.5-M747，為亞臨界參數(shù)汽包爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)型鍋爐。每臺(tái)鍋爐配四臺(tái)鋼球

4、磨煤機(jī)，一次風(fēng)機(jī)為靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)。3 一次風(fēng)機(jī)變頻改造方案3.1 主要設(shè)計(jì)原則目前，交流調(diào)速取代其它調(diào)速及計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢(shì)。電機(jī)交流調(diào)速技術(shù)是節(jié)能、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速、啟動(dòng)和制動(dòng)性能、高效率、高功率因素和節(jié)電效果、廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。一次風(fēng)機(jī)變頻改造具體設(shè)計(jì)原則如下：(1) 原廠內(nèi)一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式改造為變頻調(diào)速方式;(2) 設(shè)置相應(yīng)的變頻小間。3.2 靜葉可調(diào)軸流風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中存在的問(wèn)題在鍋爐一次風(fēng)機(jī)容量設(shè)計(jì)時(shí)，單側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)具備帶75%負(fù)荷運(yùn)

5、行的能力，這主要是從機(jī)組運(yùn)行的安全性出發(fā)的;當(dāng)失去一側(cè)一次風(fēng)機(jī)時(shí)，機(jī)組還能帶75%的負(fù)荷運(yùn)行。所以當(dāng)雙側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，機(jī)組帶滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)，一次風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)余量在20%30%左右，風(fēng)門(mén)開(kāi)度一般為50%左右。由于火力發(fā)電廠的發(fā)電負(fù)荷一般在50%100%之間變化，一次風(fēng)機(jī)不能調(diào)速，只能靠改變風(fēng)機(jī)靜葉的角度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，造成了很大的節(jié)流損失，其設(shè)備效率僅在40%60%。調(diào)節(jié)性能也不能很好的滿(mǎn)足鍋爐燃燒能力及穩(wěn)定性運(yùn)行需要，所以有必要對(duì)一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能和調(diào)節(jié)性能改造，來(lái)滿(mǎn)足機(jī)組整體調(diào)節(jié)性能需要。這就為一次風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速節(jié)能改造造就了巨大的潛力。3.3 靜葉可調(diào)軸流一次風(fēng)機(jī)變頻改造方案為了保證系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)選用“

6、一拖一”斷路器自動(dòng)旁路，即將每臺(tái)高壓變頻器加裝自動(dòng)旁路裝置。變頻運(yùn)行時(shí)：斷開(kāi)QS3，閉合QF1、QS1和QS2;工頻運(yùn)行時(shí)：斷開(kāi)QS1和QS2，閉合QF1和QS3。一次風(fēng)機(jī)變頻控制接線示意圖見(jiàn)圖1所示。圖1 一次風(fēng)機(jī)變頻控制接線示意圖6kV電源經(jīng)用戶(hù)真空開(kāi)關(guān)QF1，變頻裝置進(jìn)線斷路器QS1到高壓變頻調(diào)速裝置，變頻裝置輸出經(jīng)出線斷路器QS2送至電動(dòng)機(jī);6kV電源還可以經(jīng)旁路斷路器QS3直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。變頻裝置的輸出斷路器QS2和旁路斷路器QS3互相閉鎖，即QS2和QS3不能同時(shí)閉合。變頻裝置的輸出斷路器QS1和旁路斷路器QS3互相閉鎖，即QS1和QS3不能同時(shí)閉合。變頻旁路的作用為：當(dāng)變頻裝置工

7、程檢修時(shí)，可手動(dòng)搖出斷路器，形成明顯斷電點(diǎn)，能夠保證人身安全;當(dāng)變頻裝置出現(xiàn)故障時(shí)，也可停止并手動(dòng)搖出斷路器，將變頻裝置隔離，使負(fù)載在工頻電源下正常運(yùn)行，保證生產(chǎn)的安全、持續(xù)的運(yùn)行。變頻器采用DCS控制，通過(guò)420mA的調(diào)速信號(hào)，根據(jù)入口風(fēng)壓控制變頻器的輸出頻率，并由DCS輸出信號(hào)，控制變頻器的啟動(dòng)和停止。變頻器還可以向DCS反饋運(yùn)行、停止、準(zhǔn)備好、報(bào)警、故障等狀態(tài)信號(hào)，以及變頻器的電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速等模擬量信號(hào)。4 一次風(fēng)機(jī)變頻控制策略4.1 SCS控制策略一次風(fēng)機(jī)啟停順控部分在原有的一次風(fēng)機(jī)工頻方式啟、停的基礎(chǔ)上，加入了變頻方式啟、停按鈕和工頻/變頻切換按鈕。在操作畫(huà)面上增加一次風(fēng)機(jī)A/B變頻

