簡析高壓變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠風(fēng)機和泵類實踐中的節(jié)能研究

陳建軍

摘 要：在火電廠的各類輔機設(shè)備中，風(fēng)機、泵類設(shè)備占據(jù)了絕大多數(shù)的比例，其耗電量也同時占據(jù)電廠總耗電量的50%以上，而事實上，風(fēng)機和泵類設(shè)備在使用過程中，都存在較大的裕量，蘊藏著巨大的節(jié)能潛力。在火電廠裝機容量不斷擴大，調(diào)峰力度增加的影響下，機組的負(fù)荷變化頻繁且變化幅度較大，必須對風(fēng)機的轉(zhuǎn)速以及泵類設(shè)備的流量等進行實時調(diào)節(jié)，以提高能源的利用效率。本文主要針對高壓變頻技術(shù)在火電廠風(fēng)機和泵類節(jié)能改造中的應(yīng)用進行分析和探討，希望能為火電廠工作的順利進行提供理論支持和方案參考。

關(guān)鍵詞：高壓變頻調(diào)速技術(shù)；火電廠；風(fēng)機；泵類；節(jié)能

前言

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國社會對于電力的需求也在不斷增長，能源短缺問題受到了社會各界的廣泛關(guān)注。作為電力產(chǎn)品的主要生產(chǎn)者，火電廠同時也是資源消耗的大戶，在生產(chǎn)過程中，需要消耗大量的能源資源，尤其是風(fēng)機和泵類設(shè)備，其節(jié)能研究受到了越來越多專業(yè)人員的重視。在不斷的發(fā)展過程中，變頻調(diào)速技術(shù)憑借自身運行穩(wěn)定、故障率低、節(jié)能效果顯著等特點，在火電廠節(jié)能改造工作中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 火電廠風(fēng)機和泵類設(shè)備能耗現(xiàn)狀

最近幾年，社會生產(chǎn)力水平快速提高，帶動了人們生活水平的提高，同時也使得社會對于電力的需求不斷增加。為了滿足日益增長的電力需求，火電廠的機組容量不斷擴展，同時為了保證電力生產(chǎn)和供應(yīng)的可靠性和安全性，機組分配利用小時數(shù)相對較低，加入平均負(fù)荷也較小，則循環(huán)水泵的耗電量會隨著升高，給水泵同樣會受此影響而出現(xiàn)耗電量的增加。對于風(fēng)機設(shè)備而言，由于煤炭市場的不斷變化及配煤摻燒技術(shù)的推廣，使得煤炭的質(zhì)量與以前相比有了一定的下降，為了提高風(fēng)壓，風(fēng)機的耗電量也有所上升。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前大型火力發(fā)電廠中的風(fēng)機和泵類設(shè)備用電量占據(jù)了發(fā)電產(chǎn)用電總量的50%以上，加上燃料質(zhì)量問題、設(shè)計問題等，火力發(fā)電廠普遍存在著設(shè)備能耗高、機組負(fù)荷率低的問題，在很大程度上影響了發(fā)電廠的經(jīng)濟效益。因此，做好風(fēng)機和泵類設(shè)備的節(jié)能降耗工作，是十分必要的。但是，目前采用的節(jié)能技術(shù)并沒有取得良好的成效。以水泵流量的調(diào)節(jié)為例，目前常用的方法是使用節(jié)流閥進行調(diào)節(jié)，這種方式僅僅是對通道的通流阻力進行了改變，對于電動機的輸出功率卻并沒有顯著的影響，從而造成了能源的浪費。

對此，從上世紀(jì)八十年代起，國外的許多企業(yè)加快了對高壓大功率變頻設(shè)備的研制，并在火電廠輔機節(jié)能改造工程中廣泛應(yīng)用。上世紀(jì)末，我國部分大型火力發(fā)電廠也開始引入高壓變頻器，對風(fēng)機和泵類設(shè)備進行相應(yīng)的節(jié)能改造，并取得了非常顯著的成果。到目前，應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，對電廠風(fēng)機和泵類設(shè)備進行調(diào)速改造，已經(jīng)成為火電廠節(jié)能改造的首選方案。

2 高壓變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠節(jié)能改造中的應(yīng)用

高壓變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理，是根據(jù)電機轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系，通過對電動機工作電源頻率的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)改變電機轉(zhuǎn)速的目的，用公式表示為

n=60f（1-s）/p

其中，n表示電機轉(zhuǎn)速，f表示工作電源輸入頻率，s表示電機轉(zhuǎn)差率，p指電機磁極對數(shù)。

在實際應(yīng)用中，變頻調(diào)速技術(shù)的調(diào)節(jié)方式包括直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種，而高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)相對更加成熟，因此也是火電廠風(fēng)機和泵類設(shè)備節(jié)能改造的主要手段。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)改造后的設(shè)備，可以減少20%以上的耗電量。這里結(jié)合相應(yīng)的工程實例，對其應(yīng)用情況進行簡單闡述。

