循環(huán)流化床鍋爐一次風機變頻節(jié)能改造

曹汝鵬　彭濤

【摘 要】發(fā)電企業(yè)的節(jié)能改造是一項長期工作，降低大電機的電量消耗，節(jié)省廠用電量是降低發(fā)電成本的一種方法。本文介紹了循環(huán)流化床鍋爐一次風機應用內(nèi)反饋斬波調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能改造方案及效果分析。鍋爐一次風機在設計中必須保證一定的余量（保險系數(shù)），比實際應用的容量要大的多，再加上生產(chǎn)需要調(diào)節(jié)要求，在運行中都要進行負荷的調(diào)節(jié)，風機的流量也要跟隨進行調(diào)節(jié)。

【關鍵詞】變頻器 內(nèi)反饋斬波調(diào)速 比較 節(jié)能改造

我公司二電廠的#1、#2循環(huán)流化床鍋爐一次風機采用的是傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式，即風門節(jié)流調(diào)節(jié)。由于這種調(diào)節(jié)方式僅僅是改變通道的流通阻力，而驅(qū)動源的輸出功率并沒有改變，增加了電能的消耗，致使生產(chǎn)用廠用電率高，廠用電率不易降低。另外電機全速方式運行，長期采用風門擋板調(diào)節(jié)，增加了電機的負荷與風箱通道的損耗，因此選擇一種變頻調(diào)速方式在實際生產(chǎn)發(fā)電中非常關鍵，如果改變電機的轉(zhuǎn)速滿足生產(chǎn)，不但提高了風機的運行效率，降低廠用電量，還使電機和風機運行平穩(wěn)，降低電機發(fā)熱，風機振動，風箱磨損的情況。并且可以節(jié)約很多的電量。

1 高壓變頻器與內(nèi)反饋斬波調(diào)速的對比

發(fā)電廠輔機電動機的經(jīng)濟運行，直接關系到廠用電率的高低。降低廠用電率，降低發(fā)電成本提高電價競爭力，已成為各發(fā)電企業(yè)努力追求的經(jīng)濟目標。所以公司決定對二電廠#1爐一次風機先進行節(jié)能改造。首先是優(yōu)選調(diào)速方案，對于三相異步電動機可以分為鼠籠式交流異步電動機和繞線式交流異步電動機，電機調(diào)速實際是控制電機機械功率，電機轉(zhuǎn)速與機械功率成正比。改變機械功率的原理有兩種，一種是電磁功率控制，另一種是損耗功率控制。調(diào)速的原理相同，但調(diào)速的方法不同。目前高壓電機調(diào)速方法有高壓變頻調(diào)速與內(nèi)反饋斬波調(diào)速。

1.1 高壓變頻調(diào)速優(yōu)缺點分析

近年來，各種高壓變頻器不斷出現(xiàn)，高壓變頻器到目前為止還沒有像低壓變頻器那樣近乎統(tǒng)一的拓撲結(jié)構。根據(jù)高壓組成方式可分為直接高壓型和高—低—高型，根據(jù)有無中間直流環(huán)節(jié)來分，可以分為交—交變頻器和交—直—交變頻器，在交—直—交變頻器中，按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，可分電壓源型和電流源型。以下是圖1高壓變頻器的優(yōu)缺點：

高壓變頻器是由高壓母線輸入，通過變頻器改變頻率后再用高壓輸出到高壓電動機，變頻器控制功率要大于整個電機功率的1.5倍以上，所有元器件必須能承受大電壓和大電流，這使得可靠性降低，系統(tǒng)造價高，維護成本高。對于使用環(huán)境需要安裝在環(huán)境很好的空調(diào)房，或者整組柜子配備空調(diào)，不適合在鍋爐零米風機處和環(huán)境灰塵較大、溫度較高的場所安裝使用。高壓變頻器不設計獨立的軟起動裝置，是靠變頻器從0轉(zhuǎn)數(shù)到100%轉(zhuǎn)數(shù)來起動電機的，一旦變頻器故障，也就沒有了軟起動，電機再需要起動，還要配額外的軟起動裝置，而不用軟起動裝置，對大功率電機直接起動也較困難，對電機的沖擊也很大。高壓變頻器功率電路采用標準模塊化設計，更換簡單，所用器件在國內(nèi)采購也比較容易。采用低壓IGBT作為逆變元件，與采用高壓IGBT的三電平變頻器相比，功率元件數(shù)目較多，但技術上較成熟。與采用高壓IGCT的三電平變頻器相比，功率元件數(shù)目較多，但總元件數(shù)目卻較少，因為IGCT需要非常復雜的輔助關斷電路。由于整流變壓器與功率模塊的連線較多，因此變壓器不能與變頻器分開放置，在空間有限的場合不是很靈活。在諧波的要求上輸入諧波對電網(wǎng)的影響和輸出諧波對電機的影響等問題，使其應用受到限制。而且變頻器的性能與電機的參數(shù)有關，通用性差，電流的諧波成分大，污染和損耗較大，且共模電壓高，對電機的絕緣有影響。

