風(fēng)機(jī)變頻改造節(jié)能技術(shù)在火電廠的應(yīng)用研究

楊清 李連閣

1.平頂山姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司熱工設(shè)備檢修部爐控班467031；2.海口中電環(huán)保發(fā)電有限公司571924

本文主要研究風(fēng)機(jī)變頻改造技術(shù)在火電廠的應(yīng)用，分析了風(fēng)機(jī)能耗組成與變頻節(jié)能原理，并以某火電廠風(fēng)機(jī)機(jī)組變頻改造工程實(shí)際為例，對(duì)變頻風(fēng)機(jī)在火電廠中的應(yīng)用進(jìn)行了討論。

一、風(fēng)機(jī)能耗

風(fēng)機(jī)是火電廠非常重要的設(shè)備，耗電量超過(guò)廠用電的30%，現(xiàn)階段，火電廠風(fēng)機(jī)多采用調(diào)節(jié)擋板、閥門(mén)開(kāi)度的調(diào)節(jié)方式控制風(fēng)量，這種調(diào)節(jié)方式下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率不隨著風(fēng)量變化而變化，造成了大量的能耗損失，在火電廠風(fēng)機(jī)中引入變頻技術(shù)，是降低火電廠風(fēng)機(jī)能耗的有效措施。風(fēng)機(jī)節(jié)能改造首先要了解風(fēng)機(jī)能耗的實(shí)際情況。

（一）風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)容量

為了保證動(dòng)力源的安全性，火電廠風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)容量往往都有著較大的富余，尤其是引風(fēng)機(jī)和配套電機(jī)容量都很大，導(dǎo)致機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，風(fēng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)性能曲線高效率點(diǎn)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率偏低。

（二）風(fēng)機(jī)啟動(dòng)

直接啟動(dòng)風(fēng)機(jī)電機(jī)，啟動(dòng)瞬間電流會(huì)上升到額定電流的6-7倍，啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的機(jī)械沖擊以及電流沖擊都會(huì)影響電機(jī)設(shè)備，導(dǎo)致電機(jī)設(shè)備使用壽命下降，誘發(fā)故障，降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率。

（三）運(yùn)行調(diào)節(jié)

鍋爐負(fù)荷如果發(fā)生變化，則鍋爐給煤、水、風(fēng)量均需要進(jìn)行調(diào)整，傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)量調(diào)整一般通過(guò)風(fēng)門(mén)擋板的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整靜葉角度改變風(fēng)量。

這樣的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式存在著調(diào)節(jié)精準(zhǔn)度不高，反應(yīng)相對(duì)緩慢，風(fēng)機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)跟不上機(jī)組負(fù)荷變化的問(wèn)題，而且縮小風(fēng)門(mén)開(kāi)度，會(huì)增加風(fēng)門(mén)的阻力損失，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)整體運(yùn)行效率下降，但是輸入功率卻沒(méi)有隨之降低，增加了能耗。

（四）喘振

一些風(fēng)機(jī)有著相對(duì)平穩(wěn)的性能下降曲線，但是上升階段并不穩(wěn)定，在一些工作區(qū)間會(huì)發(fā)生喘振，流量出現(xiàn)了大幅度的周期性變化，產(chǎn)生較大的振動(dòng)與噪聲，留下了很大的安全隱患，同時(shí)也增加了風(fēng)機(jī)能耗。

二、變頻調(diào)速節(jié)能原理

交流發(fā)電機(jī)輸出功率公式：

P=Mz·ω（1）

其中，Mz-電動(dòng)機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩；

ω-電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)角頻率；

風(fēng)機(jī)變轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性Mz∝kω2，也即P∝kω3，k是一定輔助設(shè)備條件下的常數(shù)。因此，交流異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，可以通過(guò)改變輔助設(shè)備轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)一步改變風(fēng)量。

異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：

n=60f（1-s）/p（2）

其中，f-電源頻率；

S-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；

P-電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。

確定電動(dòng)機(jī)之后，s與p均為常數(shù)，表示特定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電源頻率成正相關(guān)，因此電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可通過(guò)改變供電頻率來(lái)調(diào)整。

三、火電廠風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能改造

以某火電廠風(fēng)機(jī)變頻技能改造工程實(shí)際問(wèn)題，給出了一個(gè)火電廠風(fēng)機(jī)變頻電機(jī)控制電路結(jié)構(gòu)與改造方案，經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行認(rèn)為能夠大幅度降低風(fēng)機(jī)電機(jī)能耗，同時(shí)提高了風(fēng)量調(diào)節(jié)的靈敏度、速度與穩(wěn)定度。

（一）電路結(jié)構(gòu)