2.1 電廠概況

某火電廠共有4臺機組，裝機總?cè)萘窟_到1360MW，每臺機組都安裝有一次風(fēng)機、引風(fēng)機以及送風(fēng)機，占據(jù)機組容量的2.31%左右。在不斷的發(fā)展過程中，該發(fā)電廠逐漸暴露出一些不足和問題，如機組單機容量小、能耗高等，嚴(yán)重影響了電廠的經(jīng)濟效益。因此，需要做好電廠的節(jié)能改造工作，降低生產(chǎn)過程中的能耗，以促進電廠的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 實踐應(yīng)用

2.2.1 應(yīng)用條件。之前也提到，高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)是火電廠節(jié)能改造中的首選方案，在該電廠改造中同樣選擇該技術(shù)。但是需要注意的是，高壓交流變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用需要具備一定的先決條件：其一，交流電動機的工作原理，是通過電機內(nèi)部磁場的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)能量的傳遞，在這個過程中，如果電機的氣隙磁通量過大，會導(dǎo)致鐵心呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，造成勵磁電流過大，從而燒毀電機繞組；而如果電機的氣隙磁通量過小，則會造成電機出力不足的現(xiàn)象。因此，在對其進行變頻改造前，需要采用相應(yīng)的儀器進行檢測，確保電機氣隙磁通量恒定。其二，由異步電機自身的變頻調(diào)速控制特性可知，如果電機的供電頻率高于額定頻率，則其電壓只可能保持在額定電壓，而不會隨之升高，在這種情況下提高頻率，只會造成電動機氣隙磁通量的減弱，轉(zhuǎn)矩減小。因此，當(dāng)電動機的供電頻率低于額定頻率時，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，保持氣隙磁通量的最大值，而當(dāng)供電頻率高于額定頻率時，屬于恒功率調(diào)速，保持電壓輸出的最大值。

2.2.2 關(guān)鍵問題。在對高壓變頻調(diào)速技術(shù)進行應(yīng)用的過程中，需要注意以下幾個方面的問題：其一，在現(xiàn)代化火電廠中大型輔機設(shè)備通常都是成對存在的，一臺設(shè)備基本上就可以滿足機組的大部分需求。同時如果輔機處于滿負(fù)荷運行狀態(tài)，采用變頻技術(shù)可能會造成耗電量的增加。因此，可以對其中一臺輔機設(shè)備進行變頻改造，另一臺則維持原樣，當(dāng)機組負(fù)荷較高時，兩臺輔機并列運行，當(dāng)機組負(fù)荷較低時，變頻輔機單獨運行，結(jié)合相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備，實現(xiàn)對風(fēng)機轉(zhuǎn)速的實時調(diào)節(jié)。其二，在對異步電動機進行相應(yīng)的變頻改造后，必然會在一定程度上影響電動機的運行狀態(tài)。以鼠籠式異步電動機為例，在進行變頻改造后，電動機的定子電流中會出現(xiàn)高次諧波，不僅會造成能耗的增大，還可能導(dǎo)致電機的溫升變大，功率也會有效降低。而與此同時，高壓變頻器電容容量的衰減小，可以降低電動機的啟動電流，從而在客觀上延長了設(shè)備的使用壽命。因此，在應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)對設(shè)備進行節(jié)能改造時，應(yīng)該充分考慮各方面的因素，在必要時，可以增加相應(yīng)的變頻器旁路系統(tǒng)，確保生產(chǎn)的安全性和可靠性。其三，對于風(fēng)機和泵類設(shè)備而言，其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方呈正相關(guān)的關(guān)系，因此在進行變頻改造后，會出現(xiàn)電機電流下降和發(fā)熱量下降的情況，因此基本上不存在散熱問題。但是對于運行頻率較低，且低轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)矩較大的場合，應(yīng)該適當(dāng)考慮對電動機進行強迫通風(fēng)冷卻，以避免出現(xiàn)電動機過熱的情況。為了避免出現(xiàn)單側(cè)風(fēng)機變頻運行過程中，兩側(cè)風(fēng)路排煙溫度差距過大的情況，可以對送風(fēng)配置進行重新設(shè)置，改為母管送風(fēng)運行。

3 結(jié)束語

總而言之，在現(xiàn)代化工業(yè)不斷發(fā)展的影響下，能源緊缺問題日益凸顯，節(jié)能減排工作受到了政府部門的高度重視。對于火電廠而言，應(yīng)用高壓變頻調(diào)速技術(shù)，實現(xiàn)對于大型風(fēng)機和泵類設(shè)備的變頻改造，不僅可以有效降低生產(chǎn)經(jīng)營成本，提升電廠的競爭力，而且也符合了國家建設(shè)“兩型”社會的要求，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，應(yīng)該得到進一步的推廣。

參考文獻

[1]相玲.變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機、水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)，2012.

[2]范利文.高壓變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠風(fēng)機和泵類應(yīng)用中的節(jié)能分析[J].山西科技，2013，28（1）：45-47.

[3]王繼秀，阮琨.高壓變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機、泵類應(yīng)用中的節(jié)能分析[J].冶金動力，2008（1）：15-17.

[4]盧秀珍，曹中華，侯建軍.淺談火電廠中變頻調(diào)速技術(shù)的節(jié)能分析[J].電力世界，2014（2）：37.

[5]劉英梅，李紹忠.火電廠輔機變頻調(diào)速運行節(jié)能分析[J].電力科學(xué)與工程，2007（5）：12-15.