熱電廠風機電機系統(tǒng)高壓變頻的節(jié)能改造

1、熱電廠風機電機系統(tǒng)高壓變頻的節(jié)能改造    摘要：本文分析熱電廠風機系統(tǒng)高壓變頻節(jié)能改造的必要性，簡述變頻調(diào)速節(jié)能原理，以實例對風機進行節(jié)能分析與計算，并提出節(jié)能改造方案，風機系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性大大提高。    關鍵詞：排粉風機；節(jié)能改造；ZINVERT；高壓變頻調(diào)速 一、工程概述與節(jié)能改造的必要性旺隆熱電廠擁有兩臺額定蒸發(fā)量為420t/h的高溫高壓自然循環(huán)煤粉鍋爐，發(fā)電機組裝機容量2*100MW。該廠是為了治理新塘地區(qū)大氣污染和東江水資源污染而建設的環(huán)保項目。該廠為熱電聯(lián)產(chǎn)型電廠，在發(fā)電的同時，向周邊的服裝、漂

2、染廠等企業(yè)集中供給蒸汽，先后替代了東江二級水源保護區(qū)內(nèi)的164座效率低、污染大的自建小鍋爐，擬向附近的廣東南方制堿廠集中供熱，所產(chǎn)生的城市環(huán)保效益與節(jié)能效益明顯。經(jīng)過長期運行分析和實地調(diào)研，#1、#2爐的4臺排粉機以及2臺脫硫增壓風機在實際的生產(chǎn)過程中通過擋板或?qū)~來調(diào)節(jié)所需的風量大小，主要存在以下問題：（1）排粉風機通過風門檔板調(diào)節(jié)風量、風壓，造成大量能量消耗在風門阻力上，設備工作效率低，造成不必要的損耗。（2）排粉風機采用風門調(diào)節(jié)，會帶來風機、管網(wǎng)較大振動、噪音和磨損，減少設備壽命，增大設備維護量。（3）風機采用風門控制調(diào)節(jié)風量、壓力，調(diào)節(jié)控制精度低，不利于遠程控制或自動控制。（4）脫硫增

3、壓風機采用靜葉調(diào)節(jié)方式，通過改變風機靜葉的角度來調(diào)節(jié)風量。盡管比采用控制入口擋板開度來實現(xiàn)風量的調(diào)節(jié)有一定的節(jié)能效果，但節(jié)流損失仍然很大，低負荷時節(jié)流損失更大。（5）異步電動機的啟動電流一般達到額定電流的8-10倍，對廠用電形成沖擊，強大的沖擊轉(zhuǎn)矩對電機和風機的使用壽命存在很大不利影響。經(jīng)過周密分析，有必要對以上電機系統(tǒng)進行變頻改造。改變原始的擋板控制，不管是從生產(chǎn)工藝控制還是用電損耗、減少設備維護量以及自動化程度上都能帶來極大的改善。二、風機變頻調(diào)速節(jié)能原理簡介從流體力學的原理得知，使用感應電動機驅(qū)動的風機、水泵負載，軸功率P與流量Q，揚程H的關系為：。當電動機的轉(zhuǎn)速由n1變化到n2時,Q、

4、H、P與轉(zhuǎn)速的關系如下:可見流量Q和電機的轉(zhuǎn)速n是成正比關系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關系。所以當需要80的額定流量時，通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80，即調(diào)節(jié)頻率到40Hz即可，這時所需功率將僅為原來的51.2。如圖1所示，從風機、水泵的運行曲線圖來分析采用變頻調(diào)速后的節(jié)能效果。圖1 當所需風量、流量從Q1減小到Q2時，如果采用調(diào)節(jié)閥門的辦法，管網(wǎng)阻力將會增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比；如果采用調(diào)速控制方式，風機、水泵轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風機、水泵的特性曲線將下

5、移，因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比。從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Delt(P)與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比?？紤]減速后效率下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過實踐的統(tǒng)計，風機泵類通過調(diào)速控制可節(jié)能2050，有些風機負載節(jié)能比例達60%以上。三、風機變頻改造節(jié)電分析根據(jù)上述節(jié)能原理，以#1爐排粉風、增壓風機為例，進行節(jié)電分析：1.風機參數(shù)2.運行情況及節(jié)能分析3.旺隆熱電變頻改造節(jié)能分析統(tǒng)計表生產(chǎn)性負載設備年運行小時按照7000h計算，電費按0.498元/kWh計算.4.采用變頻調(diào)速節(jié)能增效附加好處（1）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可提高到0.

