同達熱電廠增壓風機變頻改造的應用研究

郭建都

（山西彰電同達熱電有限公司，山西 大同 037057）

為了響應國家對于環境保護的要求，同達熱電廠對所有火電機組進行了脫硫裝置改造。作為脫硫煙氣系統的核心，增壓風機在工作時的穩定性和經濟性直接決定了發電廠的生產安全和經濟效益。增壓風機在工作時對風量的調整主要是通過對風機前端導葉開度的控制來實現的，在對導葉開度進行調整的過程中會產生極大的節流能量損失，且風機工作時的負荷越低其能量的損失越大、經濟效益越差。因此在2018年初公司組織對增壓風機進行變頻改造，降低風機在工作時的電能消耗，提升其工作時的可靠性和經濟性。經過觀測，風機改造后能夠根據機組運行情況自動調整風機的運行狀態，不僅穩定性得到了極大的提高，而且節能效果得到了極大的優化，目前已在同達熱電廠得到了全面推廣。

1 增壓風機改造前運行狀況

同達熱電廠共有3臺熱電機組，其脫硫系統采用了石膏—石灰石濕式脫硫除塵系統。該系統在熱電機組的出氣口處設置了一組增壓風機，發電過程中產生的煙氣經過增壓風機增壓后進入到交換器內進行降溫，最終經過脫硫后變為符合排放標準的煙氣。其整體結構如圖1所示。

圖1 火電廠煙氣處理系統結構示意圖

為了滿足脫硫需要，增加風機出口位置的氣體的壓力需要和鍋爐工作時的負荷呈一定的比例，因此增壓風機工作時的情況需要根據鍋爐工作負載情況變化而變化。由于增壓風機為靜調式風機結構，通過對前導葉片開度的調整來調節風機工作時的出口壓力，前導葉片的開度越小工作時出口壓力越大，開度越大其工作時出口處的壓力就越小[1]。經過對同達熱電廠脫硫裝置風機在2017年運行情況統計，發電機組在運行時，其低負荷狀態下運行的時間達到了總運行時間的45%以上，此時風機的前導葉開度只需達到30%即可滿足低負荷下鍋爐的運行要求，平均用電量達到了公司總用電量的5%左右。

2 增壓風機變頻改造方案

在對增壓風機進行變頻改造時，根據通達熱電廠的實際布局，以最小改動和最低投入為切入點，將該高壓變頻系統的一次交流電源從#5增壓風機的開關柜內引出，將該變頻控制系統的交流控制電源從#5增壓風機的開關柜事故保安段#3柜內引出，其直流控制電源可從#5增壓風機的開關柜內的DCS動力母線內引出，將用于變頻系統冷卻裝置的電源從控制車間的380V高壓電源處引出即可。其電氣接線原理如圖2所示[2]。

圖2 增壓風機變頻改造電氣接線原理圖

對增壓風機進行變頻改造后，系統可以根據風機的運行狀態自行進行變頻工作和工頻運行狀態的自動控制切換[3]。當系統在低負荷下運行時，變頻器啟動，控制增壓風機運轉；當系統在高負荷下運行時，系統控制閉合接觸器KM3同時斷開接觸器KM1，將其工作狀態調整為工頻運行狀態。

增壓風機變頻運行控制系統的界面如圖3所示[4]。

圖3 變頻風機運行界面示意圖

3 變頻增壓系統的應用效果分析

增壓風機在通過調整導葉開度來對風葉進行調節的時候會導致極大的節流損失，當應用變頻控制系統后風機在工作時的導葉開度處于全開狀態，基本上不會導致節流損失。利用該變頻控制系統分別對100MW、140MW、180MW、200MW風機工作時的節流損失進行分析，結果如圖4所示。

圖4 優化前后增壓風機的節流損失對比示意圖

由圖4可知，當在工頻狀態下工作時，機組的負荷越高，其工作時的節流損失越小，說明此時導葉的開口越大。當在變頻工況下，不管機組的負荷如何，其工作時的節能損失均保持在0.12kPa，特別是在低負荷工況下工作時，節流損失降到了約91.8%，節能效果十分突出。

變頻改造后，增壓風機的控制方式由最初的通過不斷改變導葉開度的方法來實現風壓調整轉變為了通過變頻器控制電流自動對風壓進行控制，有效地避免了導葉運轉過程中產生的卡阻、開度調整不到位的現象，大幅地降低了風機導葉機械運行的實際時間，提升了其工作壽命。

運行一年來的運行參數收集匯總如表1所示。由統計分析可知，同達熱電廠自實行變頻改造后全年節約電量約278.12萬kW·h，年節約電費約121.44萬元，取得了良好的經濟效益，而且增壓風機工作時的故障率由最初的4.1/百天，降低到了0.52/百天。

表1 變頻改造后全年用電節能情況統計

4 結 論

本文根據同達熱電廠增壓風機在工頻運行情況下所出現的問題，提出了采用變頻改造的方案，并對改造方案進行了論述，實現變頻改造后通過在同達熱電廠的應用表明：

（1）對增壓風機運行實現變頻控制，在低負荷工況下工作時，節流損失降到了約91.8%，節能效果十分的突出。

（2）同達熱電廠自實行變頻改造后全年節約電量約278.12萬kW·h，年節約電費約121.44萬元，取得了良好的經濟效益，而且增壓風機工作時的故障率由最初的4.1/百天，降低到了0.52/百天。