熱電廠鍋爐高壓變頻節能技術改造分析

劉立斌

天壕環境寧夏節能投資有限公司

熱電廠鍋爐高壓變頻節能技術改造分析

劉立斌

天壕環境寧夏節能投資有限公司

據統計，我國的高耗能和高污染行業集中在電力、石化、冶金、礦業行業中，而這些企業電能的消耗大多數都是在高壓大功率的三相交流電動機上。三相交流電動機的消耗約占整個企業電能的65～75%，因此，高壓電動機的節能對于生產企業來說非常重要。文章以熱電廠鍋爐風機為研究目標，探討熱電廠鍋爐風機高壓變頻節能技術改造的需求、原理和方案。

熱電廠；鍋爐風機；高壓變頻節能

1 熱電廠鍋爐風機現狀

通過分析鍋爐風機原理可知，隨著鍋爐負荷的變化，二次風機的調節較為頻繁。而如今大部分鍋爐風機是全頻運行的模式，即無法改變風機的運行功率，是在風機出風口設置擋板，當需要對風量進行調節時，通過調節擋板開合度來實現。這樣的運行模式，導致二次風機在進行調節時，很大一部分的風力被擋板消耗，甚至產生的回流風再次抵消掉一部分風力，造成電力的大量浪費。據統計，鍋爐風機的耗電量占熱電廠總耗電量的45% 左右，而擋板調節的方式，使得鍋爐高負荷時風機浪費的電力約為25%，鍋爐低負荷時風機浪費的電力達到了75%。

2 高壓變頻技術

所謂高壓變頻技術，是通過調節電壓的輸出，控制風機的實際功率，從而進一步控制風機的轉速，調節風機風量，在風機中應用高壓變頻技術，就可以使得出風口的擋板完全打開，利用變頻技術從源頭調節風機的風量輸出。風機的電機轉速公式為：n=(1-s)n0，n0=60f/p。其中n為實際轉速，n0為理論轉速，s是轉差率，f是電機的運行頻率(60是60s)，p是電機極對數。由轉速公式可看出，在不考慮轉差率s的情況下(s=0～0.05)，電機的實際轉速n=60f/p，即n 與f是成正比例相關的，n的值會隨著f的增加而增加，隨著f的減少而減少，所以控制功率的輸出，來調節f的值，就能夠完成對電機轉速n的調節。

HARSVERT-A系列10KV高壓變頻調器共有21個功率單元，每7個功率單元串聯構成一相。每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其電路結構如圖1所示，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側為二極管三相全橋。通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制。輸入側由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為3組，構成42脈沖整流方式，這種多級移相疊加的整流方式，可以大大改善網絡的電流波形，使其在負載下網側功率因數接近1。

輸出側由每個單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電動機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，這種波形正弦度好，d*/d+小，可減少對電纜和電動機的絕緣損壞，無需輸出濾波器就可以使輸出電纜有很長的長度，電動機不需要降額使用，可直接用于舊設備的改造。同時，電動機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應力。

當某一個單元出現故障時，通過將繼電器K閉合，可以將此單元旁路出系統而不影響其它單元的運行，變頻器可持續降額運行。如此，可減少停機造成的損失。

3 鍋爐送風系統變頻改造

3.1 問題

克拉瑪依石化公司熱電廠目前廠用電率約為19%，較之同類電廠偏高，主要原因是廠用輔機運行效率低下，其中風機耗電量約占熱電廠用電的25%～30%。熱電廠2#鍋爐為東方鍋爐廠生產的DG-130/3.82-4型、中間倉儲式制粉系統、煤氣混燃鍋爐，配置2臺G4-73-11NO12D型送風機(電機容量220kW，設計風量71200m3/h)，2臺引風機。送風機是熱電廠主要用電設備，設計采用定速電機帶動送風機，通過擋板調節送風量，以適應機組負荷變化，鍋爐送風系統在運行過程中存在以下問題。(1)擋板調節導致風道壓流損失嚴重，風速較大時，會產生擋板的沖擊損耗。(2)擋板動作遲緩，手動時不易操作，操作不當會造成送風機振動，難以達到最佳調節狀態。(3)送風機擋板執行機構為大力矩電動執行器，故障較多，不適應長期頻繁調節，使送風系統一直不能投入自動運行，無法實現氧量自控。

3.2 改造

基于熱電廠廠用段電壓為10KV，參考其他燃煤電廠變頻調速改造方案(表1)，最終選擇目前燃煤電廠應用較多的高壓方案(保留原有10KV電機)，在電機與開關之間增加一套高壓變頻裝置，保留原有工頻回路做為旁路。該方案無需升降壓變壓器，功率器件在電網與電機之間直接構建變換器。變頻系統由高壓變頻器、整流變壓器、電機和開關組成，選用北京利德華福電氣技術有限公司的HARSVERT-A06/035型變頻器，變頻器輸入電壓為6000V，額定功率為220kW，額定電流為35A。

(1)2#鍋爐2臺送風機變頻改造前后半年內的耗電量、產汽量及單位噸汽平均耗電量統計見表2，可見變頻改造后在生產相同蒸汽量情況下，送風機耗電量大幅較小。改造后半年時間共計產汽414412t，若以改造前單位噸汽平均耗電量1.5883kW·h計算，則節約耗電量為213505.06kW·h，以下網電價0.414元/(kW·h)計算，改造后半年時間內2#鍋爐2臺送風機僅耗電量一項就節約電費8.84萬元。

(2)2# 鍋爐送風機變頻改造后半年時間內，1#～3# 鍋爐產汽量、送風機耗電量及單位噸汽平均耗電量統計見表3，可見，在1#～3# 鍋爐產汽量基本相同情況下，2# 鍋爐2 臺送風機耗電量明顯小于工頻運行的1#、3# 鍋爐送風機耗電量。

4 在給水泵中的應用意義

變頻器調速的工作原理是將交流電順變成直流電，平滑濾波后再經過逆變回路，將直流電變成不同頻率的交流電，使電動機獲得無級調速所需要的電壓和頻率，從而直接改變和控制電動機的軸功率。鍋爐系統變頻改造后，效率穩定在一個較理想范圍內，電機能耗明顯降低。實現鍋爐氧量自控，為優化燃燒、提高鍋爐效率提供可靠保證，另外消除了電機因啟停產生的慣動量對設備的機械沖擊，減少了機械部分的磨損和振動，延長了風機檢修周期，節省了維護費用。

[1]元東旭.旺隆熱電廠鍋爐風機系統的節能改造技術研究[D].華南理工大學，2015.

[2]陳偉玲.熱電廠鍋爐風機高壓變頻節能技術改造分析[J].硅谷，2014，15：141+127.