6、9以上，減少無功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進一步節(jié)約上游設備的運行費用。（2）通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)節(jié)能，負荷率較低時，轉(zhuǎn)速也降低，設備的軸承等磨損減輕，設備運行與維護費用下降。（3）電機可實現(xiàn)軟啟動，啟動時電流不超過額定值的1.2倍，對電網(wǎng)無沖擊，使用壽命延長。（4）變頻器具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、溫升等多項保護功能，更完善地保護了電機。四、項目改造的方案簡介1、電氣改造方案    采用“一拖一自動旁路”方式高壓變頻裝置：變頻器一次回路由真空接觸器QF3、QF4、QF5組成，6kV電源高壓開關柜真空斷路器QF1，電氣一次接線如圖2。圖2  變頻改造后有兩種運行

7、工況：（1）變頻運行：6kV電源經(jīng)QF1、QF3至變頻裝置，再經(jīng)QF4連接電機；（2）工頻運行：6kV電源經(jīng)QF1、QF5直接連接電機。其中，QF5與QF3、QF4構(gòu)成電氣閉鎖，確保相關開關任何時候不能同時合閘。2、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）遠方控制：系統(tǒng)提供數(shù)字和模擬輸入接口，由DCS或上位機實現(xiàn)控制。3、系統(tǒng)散熱方案系統(tǒng)使用了移相隔離變壓器及大功率高頻開關元件，發(fā)熱量較大，運行環(huán)境的溫度影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及功率元件的使用壽命，因此為了使變頻器能長期穩(wěn)定和可靠地運行，我廠采用室內(nèi)空調(diào)冷卻方式：通過全廠制冷站向各高壓變頻室

8、送冷風以冷卻環(huán)境溫度，同時安裝4臺電空調(diào)作為備用，以滿足系統(tǒng)運行的溫度要求。 五、ZINVERT高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成及功能簡介1系統(tǒng)構(gòu)成（1）旁路柜：連接高壓開關柜與高壓電機的載體，實現(xiàn)工/變頻間的自主及故障切換。（2）變壓器柜：實現(xiàn)高壓電源的切分，降為相互獨立的低壓電源，實現(xiàn)多重化整流，有效的抑制諧波含量。（3）功率柜：安放功率單元，變頻系統(tǒng)的核心部件。（4）控制柜：變頻器的操作面板和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2功能簡介（1）頻率設定裝置可通過LCD面板按鍵、遠方操作盤、計算機后臺通信或DCS等智能接口設定、外部420mA或010V模擬信號輸入給定、開關量頻率升降給定等多種給定方式進行頻率設定。（2）斷電恢

9、復再啟動功能電網(wǎng)瞬時停電并在短時間內(nèi)恢復后，系統(tǒng)能在0.21.0秒內(nèi)自動搜索電機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)無沖擊再啟動至設定轉(zhuǎn)速，保證負載的連續(xù)穩(wěn)定運行。（3）自動旁路功能當變頻器出現(xiàn)故障時，可將變頻器自動進行旁路，將電機直接接入原電網(wǎng)繼續(xù)運行，大大提高了運行可靠性，保證用戶生產(chǎn)工藝不受影響。（4）主回路專利SCP技術的應用智光電氣SCP是通過國家輸出兩相直接短路試驗的核心技術。針對高壓電機和電纜頭可能存在的相間短路而采取專有的抑制技術，可有效防止巨大的短路電流沖擊功率管而導     致?lián)p壞，用戶外部的任何故障不造成ZINVERT的損壞。六、結(jié)語：熱電廠是耗能企業(yè)，“以熱定電，熱電聯(lián)產(chǎn)”的電力生產(chǎn)模式，符合以促進經(jīng)濟、社會、生態(tài)相協(xié)調(diào)的廣州市城市總體建設與發(fā)展模式，符合國家節(jié)能降耗的產(chǎn)業(yè)政策。我廠與廣州智光密切合作，通過合同能源管理（EPC）的節(jié)能服務運營模式，達到共贏的目的。綜合我廠多年節(jié)能實踐經(jīng)驗及理論計算，與改造前比較，每年可以節(jié)約電量共計約439萬kWh，折合RMB