淺析變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用

崔祖濤 董赫倫

摘 要：文章介紹了變頻調(diào)速技術(shù)核心部件的工作原理，指出了變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在國內(nèi)外火電廠的發(fā)展現(xiàn)狀，從理論上分析了采用變頻調(diào)速技術(shù)如何節(jié)能，并用具體案例說明了節(jié)能效果，對變頻調(diào)速技術(shù)未來給予展望。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；火電廠；節(jié)能

1 變頻調(diào)速技術(shù)概述

變頻調(diào)速技術(shù)以變頻調(diào)速系統(tǒng)作為實(shí)際應(yīng)用，其核心部分是變頻器和控制器。其系統(tǒng)的工作原理是根據(jù)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與其輸入頻率具有一定的比例關(guān)系，這樣通過改變電動機(jī)頻率值進(jìn)而改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速。下面對其核心部分進(jìn)行簡要概述。

1.1 變頻器

變頻器的主要作用是將所接收的參數(shù)為380V、50Hz三相電源轉(zhuǎn)換為可調(diào)節(jié)頻率的三相電源。根據(jù)變頻器的變頻的原理可將變頻器分為直接變頻和間接變頻兩種形式。直接變頻的形式為交-交變頻；間接變頻的形式為交-直-交變頻。所謂的間接變頻就是將交流電通過整流器后變?yōu)橹绷麟姡笤偻ㄟ^逆變器作用后調(diào)制成為頻率可調(diào)的交流電。

1.2 控制器

控制器產(chǎn)生脈寬調(diào)制波形，驅(qū)動變頻器的功率開關(guān)管，得以輸出正弦三相交流電，從而使電動機(jī)在規(guī)定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。通過脈寬調(diào)制方法改變矩形脈沖的寬度就可以達(dá)到控制逆變器輸出的交流基波電壓幅值目的，通過調(diào)整調(diào)制矩形脈沖波形的頻率就能達(dá)到控制交流基波電壓的頻率目的，這樣實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速對電壓和頻率協(xié)調(diào)控制的要求。變頻控制器通過單片機(jī)等設(shè)備進(jìn)行軟件編程實(shí)現(xiàn)其控制功能。

2 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

節(jié)能降耗是火電廠降低其運(yùn)行成本的重要措施。發(fā)電煤耗和廠用電率兩個參數(shù)是考核火電廠節(jié)能降耗工作的重要指標(biāo)。在火力電廠所使用的動力設(shè)備中，泵和風(fēng)機(jī)是廠用電耗電大戶。隨著時代的發(fā)展，各個行業(yè)用電要求也在提高，各個電廠的調(diào)峰力度加強(qiáng)，這樣導(dǎo)致了火電廠設(shè)備的負(fù)荷變化范圍變大，為了能夠使得火電廠在正常狀態(tài)下工作，對火電廠泵和風(fēng)機(jī)等輔機(jī)的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)是有效措施。節(jié)流調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)對流量的改變，其原理是使用節(jié)流閥改變管道的通流阻力，但是采用這種方法并不能改變驅(qū)動源的輸出功率，造成能源大量浪費(fèi)。電力行業(yè)正在進(jìn)行競價上網(wǎng)、廠網(wǎng)分開等方面的改革。只有降低火電廠的廠用電率和發(fā)電成本，才能提高火電廠自身的競爭實(shí)力。

在國外已把變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在火電廠的輔機(jī)上，并且取得了很好的節(jié)能效果?；鶉鴥?nèi)許多火電廠開始探索新的技術(shù)，變頻技術(shù)便是其中一種。華能新華火電廠引用美國羅賓康復(fù)無諧波頻率器件的負(fù)壓風(fēng)機(jī)，節(jié)電率達(dá)到27%～67%；山東黃島火力發(fā)電廠送風(fēng)機(jī)引用美國羅克韋爾AB1557的變頻裝置后，年度節(jié)電可以達(dá)到3.4×106kW·h，效益可觀。四川華蓉山火力發(fā)電廠引用國產(chǎn)的變頻裝置，節(jié)電效果達(dá)到45%～67%。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠應(yīng)用的節(jié)能原理

