變頻技術在熱網首站的應用

汪海霞 王大治 孔 欣

[摘 要]隨著電力電子器件、寬頻調制技術、矢量控制理論、微型計算機控制技術的迅猛發展,近年來交流電動機調速系統也有了很大的發展,由于節能效果明顯被廣泛應用。以哈爾濱發電有限公司熱網首站循環水泵進行變頻器控制改造為案例,對所取得的節能效果及附加效益進行分析和探討。

[關鍵詞]變頻器;調速;熱網循環泵;節能

由于直流電動機的轉速容易控制和調節,因此長期以來在變速傳動領域中,直流調速一直占據主導地位,然而直流電動機本身存在固有的結構缺陷。交流電動機(特別是異步電動機)具有結構簡單、堅固、運行可靠的特點,在單機容量、供電電壓、速度極限等方面也優于直流電動機,因此交流電動機得到廣泛應用。

隨著電力電子器件、寬頻調制技術、矢量控制理論、微型計算機控制技術的蓬勃發展,近年來交流電動機調速系統也有了很大的發展。各種類型的異步電動機變頻調速系統、各種類型的同步電動機變頻調速系統覆蓋了電力傳動領域的方方面面。電壓等級從110V到 10 000V,容量從數百瓦的伺服系統到數千千瓦的特大功率調速系統,從一般要求的調速傳動到高精度、快速響應的高性能調速傳動,從單機調速傳動到多機協調調速傳動,幾乎無所不有。歷來以恒速傳動的風機、水泵類負載,從節能的需要出發已大量采用交流調速系統。應用變頻器的高性能交流傳動必將成為調速傳動的主流。

一、問題的提出

目前,節能減排已成為整個社會的主流,在城市中進行熱電聯產集中供熱是一種必然的趨勢,但如何提高供熱的品質,做到經濟、安全、高效是每一個熱電廠所面臨的問題。

哈爾濱發電有限公司熱網首站工程完成后,設計供熱面積為150萬m2。熱網首站設三臺換熱面積150m2BHD-150-QS/X型熱網加熱器。使用三臺流量1250m3/h熱網循環泵, 配備了三臺額定功率680kw的6kV高壓電機。隨著供熱負荷的逐年增加,在冬季正常對外界供熱由最初小流量熱網循環泵改造為大流量熱網循環泵運行。現運行方式為一臺熱網循環泵運行,二臺熱網循環泵備用。但熱網投入運行后下面一些問題需要進行解決。

1.供熱初末期與尖峰期熱負荷相差較大,初末期熱負荷約為冬季最大熱負荷的1/2左右。

2.熱網循環泵供熱流量大于現有供熱所需流量,熱網循環泵定速運行狀態下不能適應供熱流量的靈活和精確調節。

二、問題的解決

當供熱負荷變化時需要調節水量,如果通過調節泵的出口門的開度來實現,實際上是靠壓損來減少給水流量,而電機的出力卻沒有變化。所以熱網循環泵最佳方案就是采用變頻器進行調速,這樣就能將出口門全開,通過調節轉速來控制流量,可以方便的調整供熱量。

根據熱網首站現運行方式決定,每臺熱網循環泵配置一套變頻器控制,在正常工作時一臺熱網循環泵調節運行,另兩臺熱網循環泵備用。只有當運行熱網循環泵處于檢修或者出現異常或者故障停運,啟動備用熱網循環泵運行,仍可實現變頻器控制熱網循環泵達到調節的目的。

三、變頻器控制熱網循環水泵運行及節能分析

由于冬季尖峰和初末期供熱負荷相差較大,且在此供熱期間,室外溫度經過高-低-高的變化,在1日內白天至晚上室外溫度也經過高-低-高的變化。為了保證供暖質量(即室內溫度不得低于18度)根據室外溫度的變化調整供熱管網的流量和溫度,一般流量控制在800 m3/h至950 m3/h之間,壓力在0.7MPa左右。如采用變頻器控制熱網循環水泵可隨時進行調整,提高調控精度。

哈發電有限公司首站熱網循環泵選用額定流量為1 250m3/h,14SH-6型水泵。配用額定功率680kw,JS158-4型高壓電動機。應采用每臺泵配置一套變頻器控制,在正常工作時一臺熱網循環泵調節運行,另兩臺熱網循環泵備用。只有當運行熱網循環泵處于檢修或者出現異常或者故障停運,啟動備用熱網循環泵運行,仍可實現變頻器控制熱網循環泵達到調節的目的。

根據哈發電公司上一年度采暖期的歷史數據,一臺定速運行泵日平均流量為864.871 m3/h,每天用電量平均為485.041×24=11 641.001kw/h,如采用變頻器控制的1臺熱網循環泵進行流量調節,根據GB12497《三相異步電動機經濟運行》強制性國家標準實施監督指南中的計算公式計算,這臺泵節能達53.564%,但考慮到變頻器內部損耗的存在。即逆變器功率器件的開關損耗最大,其余是電子元器件的熱損耗和風機損耗,變頻器的效率一般為95%~96%,因此在計算變頻調速節能時要將變頻器的4%~5%的損耗考慮在內。故該運行泵的節能效果實際為53.564%~5%=48.564%。

在供暖期內變頻器控制的熱網循環泵每天可節電:11 641.001×48.564%=5 653.335 (kw/h);

熱網循環泵一個采暖期可節電: 5 653.335×182=1 028 907.102(kw/h)。

哈爾濱發電有限公司上網電價按0.333元 kw/h計算,采用變頻器控制的一臺熱網循環泵每年可創造節電效益: 1 028 907.102×0.333=342 626.064(元)。

四、變頻器控制對設備的影響

采用變頻器調節,不僅優化運行方式,實現閥門全開,減少閥門的節流損失,且均勻調速。減少轉動設備泵的葉輪的磨損等,減少設備的維護量。并且避免直接用工頻啟動時的大電流大轉矩對電機、電纜、開關及機械設備的不利沖擊。同時,變頻器控制熱網循環水泵長期在低負荷運行時,電機的轉矩遠小于額定負荷時的轉矩。大大提高了設備的健康水平,這樣不僅延長了電機的使用壽命,也減輕了軸承的磨損,提高了供熱的可靠性。同時延長了設備的檢修周期,降低了設備的檢修費用。

五、結論

首站熱網循環泵變頻器安裝投運之后,將帶來以下幾點好處:

1.達到了節約用電的目的,提高了經濟效益。

2.提高了調控的精度,保證了供熱的質量,減少了設備的磨損程度,延長了設備的檢修周期。

3.如果進一步對公司的老網循環泵、循環水泵等采用變頻器技術控制調速,進一步降低廠用電,提高經濟效益,達到節能降耗的目的。

因此對熱網首站循環水泵進行變頻技術改造是可行性的。

參考文獻:

[1]林萬超.火電廠熱力系統節能理論[M].西安交通大學出版社,1994.

[2]陳伯時.電力拖動自動控制系統[M].上海工業大學出版社,1991.

[3]良炳.現代電力電子技術基礎[M].清華大學出版社,1992.

(編輯/劉佳)