大容量傳動(dòng)變頻風(fēng)機(jī)技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的是直接高壓交-直-交型變頻器，單元串聯(lián)多電平電壓源型變頻器使用幾個(gè)變頻功率單元串聯(lián)直接輸出高壓，電網(wǎng)電壓接入二次側(cè)多重化隔離變壓器，降壓之后作為工作電源，采用三相輸入，單相輸出的逆變方式，串接相鄰功率單元，構(gòu)建Y型電路連接結(jié)構(gòu)，直接輸出變壓變頻高壓給風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。為了抑制諧波電流輸入，輸入變壓器采用十五繞組輸出多重化方案。因?yàn)殡妷涸葱蜑槎O管整流，因此需要加設(shè)濾波電容提供電動(dòng)機(jī)所需無(wú)功功率，從而保持風(fēng)機(jī)較高的功率因數(shù)，一般都在0.95以上，無(wú)需額外增加無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。逆變器為多電平移相輸出，輸出接近正弦波，由于電平臺(tái)階尺度接近單元直流母線電壓，因此dv/dt很小，不會(huì)給電動(dòng)機(jī)絕緣帶來(lái)很大的沖擊，而使用多電平移相PWM增加了輸出電平數(shù)，也提高了有效輸出開(kāi)關(guān)頻率，改善了輸出波形，減少了對(duì)電網(wǎng)的諧波輻射，也有效緩解了電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、噪聲以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等問(wèn)題，降低了風(fēng)機(jī)電機(jī)門(mén)檻，可以使用普通3kv、6kv電動(dòng)機(jī)，甚至也可以使用原有電動(dòng)機(jī)，無(wú)需限額。

（二）改造方案

1.變頻風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)

某火電廠燃煤鍋爐正常運(yùn)行狀態(tài)下?tīng)t膛負(fù)壓需控制在-20--50Pa范圍內(nèi)，保持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定對(duì)鍋爐運(yùn)行效率與安全性有著很大影響。負(fù)壓調(diào)節(jié)器接受負(fù)壓信號(hào)以及送風(fēng)流量信號(hào)，根據(jù)內(nèi)置算法調(diào)整執(zhí)行部件輸出頻率，通過(guò)風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)供電電源變頻器改變風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速率從而調(diào)整風(fēng)量。相比于原有的控制系統(tǒng)，在運(yùn)行操作方式方面基本不變，但是風(fēng)量變化的控制從改變風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度轉(zhuǎn)變?yōu)楦淖冿L(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低了風(fēng)機(jī)電機(jī)能耗。

2.吸風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)

6kv電源母線連接輸入開(kāi)關(guān)接入吸風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，隔離輸入側(cè)，減少給電網(wǎng)造成的諧波污染，工作電源變頻調(diào)制輸出驅(qū)動(dòng)為單元串聯(lián)多電平PWM，通過(guò)該輸出驅(qū)動(dòng)控制吸風(fēng)量，為了進(jìn)一步提高吸風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，配置了不間斷工作UPS電源，如果是變頻器出現(xiàn)故障，可投切全壓常速工頻備用線路，保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性。

火電廠許多單元都有多個(gè)輔助設(shè)備，一般都接在電源總線上，在如鍋爐給水泵等輔助開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉瞬間電源總線電壓會(huì)大幅度下降，導(dǎo)致總線上的其他設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)都工作不正常，因此風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)器應(yīng)該具有足夠的抗電壓波動(dòng)能力，要求±15%以內(nèi)電壓波動(dòng)要能夠滿負(fù)荷輸出，15%電網(wǎng)電壓跌落低于35%，不超過(guò)30s時(shí)間之內(nèi)無(wú)欠壓保護(hù)，電網(wǎng)電壓正常之后能夠快速恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

（三）改造效果分析

引入風(fēng)機(jī)變頻技術(shù)之后，該火電廠的引風(fēng)機(jī)單能耗明顯下降，進(jìn)一步提高了引風(fēng)效率，風(fēng)量控制響應(yīng)速度更快，適應(yīng)負(fù)載的變化，大幅度降低了風(fēng)機(jī)能耗。變頻風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)電流強(qiáng)度也小于原來(lái)方案，電機(jī)能夠軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流對(duì)電機(jī)以及其他設(shè)備的沖擊以及啟動(dòng)力矩對(duì)電動(dòng)機(jī)主軸的機(jī)械沖擊更小，獲得了更高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和更加優(yōu)秀的調(diào)節(jié)線性度。變頻風(fēng)機(jī)通過(guò)對(duì)速度的調(diào)節(jié)能夠及時(shí)避開(kāi)喘振工作區(qū)間，從而降低了風(fēng)道振動(dòng)幅度，提高了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。

變頻調(diào)速技術(shù)在風(fēng)機(jī)控制中的應(yīng)用能夠顯著提高風(fēng)量控制的精度和響應(yīng)速度，同時(shí)在風(fēng)量需求下降時(shí)，風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，功率也隨之下降，從而大幅度減小了風(fēng)機(jī)電機(jī)電能消耗，對(duì)國(guó)家電力事業(yè)發(fā)展有著重要意義。

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