軸功率是泵和風(fēng)機(jī)的重要參數(shù)，在實(shí)際工況點(diǎn)的軸功率值的大小直接反映設(shè)備消耗電能的多少。在火電廠內(nèi)部系統(tǒng)的制粉系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)中有大量的泵和風(fēng)機(jī)應(yīng)用，這都要消耗大量的電能，下面就影響泵和風(fēng)機(jī)軸功率的因素進(jìn)行分析。

以水泵為例，泵的軸功率可用下式表示：

P=■kW （1）

式中：H-揚(yáng)程，單位m；Q-流量，單位m3/h；？籽-水密度，單位kg/m3，由于泵在實(shí)際運(yùn)行中可將水視為不可壓縮流體，故為常數(shù)。

從上式中看出，水泵的軸功率與揚(yáng)程和流量有關(guān)。如圖1所示，橫軸表示流量，縱軸表示水泵揚(yáng)程，采用節(jié)流調(diào)節(jié)時，當(dāng)水泵的流量由轉(zhuǎn)速在n1狀態(tài)下的工況點(diǎn)M1對應(yīng)的流量Q1減少到工況點(diǎn)M2對應(yīng)的流量Q2時，水泵的功耗面積由H1M1Q1O變化到H2M2Q2O，從圖中看出，兩個工況點(diǎn)功耗相差不多。當(dāng)采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)時，水泵的流量由轉(zhuǎn)速在n1狀態(tài)下的工況點(diǎn)M1對應(yīng)的流量Q1減少到轉(zhuǎn)速在n2狀態(tài)下工況點(diǎn)M3對應(yīng)的流量Q2，水泵的功耗面積由H1M1Q1O變化為H3M3Q2O，從圖中看出，采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)時節(jié)能效果明顯。

圖1 水泵的特性曲線

傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)在實(shí)際過程中改變了通道的流通阻力，但是操作過程驅(qū)動源本身的輸出電功率沒有改變，進(jìn)而造成了能源的浪費(fèi)。泵與風(fēng)機(jī)設(shè)備存在相似定律：

■=■■■■ （2）

式中：？籽-工質(zhì)密度，對于不同工況點(diǎn)為同一值；D-設(shè)備葉片直徑，對于同一設(shè)備其值不變；n-設(shè)備在不同工況點(diǎn)的轉(zhuǎn)速。

由相似定律可知采用變頻器對泵和風(fēng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，可以達(dá)到軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。

4 案例分析

某電廠功率為230kW電動水泵，使用1臺300kVA變頻器調(diào)速，其節(jié)能效果如表1所示。

表1 泵調(diào)速實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過上表數(shù)據(jù)，采用變頻調(diào)節(jié)功耗是節(jié)流調(diào)節(jié)功耗的29%，因此變頻調(diào)節(jié)比傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)要節(jié)約能源。

5 結(jié)束語

通過實(shí)際應(yīng)用表明，用變頻調(diào)速替代傳統(tǒng)的擋板或閥門的控制，可以達(dá)到節(jié)能目的，并且經(jīng)濟(jì)效益可觀。變頻調(diào)速技術(shù)在火電廠應(yīng)用的前景是非常廣闊的。

參考文獻(xiàn)

[1]郭立軍，何川.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：中國電力出版社，1997.

[2]楊慶柏，高紅.變頻調(diào)速技術(shù)及其在火電廠中的應(yīng)用[J].東北電力技術(shù)，2002（5）：50-52.

作者簡介：崔祖濤（1985-），男，河南開封，現(xiàn)工作于新疆工程學(xué)院，大學(xué)本科學(xué)歷，研究方向：鍋爐燃燒，職稱：初級。