垃圾電廠風機水泵變頻節能改造

唐楠

摘 要：文中以某垃圾電廠風機水泵變頻節能改造項目為例，闡述了鍋爐風機水泵節能改造的必要性和可行性，并以工程實例說明了風機水泵變頻改造的過程，說明了變頻改造后風機系統的經濟性和可靠性。

關鍵詞：垃圾電廠；鍋爐；風機；水泵；變頻器；節能

杭州錦江集團吉林省某垃圾發電廠始建于2000年，于2011改建為垃圾電廠，是一座老電廠，共有4臺鍋爐，3臺機組，總裝機容量達27兆瓦。2011年該垃圾發電技改項目增加2臺鍋爐和一臺15兆瓦的3號機組，并成功實現并網。該垃圾發廠電是在老電廠的基礎上改造的，2011年該改造項目順利完成并成功并網發電。該電廠擁有兩臺500t/d鍋爐和兩臺650t/d鍋爐，共4臺鍋爐，三臺發電機組總裝機容量為27兆瓦。2016年，本人受公司委派，對該公司的四臺鍋爐部分風機和水泵進行變頻節能改造。

1 電廠鍋爐風機水泵變頻節能改造必要性分析

（1） 從風機運行狀態分析。

隨著電力行業改革的深化，社會對環保重視程度提升，節能減排，減少廠用電，減少發電的成本，提高電價的競爭力，是電廠提高經濟效益的主要方法。該垃圾發電廠使用循環流化床鍋爐，風機和水泵是主要用電設備，容量和耗電量都大。其次，風機水泵都為持續運行并且通常情況下處于低負荷或者動態負荷運行狀態，節能空間很大。該電廠廠用電一般占電廠總發電量的23.2%，而風機、水泵等負載約占了電廠用電量的三分之一，電壓等級6kV 以上的風機、水泵等輔機設備耗電量至少占有其中九成。因為這些設備用擋板控制風量，因此實際運行效率很低，能耗巨大。設計時用最大需風量和風壓來選取電機型號，因此冗余量非常大，一般風量裕量在10%～20%，風壓裕量在10%。流化床鍋爐的引風機、送風機、二次風機、功率大，運行時間長，所以節能潛力非常大。其他的比如給水泵，也有非常大的節能空間。因此對該電廠的循環流化床鍋爐風機水泵等設備進行節能變頻改造，是當前該電廠節能降耗的有效技術手段，也是提高該電廠能源利用率，實現經濟增長方式轉變的必然要求。

（2） 在風機控制方式上分析。

風機以前的風量調節方法是調節入口或出口的擋板閥門開度，從而調節流量，調節壓力，這是一種能耗大、經濟效益差、設備機械損壞大、維修率高，修理難度大、維護費用高，相對落后方法。還存在下列問題：

a.運用用擋板開度調節風量，很大一部分能量損失在擋板截流過程中。對風機而言，最適合的節能方法是用調節電機轉速來調節風量。因為風機一般都是平方轉矩負載，軸功率和轉速一般是立方關系，因此風機轉速減小的時候，耗能量也大大減小。

b.高度流動的介質對閥門和擋板及管道有很大的沖擊力，導致設備損壞很大。

c.擋板開合延時嚴重，手動設備操作難度大，如果操作人員經驗不夠還會使風機震動。擋板閥門控制方法一般用力矩較大的電動控制器，經常出現故障，不符合長期頻繁調節的要求，動態性能也非常不理想。

d.異步電機直起起動電流通常為電機額定電流的6 8 倍，同時產生大量諧波，對電網沖擊大，電機發熱嚴重，巨大的沖擊轉矩還縮短了電機和風機的使用壽命。

所以，我公司對該垃圾電廠鍋爐風機進行了變頻節能改造。

2 垃圾電廠風機節能改造實施過程

（1） 變頻控制分析。

a.變頻控制可以節省原損失在擋板調整風量過程中的大量能耗，提高了經濟效益。

b.采用變頻控制，實現電機軟起動，減少對電網的沖擊，大大減小了機械負載的沖擊，同時保證了風機的使用壽命。與此同時，采用變頻控制后，無功功率經過變頻器直流環節中的濾波電容進行了瞬時補償，同時變頻器的輸入功率因數可達到0.95以上。和電機工頻啟動相比，功率因數得到明顯提高，此效果在低速電機中更加明顯。實現變頻控制后，水泵和風機會長時間在額定轉速下運行，設備損耗明顯減少。

c.采用變頻控制，電機運行構成閉環控制同時自動調節運行速度，輸出的電流信號輸送至變頻器，運用變頻器控制電機轉速，可穩定調節風量、流量，線形效果好，電機響應快，機組可在更穩定且相對能耗低的狀況下運行。

該垃圾發電廠，4臺爐每臺爐鈞配備引風機一臺，送風機一臺，一次風機一臺。根據測算情況，改造4臺二次風機，2臺一次風機，3臺引風機和一臺一拖二給水泵，項目完成后經過統計節電效果明顯。

上述情況鈞為直接節能效益。與此同時，風機水泵實現了軟啟動，增加了機組使用時間的同時節省了設備維護費用，提高了系統的自動化水平。

（2） 主回路改造。

系統電路改造后。變頻器旁路功能可在變頻器故障時將風機切換到工頻運行，從而保證電廠正常生產；變頻器工頻與變頻運行相互聯鎖的，以保證電路安全運行，同時，互鎖可以避免工頻電源反送至變頻器輸出端子，可保證電路安全。

（3） 控制回路改造。

變頻器控制系統包括主控制器、單元控制器、功率單元控制部分、輔助部分。老系統用DCS系統控制風機的啟停及擋板開度，變頻改造后仍然運用原控制系統，并且對原系統稍加改造，實現對變頻器的控制。改造后完成后，變頻器可實現就地或者遠程控制。將變頻器控制系統和修改后的DCS 系統連接后，通過操作DCS系統可實現對變頻器啟停、復位及頻率等各種控制；在DCS 系統上可以監測到變頻器電機的運行參數、設備故障等信息；同時可在鍋爐運行下實現風機工頻變頻的無擾切換。

3 風機變頻節能改造效果分析

該垃圾電廠各爐在設計時，其風機電機和風機的選型偏大，所以在選配變頻器時，是按照各爐風機的長期運行工況以及電流進行配置。同時由于垃圾電廠燃料的不穩定性，就造成了不同工況下對風機的風量要求也不同，例如垃圾含水量大，垃圾熱值低的狀況下，風機的電流比較大，反之，風機的電流相對較小，所以該垃圾電廠變頻調速系統的運行的穩定性有很高的要求。蘇州匯川技術有限公司系列高壓變頻調速系統運用自有專利技術和抗短路技術，對引風機和各類電機的穩定運行提供了有力保障。項目完工后，本人組織電廠與第三方對該垃圾電廠改造的風機及水泵就節電率進行了統計驗收。對改造前、后的相關數據進行了比較精確的統計。

經過數月統計對比測算，二次風機變頻器節電率可達25%，給水泵變頻器節電率可達15%，一次風機變頻器節電率可達10%，引風機變頻器節電率可達30%，按變頻器最少年運行時間6500小時計算，年節電314.6萬度，按1萬千瓦時折合2.88噸標煤計算，年節約標煤量在1000 噸左右。

4 結語

改造前后對比表明，運用變頻技術對高能耗用電設備進行調速改造，能直接降低廠用電、減少電耗煤耗、從而增加上網電量，并且對設備的安全可靠運行、延長設備壽命都起到了積極的作用。