8、器模擬量控制手操器，實(shí)現(xiàn)CRT畫(huà)面上可以對(duì)一次風(fēng)機(jī)A/B變頻器控制，進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)投切控制。增加一次風(fēng)機(jī)A/B變頻器SCS手操器，實(shí)現(xiàn)CRT畫(huà)面上手動(dòng)啟停變頻器，增加一次風(fēng)機(jī)A/B變頻器QS1，QS2，QS3開(kāi)關(guān)SCS手操器，實(shí)現(xiàn)CRT畫(huà)面上分合QS1，QS2，QS3開(kāi)關(guān)。4.1.1一次風(fēng)機(jī)運(yùn)行信號(hào)處理變頻運(yùn)行信號(hào)(AND)：QS1合閘狀態(tài)、QS2合閘狀態(tài)、一次風(fēng)機(jī)高壓斷路器合閘、一次風(fēng)機(jī)變頻柜運(yùn)行指示;工頻運(yùn)行信號(hào)(AND)：QS1分閘、QS2分閘、QS3合閘、一次風(fēng)機(jī)高壓斷路器合閘。4.1.2一次風(fēng)機(jī)變頻方式啟動(dòng)啟動(dòng)前應(yīng)具備的條件：變頻器現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試完畢，柜門(mén)已關(guān)，變頻器220VAC控制電源已

9、供，6kV進(jìn)線斷路器、進(jìn)線QS1、出線QS2、旁路Q(chēng)S3斷路器在工作位置。一次風(fēng)機(jī)變頻器啟動(dòng)允許條件(AND)：變頻器待機(jī)指示、無(wú)變頻器故障信號(hào)、無(wú)變頻器重故障信號(hào)、變頻器進(jìn)線QS1合閘、變頻器進(jìn)線QS2合閘、變頻器進(jìn)線QS3分閘、一次風(fēng)機(jī)變頻頻率給定值為大于38小于44的指令。當(dāng)一次風(fēng)機(jī)按照原來(lái)的啟動(dòng)步驟，進(jìn)行到啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)這一步前，不要發(fā)啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)指令，必須按照以下步驟進(jìn)行，該步驟做一個(gè)幫助畫(huà)面，運(yùn)行人員按照步驟手動(dòng)操作：斷開(kāi)QS3;合上QS1;合上QS2;一次風(fēng)機(jī)停止;“遠(yuǎn)程/就地”在遠(yuǎn)程狀態(tài);變頻器合220VAC控制電源、合UPS、合輸出空開(kāi)后，在進(jìn)線斷路器和出線斷路器都合閘的情況下

10、，系統(tǒng)自檢通過(guò)后，變頻器發(fā)上電允許信號(hào)，允許合主開(kāi)關(guān)。; DCS合6kV進(jìn)線斷路器，變頻器充電自檢，通過(guò)后變頻器向DCS發(fā)送“啟動(dòng)允許”信號(hào)。滿(mǎn)足條件后才能啟動(dòng)變頻，啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)變頻器，DCS給變頻器發(fā)“遠(yuǎn)程啟動(dòng)”信號(hào)和“轉(zhuǎn)速給定”信號(hào)，變頻器啟動(dòng)。正常變頻啟動(dòng)時(shí)，如果變頻器故障，無(wú)法變頻器方式啟動(dòng)，可以通過(guò)旁路柜工頻啟動(dòng)，手動(dòng)操作步驟：先斷QS1、QS2，QS1、QS2斷開(kāi)后再合QS3，QS3閉合后再合高壓斷路器主開(kāi)關(guān)(即啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī))，完成一次風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行。4.1.3一次風(fēng)機(jī)變頻方式停止停止允許條件：分閘主開(kāi)關(guān)在合閘位、QS1，QS2在合位、給定的4-20mA信號(hào)設(shè)定在20Hz左右?！斑h(yuǎn)程