1.2 內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置的優(yōu)缺點分析

如圖2，內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置是從高壓電動機的低壓轉(zhuǎn)子三相進行調(diào)速的，是直接改變電動機的轉(zhuǎn)子電流來改變電動機轉(zhuǎn)數(shù)，其控制功率只為電機功率的25-30%左右，系統(tǒng)小，造價低，是用低壓控制高壓電動機，同樣是用進口的高壓大功率IGBT模塊，使用在低壓控制上可靠性更高。對于使用環(huán)境要求不高，可以再鍋爐風機附近設置調(diào)速裝置柜，不需要專用的空調(diào)進行冷卻。裝置柜較小，一般在3米左右，占地面積比高壓變頻裝置柜小很多。內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置具有電網(wǎng)電源快切（母連切換）的保護功能，裝置在調(diào)速過程中兩個高壓電源快速切換時，調(diào)速系統(tǒng)能保持原調(diào)速狀態(tài)，不會轉(zhuǎn)入全速壯態(tài)，保證裝置能正常調(diào)速運行。

裝置其本身即配備獨立的液態(tài)軟起動裝置，即使內(nèi)饋斬波調(diào)速故障時，也可以用獨立的液態(tài)軟起動隨時連續(xù)并多次對電機進行軟起，并且起動電流小于電機額定電流的1.5IN。調(diào)速裝置突然故障時，電機自動轉(zhuǎn)為工頻運行，通過液態(tài)電阻，使電流緩慢增大，是在調(diào)速狀態(tài)基礎上使電機轉(zhuǎn)速逐漸升到額定轉(zhuǎn)速，過度時間約30秒可調(diào)。該功能使電機轉(zhuǎn)全速時，不會產(chǎn)生沖擊電流，不會使電機電流超過電機額定電流，使電機電流緩慢上升到電機額定電流，不會使高壓開關柜的真空斷路器保護跳停，避免停產(chǎn)或設備意外事故發(fā)生。不會使電機瞬間轉(zhuǎn)為全速，不會使風機的風壓風量變化太快，造成鍋爐熄火。電機電流緩慢上升到電機額定電流，使電機緩慢轉(zhuǎn)為全速，對電機無沖擊，保證了電機滑環(huán)運行安全及生產(chǎn)安全。電機在負載運行下從原調(diào)速的轉(zhuǎn)速上逐漸升到全速，使爐膛負壓不會大幅度變化導致鍋爐燃燒不穩(wěn)定或者熄火。該裝置對于電機有要求，需要選用專用的繞線式內(nèi)反饋電機。需更換原有的YKK電機，增加了總體造價。

2 節(jié)能改造

通過以上對高壓變頻器調(diào)速和內(nèi)反饋斬波調(diào)速的調(diào)速的安全性、可靠性、穩(wěn)定性、節(jié)能效率及性價比的分析對比，結(jié)合我公司二廠#3鍋爐一、二次風機使用內(nèi)反饋斬波調(diào)速的運行情況，并且原#3爐的一、二次風機均采用內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置，裝置在現(xiàn)場運行良好穩(wěn)定，改造投資也比高壓變頻器投資較少，運行維護也簡單方便。考慮到不具備另建變頻器配電室的條件，最終決定在鍋爐零米風機附近使用內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置進行節(jié)能改造。如圖3。

使用原有風機開關及高壓電纜即可。低壓部分從斬波柜到電機轉(zhuǎn)子，需要一根低壓電纜。從逆變柜到電機反饋繞組，需要一根低壓電纜。施工時間較短，利用鍋爐倒換時間即可完成改造，基本不影響發(fā)電運行。

3 效果對比

通過以上表格對比可見，鍋爐一次風機改造后的節(jié)電效果還是很明顯的，針對本地區(qū)電網(wǎng)要求和我公司二廠鍋爐年平均負荷的運行情況看，節(jié)電效果和間接經(jīng)濟效益比較明顯。

4 結(jié)語

內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置設備運行穩(wěn)定，節(jié)能效果明顯，不但操作方便，易于維護，一般技術人員經(jīng)過短時間培訓就能掌握；可靠性較高，即使故障也保證電機全速運行而且故障修復容易。實踐證明，斬波調(diào)速裝置用于風機類設備驅(qū)動控制場合取得了顯著的節(jié)電效果，是一種很好的調(diào)速控制方式。既提高了設備效率，又滿足了生產(chǎn)要求，因而大大減少了設備維護、維修費用，還降低了運維工作量。直接和間接經(jīng)濟效益十分明顯。

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作者簡介：曹汝鵬（1978—），男（漢），內(nèi)蒙古滿洲里人，電氣工程師，現(xiàn)就職于興安熱電公司；彭濤（1971—），男（漢），四川都江堰人，電氣工程師，主要研究方向：運行管理，現(xiàn)就職于興安熱電公司。