11、/就地”在遠(yuǎn)程狀態(tài)，DCS發(fā)出“遠(yuǎn)程停止”信號(hào)停止一次風(fēng)機(jī)變頻器。QS1進(jìn)線接觸器分閘條件為一次風(fēng)機(jī)沒(méi)有變頻運(yùn)行和一次風(fēng)機(jī)高壓斷路器分閘狀態(tài);QS2出線接觸器分閘條件為一次風(fēng)機(jī)高壓斷路器分閘狀態(tài)和一次風(fēng)機(jī)沒(méi)有變頻運(yùn)行;QS3旁路接觸器分閘條件為一次風(fēng)機(jī)高壓斷路器分閘狀態(tài)。4.2一次風(fēng)機(jī)變頻控制聯(lián)鎖保護(hù)邏輯(1)一次風(fēng)機(jī)變頻器故障變頻器輕故障由變頻柜發(fā)“變頻器輕故障報(bào)警”信號(hào)至DCS，此時(shí)變頻器繼續(xù)運(yùn)行，運(yùn)行人員立即接地檢查，并通知維護(hù)人員，根據(jù)變頻器報(bào)警信號(hào)的信息排除隱患后就地報(bào)警復(fù)位。如變頻器發(fā)生故障，變頻器發(fā)送“變頻器重故障”信號(hào)至DCS，此時(shí)變頻器自動(dòng)發(fā)指令跳開(kāi)QS1、QS2,變頻器停止

12、運(yùn)行，延時(shí)0.5s后變頻器發(fā)送“旁路允許”信號(hào)至DCS，2S后自動(dòng)由DCS發(fā)指令合旁路斷路器柜(合QS3)。機(jī)組由變頻切換至工頻運(yùn)行。同時(shí)DCS收到“變頻器重故障”信號(hào)后，DSC自動(dòng)發(fā)出指令將一次風(fēng)機(jī)靜葉的開(kāi)度關(guān)到40%，到位后由值班員依據(jù)當(dāng)時(shí)負(fù)荷情況手動(dòng)調(diào)整。(2)一次風(fēng)機(jī)高壓斷路器保護(hù)跳閘條件一次風(fēng)機(jī)高壓斷路器保護(hù)跳閘條件(OR)：原一次風(fēng)機(jī)跳閘條件、變頻運(yùn)行時(shí)跳閘QS1、變頻運(yùn)行時(shí)跳閘QS2、變頻運(yùn)行變頻器發(fā)重故障、QS3運(yùn)行時(shí)跳閘、QS1,QS2,QS3都在分閘狀態(tài)。QS1進(jìn)線接觸器保護(hù)跳閘條件(OR)：QS2分閘狀態(tài)延時(shí)1s發(fā)2s脈沖信號(hào)、一次風(fēng)機(jī)跳閘條件。QS2出線接觸器保護(hù)跳閘條

13、件(OR)：QS2分閘狀態(tài)延時(shí)1s發(fā)2s脈沖信號(hào)、一次風(fēng)機(jī)跳閘條件。原有的一次風(fēng)機(jī)跳閘回路中增加高壓變頻器重故障切旁路運(yùn)行不成功聯(lián)跳一次風(fēng)機(jī)功能，工頻方式下該條件被閉鎖。4.3 MCS控制策略一次風(fēng)壓有工頻控制和變頻控制兩種方式：一次風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，將一次風(fēng)機(jī)靜葉全開(kāi)，由一次風(fēng)機(jī)變頻控制調(diào)節(jié)一次風(fēng)壓;一次風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行，調(diào)節(jié)一次風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)度控制一次風(fēng)壓。在一次風(fēng)機(jī)處于變頻控制并投自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，相應(yīng)的一次風(fēng)機(jī)靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)開(kāi)至100%，此時(shí)，該靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于手動(dòng)操作狀態(tài)。另外，每臺(tái)一次風(fēng)機(jī)變頻控制和工頻控制自動(dòng)相互閉鎖，即同一時(shí)刻只能有一種方式處于自動(dòng)狀態(tài)。兩種控制方式分別由獨(dú)立的PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制

14、，不產(chǎn)生相互耦合。4.3.1 變頻方式自動(dòng)控制邏輯一次風(fēng)壓兩種自動(dòng)控制方式由運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況任選一種，兩種自動(dòng)控制方式不能同時(shí)投用。當(dāng)一次風(fēng)機(jī)靜葉投入自動(dòng)時(shí)，將會(huì)閉鎖A、B高壓變頻器轉(zhuǎn)速投自動(dòng)。當(dāng)A、B一次風(fēng)機(jī)均處于變頻方式運(yùn)行時(shí)，設(shè)置專(zhuān)門(mén)的變頻控制邏輯，A、B一次風(fēng)機(jī)靜葉保持開(kāi)足(具體位置可根據(jù)節(jié)能對(duì)比試驗(yàn)后確定)，通過(guò)控制一次風(fēng)機(jī)電機(jī)的頻率(轉(zhuǎn)速)，改變一次風(fēng)機(jī)出力來(lái)調(diào)節(jié)一次風(fēng)壓。一次風(fēng)壓測(cè)量值與一次風(fēng)壓設(shè)定值比較的偏差經(jīng)新增PID運(yùn)算后輸出一次風(fēng)機(jī)變頻控制指令，作用在二臺(tái)變頻器上，當(dāng)一臺(tái)變頻器因故障退出運(yùn)行后，另一臺(tái)變頻器立即增加相應(yīng)幅度的指令，單風(fēng)機(jī)運(yùn)行期間獨(dú)立承擔(dān)一次風(fēng)壓的調(diào)節(jié)。

15、一次風(fēng)壓設(shè)定值由A一次風(fēng)機(jī)變頻器操作器進(jìn)行設(shè)定，B一次風(fēng)機(jī)變頻器操作器進(jìn)行偏置設(shè)定。4.3.2 RB聯(lián)鎖邏輯設(shè)計(jì)變頻狀態(tài)下原一次風(fēng)機(jī)保護(hù)跳閘條件不變;一次風(fēng)機(jī)工作方式切換時(shí)，自動(dòng)閉鎖該切換風(fēng)機(jī)RB連鎖功能一段時(shí)間(暫定5S)，若切換失敗再觸發(fā)RB保護(hù)動(dòng)作;一次風(fēng)機(jī)工作方式切換時(shí)，運(yùn)行人員可考慮適當(dāng)選取幾支油槍投人對(duì)鍋爐進(jìn)行穩(wěn)燃;工頻風(fēng)機(jī)跳閘直接產(chǎn)生機(jī)組RB。通過(guò)在DCS中進(jìn)行邏輯組態(tài)， 實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)機(jī)跳閘快速切負(fù)荷(RB)的功能。負(fù)荷在200Mw 以上，一次風(fēng)機(jī)快速切負(fù)荷產(chǎn)生條件：兩臺(tái)引風(fēng)變頻運(yùn)行時(shí)，若一臺(tái)跳閘，則觸發(fā)RB;兩臺(tái)工頻運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)運(yùn)行中跳閘，觸發(fā)RB。RB觸發(fā)以后將進(jìn)行以下操作：自

16、動(dòng)投入互為對(duì)角的兩支油槍;切除一半的給粉機(jī);以150 MW/min的速率快速降負(fù)荷至180MW;關(guān)閉過(guò)熱器一級(jí)減溫水電動(dòng)閥、關(guān)閉過(guò)熱器左側(cè)和右側(cè)二級(jí)減溫水電動(dòng)閥、關(guān)閉再熱器左側(cè)和右側(cè)減溫水電動(dòng)閥;停運(yùn)同側(cè)的送風(fēng)機(jī)，并且關(guān)閉其送風(fēng)機(jī)出口擋板和動(dòng)葉;停運(yùn)部分磨煤機(jī)。5 節(jié)能分析變頻調(diào)速裝置是根據(jù)風(fēng)機(jī)的壓頭(揚(yáng)程)流量特性實(shí)現(xiàn)變速變流量控制。一般來(lái)講，風(fēng)機(jī)具有以下特點(diǎn)：， ， 式中： ， 為流量， ; ， 為轉(zhuǎn)速， ; ， 為功率，kW; ， 為揚(yáng)程(壓頭)，m(或Pa)。即流量與轉(zhuǎn)速成比例;揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成比例;功率與轉(zhuǎn)速的3次方成比例，變頻調(diào)速裝置的節(jié)能量計(jì)算依據(jù)上式而來(lái)。負(fù)荷分配模式按機(jī)組年

17、運(yùn)行小時(shí)數(shù)為6200小時(shí)、年利用小時(shí)數(shù)5000小時(shí)考慮。見(jiàn)下表：負(fù) 荷年運(yùn)行小時(shí)數(shù)年利用小時(shí)數(shù)100%額定出力2800280075%額定出力2000150050%額定出力1400700總計(jì)62005000依據(jù)上表實(shí)際工況計(jì)算變頻功率，公式如下：變頻調(diào)節(jié)功率P=軸功率x百分率3/(變頻器效率x電動(dòng)機(jī)效率)結(jié)果如下：運(yùn)行情況設(shè)備名稱(chēng)100%額定出力75%額定出力50%額定出力一次風(fēng)機(jī)29281235366在上述負(fù)荷分配模式下，單臺(tái)一次風(fēng)機(jī)電機(jī)每年可節(jié)約的電量約為：2600 kW×6200 h - 2928 kW×2800 h -1235 kW×2000 h - 366 kW×1400 h=4939.2 MWh可見(jiàn)，全廠兩臺(tái)機(jī)組的四臺(tái)一次風(fēng)機(jī)電機(jī)全年可節(jié)